다아라 매거진 _ 2018.06

기술뉴스

[Technical News]초박막 유연 디스플레이, 2차원 반도체로 개발 성공

인체에 부착하는 전자기기에 적용 가능해져

[Technical News]초박막 유연 디스플레이, 2차원 반도체로 개발 성공 - 다아라매거진 기술뉴스
인체 피부 위에서 안정적으로 동작하는 초박막 디스플레이 사진


기존의 디스플레이는 딱딱한 것이 주를 이뤘으나 구부리거나 입을 수 있는 전자기기의 개발을 위한 초박막 디스플레이에 대한 연구가 활발히 이뤄지고 있다.

지금까지의 연구는 디스플레이에서 빛을 발산하는 OLED 부분에 집중됐다. 그러나 이들이 상용화되기 위해서 발광소자의 스위치 역할을 하는 반도체 트랜지스터를 얇고 유연하게 제작되는 기술이 핵심적이다.

이에 국내 연구진이 2차원 물질로 반도체 트랜지스터의 성능을 크게 향상시켜 피부에 부착할 수 있는 얇고 유연한 디스플레이를 제작했다. 안종현 교수(연세대학교) 김수영 교수(중앙대학교) 연구팀이 차세대 반도체 소재로 주목받는 이황화몰리브덴(MoS2) 트랜지스터를 기반으로 초박막 OLED 디스플레이를 개발했다고 한국연구재단은 밝혔다.

연구팀은 단단한 실리콘 및 산화물반도체 대신 이황화몰리브덴을 이용해 높은 전기이동도를 갖는 고성능 반도체 트랜지스터를 제작함으로써, 매우 유연하고 얇은 OLED 디스플레이를 개발했다.

이황화몰리브덴은 원자가 한 겹으로 구성된 2차원 반도체 소재로써, 매우 얇고 유연하며 투명할 뿐만 아니라 전기이동도도 우수하다. 그러나 대면적으로 제작할 때 발생하는 작은 결정입자, 불순물 등으로 인해 전기이동도가 저하되므로, OLED 디스플레이를 구동 할 수 있는 트랜지스터로 활용하지 못했다.

연구팀은 공정방법을 변경해 고품질 이황화몰리브덴을 합성했고, 산화 알루미늄을 이황화몰리브덴의 앞뒤에 부착해 다른 소재와 접촉할 때 생기는 전기 저항을 획기적으로 감소시켰다. 그 결과 기존 트랜지스터보다 성능이
약 28배 향상되고, OLED 디스플레이를 성공적으로 구동할 수 있었다.

개발된 디스플레이는 두께가 6마이크로미터(㎛) 가량으로 머리카락보다 얇다. 매우 유연하며, 90도 이상의 각도로 여러 차례 접거나 피부에 부착한 채 몸을 움직여도 안정적으로 작동했다.

안종현 교수는 “그동안 실질적으로 활용되기 어렵다고 여겨졌던 이황화몰리브덴 기반의 반도체가 플레서블, 웨어러블 디스플레이에 적용될 수 있음을 증명한 것”이라며 “이 기술이 피부·옷에 부착하는 헬스 모니터링 시스템을 비롯해 의료·스포츠 등에서 다양하게 활용되길 기대한다”라고 연구의 의의를 설명했다.

안 교수에 따르면, 실용화를 위해서는 먼저 개발된 디스플레이를 RGB의 Full color 형태로 제조하고 해상도를 높이는 과제를 우선으로 진행해야 할 것이다.

이 연구는 연구실 단위에서 간단한 형태로 구현을 했기 때문에 실질적 활용을 위해 추가 연구의 수행이 요구된다. 뿐만 아니라 유기발광 다이오드를 외부환경으로부터 보호할 수 있는 초박막형 봉지막(Encapsulation) 기술에 대한 연구가 필요하다.

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