최근 들어 ‘플렉서블 디스플레이’가 차세대 디스플레이로 각광받고 있다. 이러한 플렉서블 디스플레이를 구현하기 위해서는 트랜지스터 자체도 디스플레이와 마찬가지로 외부 충격에 깨지지 않아야 되고 구부리거나 휠 수 있어야 한다. 이러한 것을 만족하는 트랜지스터 가운데 대표적인 것이 유기박막트랜지스터인데 유기 전자 소자의 필수 기술이 POSTECH 화학공학과 박찬언 교수 등 연구진에 의해 개발돼 세계 디스플레이 업계의 주목을 받고 있다.
플렉서블 디스플레이 상용화 문제점 해결
언제 어디서나 네트워크에 접근할 수 있는 유비쿼터스 시대에는 정보를 실시간으로 보여줄 다양한 형태의 디스플레이가 중요한 역할을 하게 될 것으로 기대를 모으고 있다.이러한 디스플레이를 보편적으로 사용하고 백화점이나 창고의 모든 물품에 전자인식표를 부착하고 모든 사람이 스마트카드를 소유하려면 무엇보다 가격이 저렴해야 한다.
휘어지는 플라스틱 기판과 쉽게 제작할 수 있는 유기박막을 사용하면 이러한 다양한 형태의 제품을 싸게 만들 수 있다. 이러한 기술을 ‘유기 전자공학’이라고 부른다.
유기전자공학 분야 중에서도 대표적으로 유기박막트랜지스터, 유기발광다이오드, 유기태양전지가 이 분야에 속해 있으며 POSTECH 화학공학과 박찬언 교수는 이 세가지 대표적인 분야를 동시에 연구하고 있다.
유기박막트랜지스터 연구분야는 특히 유기반도체, 전극, 절연층, 봉지막에 대한 세부분야로 다시 나뉜다. 박찬언 교수는 “우리 연구실은 이 모든 분야를 다루고 있으며 유기반도체소자 물성, 소자 성능 향상을 위해 계면 현상, 금속-유기 반도체 사이의 전하 전달, 유전물질, 유기물 보호막의 효과 등에 대한 연구들을 수행하고 있다”고 말했다.
박 교수는 특히 “유기박막 트랜지스터를 이용한 플렉서블 디스플레이를 상용화시키는데 장애가 되고 있는 소자의 수명 연장 문제에 초점을 맞춰 플렉서블 디스플레이가 실용화가 가능하도록 문제점을 해결하고 있다”며 “이러한 성과를 인정받아 지난 2009년부터 고수명, 고성능의 OTFT의 개발을 위한 국가 과제를 수행하는 국가지정연구소로 선정돼 연구에 힘을 쏟고 있다”고 말했다.
또한 현재 상용화되고 있는 기존의 OLED의 단단한 유리 재질 기판 구조를 유연한 플렉서블 구조로 전환하게 할 수 있게 만들어 줌으로써 OLED의 새로운 ‘킬러 애플리케이션’으로 주목받고 있는 휘어지는 디스플레이 개발에 핵심적인 기술이다.
박찬언 교수 등 연구진은 가종 증착 기술, 기계적 물성 평가, 계면 분석 등을 통해 최적화된 박막형 봉지막 기술을 개발해 차세대 디스플레이 구현에 노력하고 있다.
유기전자공학 연구결과, 국제저명학술지에 잇따라 발표
연구진은 또 유기태양전지분야에서 신재생에너지를 위한 유기반도체의 개발에 대한 연구도 진행하고 있다. 태양전지는 무기물을 기반으로 하는 기존의 태양전지에 비해 유기물을 이용한 용액공정이 가능한 박막 태양전지는 가공성, 저렴한 제작비용, 다양하나 재료 등 여러 가지 장점이 있어 차세대 에너지 전자소재로 각광받고 있으며, 전력원으로써 폭넓은 응용이 기대되는 분야다. 친환경적인 에너지 자원을 공급할 수 있는 가능성 때문에 신재생에너지로도 각광받고 있는 분야다.
박찬언 교수는 “우리 연구실에서는 지난 몇 년간의 OTFT의 유기 반도체에 관한 연구를 기반으로 유기태양전지에서도 상용화를 위한 10% 이상의 광효율을 달성하기 위해 노력하고있다”고 말했다.
지난 2005년부터 최근까지 유기물을 기반으로 유기전자공학에 대한 다양한 연구를 수행해오고 있는 박찬언 교수는 이와 관련, 지금까지 수행해온 연구결과를 Advanced Materials, Chemistry of Materials, Applied Physics Letters, Organic Electronics, Journal of Materials Chemistry, Applied Materials & Interfaces, Advanced Functional Materials 등 많은 국제저명학술지에 논문을 발표해 주목받고 있다.
지난 2006년 7편을 시작으로 2007년 6편, 2008년과 2009년에는 13편을 2010년에는 20편을 발표했고 올해들어 벌써 9편을 발표했다. 활발한 연구활동을 통해 매년 국제학술지에 발표하는 논문 수가 늘어나고 있다. 지난해에는 ethylene-norbornene cyclic olefin copolymers을 절연층으로 사용해 유기박막트랜지스터를 제작, 소자의 성능과 안정성을 확보한 연구성과를 인정받아 Advanced Functional Materials 표지 논문으로 결과가 발표돼 세계적인 주목을 받기도 했다.
석사 26명, 박사 16명 배출 등 국가 과학발전에 큰 기여
박찬언 교수는 “화학공학은 국가발전에 지대한 공헌을 하고 있는 학문으로 물리, 화학, 생물, 재료 등의 기초학문과 그 원리를 바탕응로 실용적인 공학적 응용분야에 이용할 수 있는 장점을 갖고 있다”며 “이와 같은 기초과학과 공학적 지식을 두루 겸비하고 창의성과 문제 해결능력을 갖춘 화학공학분야의 우수한 전문인력을 양성하고 유기전자공학 분야에 있어서 세계적인 연구성과를 도출해내면서 국가 과학발전에 기여하고 싶다”고 말했다.
현재 박찬언 교수가 이끄는 연구실은 지난 2월까지 석사 26명, 박사 16명을 배출했으며 최근에는 석박사급 대학원생 10명과 연구원 2명이 연구과제를 수행하고 있다. 박찬언 교수는 “우리 연구실 차세대 정보디스플레이 기술개발 사업단, 한국연구재단의 중견 연구자 지원사업단 등을 통해 장수명, 고성능 유기트랜지스터 개발연구에 대한 국가적 연구지원을 받고 있다”면서 “삼성 모바일디스플레이와의 산학협동을 통해 OLED 연구센터로 지정되는 등 다양한 산업체와의 연계를 통한 유기전자분야에 대한 협동 연구를 진행하고 있다”고 밝혔다.
서울대 응용화학과를 졸업한 박찬언 교수는 한국과학기술원을 거쳐 미국 메사츠세츠공대에서 고분자공학으로 박사학위를 받고 1988년부터 포항공대에서 교수로 재직해 왔다.
