유연 OLED를 위한 유연 투명 전극은 전기적 저항이 낮고, 가시광 투과도가 높으며 반복적인 휨에 대해서도 특성을 유지하여야 합니다. 광 투과도와 전기 전도도가 높아야 하는데, 불행하게도 두 값은 반대로 움직입니다. 이를 이율배반(trade-off)이라고 하죠. 따라서 적정선에서 두 값을 최적화시켜 타협을 하게 됩니다. 이와 함께 가격과 생산성도 중요하죠. 현재까지 개발된 바, 기존의 무기물 투명 전극인 ITO를 더욱 얇게 형성하고 여기에 버퍼층을 적용하는 방식이 적용되고 있지만 반복적인 휨과 꺾임에 의한 크랙 발생, 내구성이 여전히 불안합니다. 당장으로는 금속 격자(metal mesh) 구조와 은 나노선을 블랜딩한 유기물 전극이 앞서갑니다.
은 나노선을 기반으로 하는 전극 개발의 예를 들어봅니다. 용액 공정으로 은 나노선 앙상블을 도포할 경우, 표면 거칠기와 나노선들간의 연결(interconnection)이 문제가 되죠. 이의 해결을 위하여 은 나노선 위에 인듐 아연 산화물(Indium-doped Zinc Oxide, IZO)과 전도성 고분자를 코팅한 하이브리드 구조가 제안되었습니다. 여기에서 IZO 막은 은 나노선을 산화로부터 보호하고 나노선들간의 연결, 그리고 기판과의 접착을 강화시키는 역할을 하며, 전도성 고분자 층은 표면 거칠기를 줄이고 광 투과율을 높이는데 기여를 합니다. 이러한 하이브리드 전극 구조를 적용하여 만들어진 유연 OLED는 효율이 증가하였고 유연성은 물론 향상되었죠. 다음 연구로 코팅된 나노선들에 대해 광 소결(light sintering) 과정을 거친 뒤, PVB(PolyVinyl Butryal) 내에 함침, 전사시켜서 나노선 연결성, 전도성, 그리고 표면 평탄도를 더욱 개선시킨 결과도 보고된 바 있습니다. 그리고, 고분자의 전기방사(electrospinning)를 이용하여 연결 포인트가 필요하지 않고 길이에 제한이 없는 나노 파이버 전극을 제조하여 연결 부위에서의 아킹 우려를 없애고 표면 평탄도를 개선한 결과도 제시되었습니다. 은 나노선이나 파이버를 적용하는 유연, 투명 전극에 관한 연구 개발과 제품에 적용하기 위한 노력을 계속될 것으로 판단됩니다.
물론 이 외에도 전도성 고분자와 탄소 나노 튜브, 그리고 그래핀을 비롯한 2차원 물질 등이 가능성이 있는 후보군으로 연구가 되고 있습니다. 이들은 각각, 전기 전도도(저항), 광 투과율, 그리고 장기 안정성과 높은 신뢰성으로 대표되는 적용 조건들은 만족시키기 위하여 개발이 진행되고 있습니다. 물론 이에 더하여 가격적인 측면과 함께 생산성, 그리고 친환경성도 고려할 점이죠.
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# 더! 생각해보기
a. 전도도가 높으면서도 유연하고 투명한 전극을 실현할 수 있는 아이디어들을 조사하고 생각해보자
b. 응용 분야별로 전극들이 갖추어야할 요건들은 어떻게 달라질까
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