CNT 투명전극 개발열기 뜨겁다

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CNT 투명전극 개발열기 뜨겁다
평판디스플레이 핵심소재 ITO필름 대체재로 주목


차세대 디스플레이용 전극 소재 시장이 탄소나노튜브(CNT)를 적용한 투명전극의 부상으로 후끈 달아오르고 있다. 평판디스플레이의 핵심 패널소재로 사용돼 온 투명전도막(ITO) 필름 진영에 최근 탄소나노튜브(CNT)를 적용한 투명전극 진영이 도전장을 내밀며 양 진영간 한판 격돌이 예상된다. 특히 CNT 기반 투명전극이 수년간 LCD 등 평판 디스플레이 시장의 90% 이상을 점유하고 있는 ITO 필름을 대체할 수 있을지 업계의 이목이 집중되고 있다.

CNT 기반 투명전극은 기존 ITO 필름 대체는 물론 향후 플렉서블 디스플레이 등의 소자에 적용이 가능해 국내외 많은 기업들이 관련 기술 확보와 사업화에 열을 올리고 있다.

투명전극은 지금까지 대전방지막, 열반사막, 면발열체, 광전환변환소자 및 각종 평판디스플레이의 투명전극으로 사용돼 왔고, 최근에는 LCD 및 평판디스플레이의 수요가 TV 등 대형기기와 휴대전화, 전자수첩 등의 휴대용 소형기기를 중심으로 확대되면서 공급물량이 급속히 증가하고 있는 추세다.

아직까지는 투명전극 재료로 ITO 필름을 사용하는 경우가 대부분이지만 CNT 재료를 활용한 투명전극이 상용화되면, 기존 ITO 투명전극 시장 대체는 물론 플렉서블 디스플레이 등 다양한 응용분야에서 시장을 창출할 수 있을 것으로 기대된다.

◇시장 독식한 투명전도막(ITO) 전극 VS 신기능 무장 CNT 투명전극=ITO 필름 시장은 니토 덴코, 토요 보세키 등 일본 업체가 70%의 시장을 점유하고 있다. 터치패널용 제품을 공급하는 제조사 중에는 니토 덴코가 시장의 30%를 점유하고 있고, 오이케 코교가 그 뒤를 잇고 있다. 이외에 삼성코닝, 미국의 CP필름, 네오팩 등이 ITO 필름 대표 진영으로 꼽힌다.

ITO 필름은 LCD 등 평판 디스플레이 수요가 증가하면서 연평균 16% 이상의 성장세를 보이며 전성기를 누리고 있다. ITO필름 업체들은 CNT 기반 투명전극의 상용화에는 상당한 시간을 필요로 하고 가격 문제 등 넘어야할 벽이 많다고 지적한다.

하지만 일각에서는 기존 ITO 필름이 갖는 태생적 한계 때문에 ITO 진영의 전성기도 오래가지 못할 것이라는 의견이 나오고 있다. ITO 전극을 사용하는 경우 ITO 전극과 플라스틱 기판의 열팽창 계수 차에 의해 공정 및 구동 중 기판이 변형되는 문제가 발생한다고 지적하고 있다.

이로 인해 업계는 최근 전도성 나노입자를 포함하고 있는 CNT 투명전극 재료의 연구를 본격화하고 있다. 기판과의 접착력, 열팽창이나 변형에 대한 전도도의 안정성이 우수해 차세대 디스플레이용 전극으로 안성맞춤이기 때문이라는 설명이다.

특히 박막 형성의 두께에 따라 CNT의 전기적 특성인 박막 표면의 면 저항 값을 조절할 수 있고 플렉서블한 투명 전극 제작이 가능해 대기업뿐만 아니라 많은 국내 기업들이 CNT 투명전극 진영을 형성하고 있다.

◇CNT 투명전극, 개발 열기 `활발'=CNT 투명전극 기술은 미국과 일본에 의해 주도되고 있다. 미국의 에이코스는 단일벽 CNT를 이용해 투명전도성 박막을 개발, 관련 특허를 출원했고, 인비시콘이라는 이름으로 투명전도성 박막 제품을 출시했다. 미국 유니다임은 CNT 제조업체였던 CNI와 합병, 플렉서블 단일벽 CNT 투명전도성 전극을 개발했고, 터치스크린과 LCD, OLED에서 사용되는 ITO 투명전극을 대체하기 위해 연구를 진행 중이다.

일본의 경우 미쓰비시 래이언에서 단일벽 투명전도성 전극을 발표했지만, 박막의 물성이 미국 제품보다 떨어져 상용화에는 실패했다. 하지만 이러한 시도는 CNT 투명전극과 관련한 연구를 한단계 진화시키는 계기가 되고 있다고 평가를 받고 있다.

유럽에서는 약 20개 기업과 연구기관, 대학들이 모여 만든 `FlexDis' 프로젝트를 통해 플렉서블 디스플레이 개발을 위한 연구를 진행하고 있다. 핵심 소재인 CNT 투명 전도성 박막의 경우는 최근 CNT 양산에 착수한 독일 바이어사 등 소수 연구팀이 상용화 단계에 근접했다.

국내에서도 개발 열기가 뜨겁다. 고려대, 성균관대, 카이스트 등의 대학을 중심으로 기초연구가 진행 중이며, CNT 투명전극에 대한 연구개발은 대기업과 벤처기업들이 앞다퉈 뛰어들고 있다.

디피아이솔루션, 탑나노시스 등 일부 벤처기업을 중심으로 활발한 연구가 추진중이다. 탑나노시스는 내구성과 전도성, 투과도가 향상된 터치스크린용 CNT 투명전극 시제품을 발표했고, 이를 양산 체제로 이어가기 위해 CNT 대면적 코팅 연구를 진행 중이다.

LG화학도 현재 대전방지 및 착색이 가능한 CNT 투명필름을 개발 중에 있으며, 제일모직은 플렉서블 디스플레이에 적용을 타깃으로 한 CNT 필름 개발에 착수한 것으로 알려졌다.

◇차세대 디스플레이의 핵, CNT 투명전극 시대 열리나=이동성이 강조되는 유비쿼터스 정보화 시대에 진입하면서 평판 디스플레이의 핵심소재인 투명전극 산업도 중요성이 강조되고 있다. ITO 필름 소재가 연평균 16.3%의 고성장을 보이고 것도 산업적 중요성을 대변하는 대목이다.

그러나 디스플레이의 대표 투명전극인 ITO 필름은 높은 제조단가, 고온공정, 낮은 플렉서블 특성, 플라스틱 기판과의 열팽창계수 차이 등의 문제로 고전을 겪을 것이라고 전문가들은 전망했다. 게다가 최근에는 ITO 필름의 주성분인 인듐의 고갈로 생산이 오래가지 못할 것이라는 의견도 나오고 있다.

ITO 박막 전극을 대체할 수 있는 고투명, 저저항의 투명전극 재료, 박막기술의 확립이 요구되고 있는 것이다. CNT 소재가 아니더라도 전도성 유기고분자 박막이나 비정질 실리콘 박막을 사용한 투명전극 연구는 활발하게 진행돼 왔다. 그러나 이 두 가지 물질은 CNT 박막에 비해 열, 전기, 기계적 충격에 약하다는 약점이 있다.

전자부품연구원 한종훈 박사는 "CNT 투명전극은 최근 각종 컴퓨터와 가전기기, 통신기기가 고성능화되면서 요구되는 플렉서블 소자 구현이 가능하다는 우위요소를 갖고 있다"면서 "유연성, 대면적, 휴대성, 저가의 모든 특성을 확보할 수 있는 CNT 투명전극이 차세대 디스플레이용 전극 소재로 각광받을 것으로 예상된다"고 말했다.

길재식기자 osolgil@



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