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김태일 성균관대 교수, 차세대 스트레처블 디스플레이 위한 방열 필름 개발

김태일 성균관대 교수, 차세대 스트레처블 디스플레이 위한 방열 필름 개발

기사승인 2019. 07. 09. 15:36
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성균관대 김태일 교수
사진은 김태일 성균관대 화학공학부 교수(왼쪽)와 홍혜린 연구원(오른쪽). /제공=성균관대
성균관대학교는 이 학교 김태일 화학공학부 교수 연구팀이 차세대 스트레처블 디스플레이(화면이 늘어나는 차세대 디스플레이)를 위한 방열 필름을 개발했다고 9일 밝혔다.

전자기기의 성능과 수명을 유지하기 위해서는 효과적으로 열을 제어해야 한다. 그러나 최신 전자기기들은 고성능·소형화·고집적화되면서 과도한 열을 발생시켜 왔다.

그러나 김 교수 연구팀은 이번 연구를 통해 기존 스트레처블한 고분자 필름 내에 질화붕소입자를 마이크로 피라미드 구조로 정렬함으로써 열을 수직 및 수평 방향으로 빠르게 전달할 뿐만 아니라 필름의 변형에도 높은 열전도성을 유지할 수 있는 필름을 개발했다.

특히 발열 문제가 휘고 잡아당길 수 있는 디스플레이소자의 발전에 가장 큰 걸림돌이었다는 점에서 김 교수 연구팀이 유연소자의 방열과 관련해 해결책을 제시했다고 볼 수 있다.

대개 휘고 잡아당길 수 있는 소자를 위한 기판은 모두 열전달율이 낮은 고분자소재로 이뤄져있다. 유연한 고분자일수록 열전도율이 더 낮아지는 물리적 한계로 유연소자의 방열 관련 해결책은 거의 없었으며 열화, 손상이 쉬운 특성으로 열화방지를 위한 소자동작 구간이 매우 제한적이었다.

이에 연구팀은 기존의 스트레처블한 고분자 필름 내에 높은 열전도성과 절연 특성을 가진 질화붕소 나노입자를 필름의 상부와 하부를 잇는 마이크로 피라미드의 구조에 정렬해 제한된 나노소재의 양을 사용하더라도 마이크로LED 등의 소자에서 발생한 열이 피라미드 구조를 따라 빠르게 수직(1.15 W/mK), 수평방향(11.05 W/mK)으로 전달될 수 있음을 밝혀 냈다.

이들은 필름 내부의 피라미드 구조는 수직 열전도도를 향상 시킬뿐 아니라 스트레처블 고분자필름에 기계적 안정성을 부여해 필름이 왜곡되거나 외부자극에 의한 변형에도 안정적으로 열전도성을 유지할 수 있도록 했다. 또한 바코팅 공정과 전사 공정 등 간단한 상온 공정을 이용해 대면적 제작을 가능하게 했다.

김 교수 연구팀은 이번 연구에서 효과적인 열방산을 통해 전자소자의 성능을 향상시킬 수 있음을 입증했다. 이는 향후 차세대 전자소자에서 사용될 전망이다.

연구 주저자인 홍혜린 연구원은 “이번 연구결과는 향후 고특성 전자소자로 적용이 가능하다”고 밝혔다.

교신저자로 참여한 김태일 교수는 “본 연구는 비단 유연소자뿐만 아니라 마이크로LED등의 다양한 모바일소자 및 바이오소자로의 적용이 용이해질 것”이라고 전했다.

한편, 나노융합2020연구단의 지원을 받아 수행된 본 연구는 지난달 18일 재료 분야 세계적 학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials, IF 13.325) 온라인 판에 게재됐다. 대안화학은 본 연구의 상용화를 진행 중이다.


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