둘둘 마는 컴퓨터에 쓰일 전극 개발 성공

작성자
생명과학연구원
작성일
2009-11-13 00:00
조회
139

둘둘 마는 컴퓨터에 쓰일 전극 개발 성공

KAIST 김봉수 교수팀, 차세대 FED용 제작기술 확보

2009년 11월 13일(금)

‘차세대 FED’에 쓰일 고효율 이미터(Emitter) 전극 기술이 개발되었다. 초박형 두루마리 컴퓨터·TV, 3차원 디스플레이 등 다양한 분야에 응용 가능한 기술이다. FED는 전계방출 디스플레이를 뜻하며 ‘꿈의 디스플레이’로 불린다.

KAIST 김봉수 교수 연구팀이 신소재 그래핀(Graphene) 위에 코발트 게르마늄 나노선을 성장시켜 ‘차세대 플렉서블 전계방출 디스플레이’용 이미터 전극을 개발했다고 13일 밝혔다. 김교수 팀은 교육과학기술부(장관 안병만)는 ‘21세기 프론티어연구개발사업’ 나노소재기술개발사업단(단장 서상희 박사)의 지원을 받아 연구를 수행했다.

▲ 다층 그래핀 위에 수직으로 자란 코발트 게르마늄 합금 나노선 

FED는 LCD보다 얇게, CRT보다 선명하게 화면을 구현할 수 있다. 또한 전력소모가 LCD의 1/4, PDP의 1/6밖에 안 드는 데다가, 내부에 수은 등 공해 물질이 전혀 없는 친환경 디스플레이다. 특히 휘도가 아주 높아서 차세대 3차원 디스플레이 구현에 적합하다. 현재 삼성전자 및 소니 등에서 탄소나노튜브를 이용한 FED 의 개발에 주력하고 있으며 수 년 내에 상용화할 가능성이 높다고 한다.

[ FED (field emission display, 전계방출 디스플레이) ]
전기장에 의해 양극으로부터 방출된 전자를 음극의 발광물질에 부딪치게 하여 빛을 발생하는 디스플레이. CRT와 원리가 같은 자체발광형 디스플레이로

[ LCD (liquid crystal display, 액정표시장치) ]
액정의 투과도 변화를 이용하여 시각정보로 표현하는 전기소자. 소비전력이 적어 휴대용으로 편리하지만, 자체발광이 아니라 별도의 광원이 필요하다.

[ CRT (cathode-ray tube, 음극선관) ]
음극선 실험을 위해 제작된 고진공전자관으로 유리관으로 이루어진 실험장치. 일명 '브라운관'이라 불린다.

[ PDP (plasma display panel, 플라스마 디스플레이) ]
플라스마의 전기방전을 이용한 화상표시 장치. LCD보다 싼 값으로 더 크게 만들 수 있다.

FED는 상하 기판 사이에 진공으로 채워진 구조로 되어 있다. 상판(양극판)에는 형광체가 도포되어 있고, 하판(음극판)에는 미세한 마이크론 크기의 전자발사체(Emitter, 이미터)들이 무수히 형성되어 있다.

우수한 FED를 만들기 위해서는 효율이 높은 안정적 구조의 이미터가 무엇보다 필요한데, 지금까지 주 재료로 연구되던 탄소나노튜브(CNT)는 깜빡거림과 내구성에 있어 문제점이 있었다.

▲ 전계방출 디스플레이(FED)의 원리와 이미터(Emitter)의 역할 

김교수 연구팀은 최근 신소재로 각광받고 있는 그래핀과 단결정 코발트 게르마늄 합금을 새로운 이미터 재료로 활용하여, 구부릴 수 있으면서도 효율적인 전계 방출 디스플레이 개발의 새로운 전기를 마련한 것이다.

그래핀은 흑연에서 얇은 한 층을 떼어낸 것으로, 투명하고 수 나노미터 이하의 초박형 제작이 가능하다. 또한 뛰어난 전기전도성과 열전도성을 지니고 있어 고성능 투명전극으로 적합하다.

▲ 과제책임자 김봉수 교수 
금번 연구팀은 화학적 및 열적 내구성이 매우 우수한 단결정 코발트 게르마늄 합금 나노선을 최초로 개발했고, 이를 다층 그래핀 위에 수직으로 성장시켰다. 이 구조는 탄소나노튜브에 필적하는 뛰어난 전계방출 특성을 보이면서 보다 우수한 내구성을 가지는 것으로 나타났다.

김 교수는 "투명하고 구부릴 수 있는 그래핀 전극 위에 코발트 게르마늄 합금 나노선을 결합시켜 이번에 개발된 이미터는, 초박형 두루마리 컴퓨터·TV 및 3차원 디스플레이 등에 다양한 응용이 가능하다”며, “차세대 디스플레이 시장을 선도할 수 있는 핵심 원천기술이 될 것”이라고 평가했다.

한편, 이번 연구결과는 신소재 분야의 세계적 학술지인 '어드밴스드 머티리얼즈 (Advanced Materials)'지 온라인판 11월 5일자에 게재되었고, 현재 국·내외 특허 출원 중이다.

임동욱 기자 | duim@kofac.or.kr

저작권자 2009.11.13 ⓒ ScienceTimes