고분자 액체를 말려 차세대 고품질 디스플레이 만든다

POSTECH-삼성디스플레이 공동 연구
액체방울 주변 압력이 화면 품질 결정
진공상태의 구분자 용액공정 원리 규명

삼성전자가 지난 7일(현지시간) 스페인 바르셀로나에서 열리는 유럽 최대 디스플레이 전시회 'ISE(Integrated Systems Europe) 2025'에서 상업용 디스플레이 업계를 선도하는 신제품을 대거 선보였다. 삼성전자 전시장을 찾은 관람객이 '삼성 컬러 이페이퍼(Color E-Paper)'을 살펴보고 있다. 삼성전자 제공

[파이낸셜뉴스] 포항공과대(POSTECH) 신소재공학과 정성준·김성주 박사팀은 삼성디스플레이 강동진 박사와 공동 연구를 통해 액체 상태의 고분자를 건조시켜 얇은 막으로 차세대 고품질 디스플레이를 생산할 수 있는 원리를 밝혀냈다.

정성준 교수는 10일 "잉크젯 프린팅 같은 용액 공정의 산업 활용 가능성을 확장하는 중요한 진전"이라며 "진공 상태에서 액체 방울이 마르는 원리를 이해함으로써 디스플레이 제조 공정 효율성을 높이고 품질을 개선할 수 있을 것"이라고 말했다.

고분자를 용액 상태로 만든 다음 건조시켜 박막 형태의 디스플레이를 생산하는 '고분자 용액 공정'이 비용 절감과 대형화에 유리하다. 공기 중의 불순물을 최소하하고, 고품질의 얇은 디스플레이를 빠르게 생산하려면 진공 상태에서 이 공정을 진행해야 하는데, 이에 대한 학문적 연구는 전무한 상황이다.

연구진은 아주 빠른 속도로 사진을 찍을 수 있는 고속 카메라를 이용해 진공 상태에서 액체 방울이 마르는 모습을 자세히 관찰했다.

그 결과, 우리가 평소에 보는 것과는 전혀 다른 모습들을 발견했다. 액체 방울은 일정한 접촉 반경 유지하며 건조되는 단계, 둥근 모양을 유지한 채 점점 크기가 줄어드는 일정한 접촉각 유지 단계, 도토리처럼 윗부분이 뾰족해지면서 크기가 작아지는 증가하는 접촉각 단계, 테이프가 붙었다가 떨어지듯 액체 방울의 테두리가 이동하는 스틱 앤 슬립 모드 등 네 가지 단계를 거치며 말랐다.

이러한 실험을 통해 연구진은 액체 방울 주변의 압력이 액체 방울 내부의 분자 운동과 표면 장력에 영향을 미쳐 화면의 품질까지 결정한다는 사실을 알아냈다.

또한, 가장 균일한 막을 만들 수 있는 최고의 진공 조건을 찾아내 아주 빠른 속도로 막을 정밀하게 조절하는 데 성공했다.

연구진은 "이는 진공 정도를 조절해 화면 생산 시간을 크게 줄이면서도 품질을 높일 수 있다는 것을 보여주는 결과"라고 설명했다.

한편, 연구진은 이번에 발견한 원리를 국제 학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 발표했다.

[e-mail] 김만기 기자