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투명하고 고무줄같은 감압성 점착제 개발...돌돌 말리는 TV화면 기대
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투명하고 고무줄같은 감압성 점착제 개발...돌돌 말리는 TV화면 기대
  • 김지연 기자
  • 승인 2020.09.15 13:17
  • 댓글 0
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UNIST 이동욱·김학선 교수팀, 디스플레이 소자 구성품 층간 접착 물질 개발
화학공학 분야 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'에 온라인 공개
연구진사진: (좌측하단 부터 반시계방향) 이동욱 교수, 이주학 연구원(제1저자), 박진태 연구원, 백명진 박사 /UNIST 제공

휴대하기 편하게 돌돌 말아서 다니다가 꺼내 펴보는 TV나 휴대폰 화면 개발이 머지않았다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지화학공학과 이동욱 교수팀과 전기전자공학과 김학선 교수 연구팀은 고무줄처럼 형태 회복이 가능한 아크릴계 감압성 점착제를 개발했다고 15일 밝혔다. 

포스타 잇이나 스카치 테이프처럼 살짝 눌러주는 힘만으로도 접착력을 갖는 물질인 '감압성 점착제'는 연구팀에 의해 우수한 접착력은 유지하면서 신축성은 강화되었다. 

감압성 점착제(Press Sensitive Adhesive)는 낮은 압력에서 피접착제와 결합을 형성할 수 있고 대부분은 떼어 낼 때 잔여물이 남지 않는다는 특징이 있고, 점착제 역할 뿐만 아니라 공기층을 없애 광투과도를 높이는 효과도 있다. 

하지만 점착제 본연의 플렉서블한 특성으로는 스트레쳐블 소자 적용에 한계가 있다. 그것은 스트레쳐블 소자가 형태의 변형에 따른 즉각적인 회복을 요구하지만 플렉서블한 점착제 자체 성질로 부분적 회복은 가능하나 즉각적인 회복이 제한되기 때문이라고 한다. 

휴대폰이나 TV같은 디스플레이 소자는 유리창, 금속전극, 발광물질 등이 차곡차곡 쌓여 있는 샌드위치 구조인데, 양면테이프처럼 소자내부 구성품을 연결하는 역할을 하는 점착제를 이용해 구성품 사이를 고정하게 된다. 

감압성 점착제(PSA)를 사용하여 제조된 디스플레이 도식 /UNIST 제공

디스플레이는 딱딱하며 판 형태의 디자인에서부터 플렉서블한 곡선이 있는 디자인까지 많은 변화를 해왔다. 헬스케어 시스템을 갖춘 바이오 기기들의 등장으로 늘어나면서도 유연한 디스플레이 개발이 더욱 요구됐고, 이런 스트레쳐블·플렉서블 기기와 호환될 수 있는 성능을 갖는 점착제의 개발도 중요해 졌다. 

또한 웨어러블기기나 휴대가 편한 대형 화면에 관한 관심이 높아지면서 움직임이나 변형에도 강한 점착제 개발 요구가 높아지고 있다.

김학선 교수는 "화면은 크게 볼 수 있으면서 가지고 다닐 때는 작게 만들고 싶은 것이 소비자들의 욕구"라며 "결국 화면을 접거나 말거나 구기는 수밖에 없기 때문에 외부 변형을 견대낼 수 있는 점착제 개발이 필수이다"라고 설명했다.

연구팀이 개발한 점착제는 표면에서 잘 벗겨지지 않으면서도 우수한 신축성을 갖는다. 점착제와의 박리강도와 신축성은 일반적으로 반비례하지만, 연구팀은 사전 변형이라는 기법으로 이 문제를 해결했다고 한다. 

사전변형이란 변형을 미리 가해하는 것으로 추가적 변형을 가했을 때 원래 변형 상태로 돌아올 수 있게 만드는 전략이다. 박리 강도 실험 결과 시중의 스카치테이프보다 65% 높은 박리강도를 보였으며 원래 길이의 25%를 늘렸을 때 즉각적으로 변형이 회복되는 신축성도 보였다. 

개발된 점착제의 디스플레이 소자 호환성 평가. a 신율 변화에 따른 투과도 평가, b 30% 신율에서의 점착제의 실제적 투명도, c 고온다습 조건에서 점착제와 접촉한 ITO 기판의 표면 저항값, d 표면저항 측정 기기
개발된 점착제의 디스플레이 소자 호환성 평가. a 신율 변화에 따른 투과도 평가, b 30% 신율에서의 점착제의 실제적 투명도, c 고온다습 조건에서 점착제와 접촉한 ITO 기판의 표면 저항값, d 표면저항 측정 기기 /UNIST 제공

또한 개발된 점착제의 디스플레이 소자 호환성도 점검했다. 소자 내부에는 금속 전극이 들어가기 때문에 점착제가 금속을 부식시키면 안 된다. 

연구팀은 전극 소재인 ITO에 개발한 점착제를 부착시켜 4주간 고온 다습한 환경에 노출 시켰을 때 기판이 부식되는 현상이 표면 저항 증가가 발생하지 않았다고 설명했다. 또한 투명해서 발광물질에서 나오는 빛을 그대로 전달할 수 있다. 

제1저자인 이주학 에너지화학공학과 석사는 "이번 연구는 첨단 디스플레이 분야 및 새로운 감압성 점착제 개발 및 제조에 중요한 역할을 할 것"이라고 말했다. 

이동욱 교수는 "사전변형 전략을 손쉽게 적용할 수 있는 공정을 개발하고 접착력을 추가 보완하면 디스플레이 소자에 사용 가능한 점착제를 대량 생산할 수 있을 것"이라고 기대했다. 

이번 연구는 화학공학 분야 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널'에 8월27일 논문명 'Stretchable and recoverable acrylate-based pressure sensitive adhesives with high adhesion performance, optical clarity, and metal corrosion resistance'로 온라인 공개됐으며 출판을 앞두고 있다. 



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