스마트폰 액정 긁힘·파손 걱정 ‘NO’…흠집·충격에 강한 ‘보호 필름’

광주과기원, 소재 계면 정밀 제어하는 보호 소재 개발
단단한과 유연성 동시 확보...표면 경도와 충격 저항 강해
반복 굽힘에도 유연성 유지...대면적 패널, 곡면 디스플레이 적용

스마트폰 사용자라면 액정 화면에 자잘한 흠집이 생기거나 예기치 못하게 떨어 뜨릴 경우 액정 화면이 깨져 새 스마트폰으로 교체해야 하는 황당한 경험을 한 번쯤 겪었을 것이다.

특히 차세대 에너지원으로 주목받는 유기 태양전지나 유연 디스플레이는 외부 충격과 마찰에 취약해 상용화에 제약을 안고 있다.

국내 연구진이 소재의 계면을 정밀 제어하는 계면공학 기술을 통해 긁힘에 강하고 충격에 유연한 차세대 보호 소재 기술을 내놨다.

광주과학기술원(GIST)은 강홍규 차세대에너지연구소 부소장 연구팀이 단단하면서도 잘 깨지지 않는 보호 필름 제조 기술을 개발했다고 5일 밝혔다.

외부 충격과 마찰, 자외선·수분 등 환경 요인에 의한 성능 저하를 막기 위한 '커버 윈도우'는 폴리카보네이트 소재를 사용한다. 하지만 폴리카보네이트 표면은 다른 소재와 달리 부드러워 흠집에 약하고, 자외선이나 수분에 장기간 노출되면 미세 균열이 생겨 성능 저하를 유발한다.

연구팀은 소재 자체를 바꾸는 대신 서로 다른 물질이 맞닿는 계면을 정밀하게 설계·제어하는 계면공학 기술을 적용해 폴리카보네이트와 표면 보호층 사이에 존재하는 응력 집중과 접착 불균형 문제를 해결했다.

그물처럼 얽힌 3차원 구조인 실록산과 접착성이 우수한 에폭시를 결합한 중간 접착층을 형성해 외부 충격을 효과적으로 분산시키면서 표면 경도를 높여 재료 안정성을 높인 것이다.

연구팀은 흠집, 낙하·충격, 광학 투과도, 반복 내구성 등을 검증한 결과, 연필 경도(7H, 매우 단단한 연필심 수준) 수준의 강한 마찰에도 흠집이 거의 발생하지 않았다.

작은 물체가 빠르게 떨어지는 충격(약 40J)에도 파손 없이 구조 안정성을 유지했다. 유기 태양전지 모듈에 적용한 결과, 기존 폴리카보네이트 기반 구조 대비 기계적 안정성과 신뢰성이 모두 향상됐다. 반복 굽힘 시험에서도 유연성이 유지돼 대면적 패널이나 곡면 디스플레이 등 다양한 형태에 적용할 수 있음을 확인했다.

강 교수는 "표면 경도와 충격 저항성 간 상충 관계를 계면 공학적으로 해결해 두 특성을 동시에 확보한 범용 보호 소재 기술"이라며 "앞으로 디스플레이, 태양전지, 모빌리티 등 다양한 산업과 대면적 공정에 적용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

연구 결과는 재료 및 코팅 분야 국제 학술지 '프로그레스 인 오가닉 코팅스' 6월호에 실릴 예정이다.

이준기 기자 bongchu@dt.co.kr

챗GPT로 그린 일러스트.

강홍규(앞줄 왼쪽) 부소장과 GIST 연구진. GIST 제공.