기계적강도

[IP소개 3] 차세대 유연 디스플레이에 적용 가능한 자기치유 표면 보고 코팅 소재

디스플레이 기술은 평면에서 곡면, 폴더블을 거쳐 롤러블과 스트레처블 단계로 진화하고 있습니다. 이러한 변화 속에서 가장 중요한 과제 중 하나는 디스플레이 표면을 초기 상태 그대로 유지하는 것입니다. 기존에는 고릴라 글래스와 같은 딱딱한 하드 코팅 소재를 주로 사용해 스크래치를 방지해 왔으나, 폴더블이나 롤러블처럼 반복적인 굽힘이 발생하는 기기에서는 하드 코팅이 탄성 한계를 벗어나 손상될 위험이 큽니다. 따라서 유연성을 확보하면서도 스스로 손상을 복구할 수 있는 자기 치유 코팅 소재의 필요성이 대두되고 있습니다. 디스플레이 손상은 크게 눌림에 의한 형태 변형인 '덴트'와 표면이 찢어지는 '스크래치'로 나뉩니다. 폴리우레탄과 같은 탄성 소재는 덴트 회복에는 효과적이지만, 탄성 한계를 넘어서는 스크래치까지 스스로 복구하기에는 역부족입니다. 이를 해결하기 위해 기존 폴리우레탄 제조 공정에 특수 개발한 첨가제를 도입하는 연구가 진행 중입니다. 이 기술은 기계적 강도와 자기 치유 성능이 반비례하는 고질적인 트레이드오프 문제를 극복하여, 표면의 단단함을 유지하면서도 스크래치를 완벽하게 복원하는 것을 목표로 합니다. 연구의 구체적인 성과로 폴리이미드와 이미드 유도체를 활용한 소재가 있습니다. 폴리이미드는 전하 이동 복합체 성질을 통해 매우 높은 기계적 강도를 제공하며, 이를 소량 첨가한 폴리우레탄은 기존 상용 제품과 달리 스크래치를 완벽하게 치유합니다. 또한 현재 폴더블 스마트폰의 강화 유리를 보호하는 필름은 경도가 낮고 자기 치유 능력이 없다는 단점이 있습니다. 새롭게 개발된 이미드 기반 소재는 기존 필름 수준의 표면 경도를 유지하면서도 발생한 스크래치를 단시간에 복구할 수 있어 차세대 플렉서블 디스플레이의 핵심 소재로 기대를 모으고 있습니다. 환경 규제에 대응하는 지속 가능한 기술 개발도 활발합니다. 즈비터 이온 기반의 고분자를 소량 첨가한 소재는 외부의 습도 환경을 이용해 자기 치유 성능을 극대화하며, 자동차 표면이나 전광판처럼 물과 접촉이 잦은 환경에서 탁월한 효율을 보입니다. 또한 석유 기반 원료를 대체하기 위해 옥수수에서 유래한 이소소르비드를 활용한 연구도 성공을 거두었습니다. 이는 95%에 달하는 높은 치유 효율을 기록하며, 친환경적이면서도 강력한 성능을 동시에 확보할 수 있음을 입증한 중요한 사례로 평가받습니다. 자기 치유 소재 기술은 디스플레이를 넘어 건축, 에너지, 의료 등 여러 산업 분야에 널리 활용될 잠재력을 지니고 있습니다. 연구팀이 개발한 잠재성 우레아 물질은 기존 소재의 고질적인 문제였던 보관 안정성을 획기적으로 개선하여 산업적 실용성을 증명했습니다. 앞으로 글로벌 자기 치유 시장이 비약적으로 성장함에 따라, 이러한 원천 기술은 다양한 차세대 제품군에 적용되어 우리 생활의 편의성을 한 단계 높여줄 것으로 기대됩니다. 특히 고가의 자동차 내외장재 등에 도입될 경우 초기 품질을 영구적으로 유지하는 데 기여할 것입니다.