전세계 투명 디스플레이 특허 출원 급증

유기 EL 디스플레이나 LCD, 터치 패널, 태양 전지 등 '빛'을 취급하는 부품에 필요한 기술이있다 그것은 바로 "투명 전극"이다. 디스플레이하면 LED 백라이트와 유기 EL이 빛의 방출을 차단하지 않는 것이 중요하며 이를 위해서는 전극의 일부가 투명해야한다. 태양 전지의 빛의 방향은 반대로되지만, 빛을 반사 흡수하는 투명 전극 역시 필요하다.

투명 전극에 필요한 성질은 여러가지이다. 가시 광선에 대한 투명도가 높은 것은 물론, 전기 저항이 낮은 것 (도전 율이 높은 것), 재료 비용을 낮출 수 있음으로 제조 비용이 높지 않은 것 등이다

 제조 비용을 낮추기 위해선, 제조 공정을 준수하는 것도 중요하다. 투명 전극은 디스플레이 표면에 형성한다. 이 때 제조 조건이 어렵다고, 비용 상승 요인이 될뿐만 아니라 디스플레이의 다른 부분에 영향을 준다

 투명 전극으로 널리 사용되고있는 것은 ITO(평판 디스플레이에 산화인듐주석만을 코팅해 전도성과 투명성을 확보해주는 필수 소재)이다. 더 자세히 설명하면, In2O3 (산화 인듐)에 SnO2 (산화 주석)을 약간 첨가 물질이다. 가시 광선 투과율이 90 %에 달하는 것이 특징이다. 문제는 비용과 전기 저항 재료의 부서지기 쉬움이다.

 비용 면에서는 보면 In(인듐) 비교적 드문 것으로 영향을 끼치고 있다. 이는 아연 광석이나 납 광석의 부산물로 얻을 수 있기 때문에 생산량을 디스플레이 장치 및 태양 전지의 생산 확대에 따라 증가하기 어렵다.

전기 저항이 금속에 비해 높은 것은 빛의 투과율과 교환에 악영향을 끼친다. ITO 전극의 저항을 낮추기 위하여는 후막 화가 유효하지만, 이렇게하면 빛의 투과율이 떨어지는 때문이다.

재료가 부서지기 쉬운 문제는 두께를 늘려 때 특히 현저하게 자유롭게 구부릴 수있는 플렉서블 디스플레이를 실용화 하려고 했을 때 큰 장애가 된다.

미국 Displaybank의 일본 사무소는 2011 년 12 월 14 일, 차세대 투명 전극에 대한 조사 결과의 일부를 발표했다

조사 결과에 따르면 차세대 투명 전극 관련 특허가 2000 년도 이후 계속 증가세를 보이고 있다.

2008 년을 정점으로 연간 100 건 이상의 특허가 출원되고 있다. 2002 ~ 2009 년 출원 증가율은 연평균 51 %이다. 조사 대상은 1986 년 이후에 출원된 일본과 한국, 미국, 유럽, PCT (PCT : Patent Cooperation Treaty) 특허 490 건이다.

국가 별로는 일본이 212 건으로 특허 출원 수가 가장 많았고 한국, 미국이었다

특허출원 현황

첫번째 그래프는 투명 도전 막에 관한 국가별 / 재료별 특허 출원 현황관련  국가별 상황이다. 일본 (43 %), 한국 (31 %), 미국 (19 %)에서 90 % 이상을 차지한다. 

두번째 그래프는 재료별이며 탄소 나노튜브 (CNT) 금속 나노 와이어 (Metal) 투명 전도성 산화물 입자 (TCO)에서 90 % 미만을 차지한다.

[데이터 출처 : "차세대 투명 전극의 핵심 특허 분석"보고서]

 
코니카 미놀타와 후지 필름은 금속 나노 와이어에 강점

ITO의 대체 재료는 전도성이 높은 그라과 개구율을 높이있는 금속 나노 와이어 투명 고분자 전도체 (PEDOT), ITO 이외의 투명 전도성 산화물 (TCO) 탄소 나노튜브 (CNT)이다.

 

탄소 나노튜브를 이용한 투명 전극은 한국 전기 연구원이 가장 많은 특허 출원

재료 별로는 탄소 나노튜브를 이용한 투명 전극에 대한 특허 출원 수가 203 건으로 전체의 41 %를 차지했다. 회사의 분석에 따르면 탄소 나노튜브 투명 전극, 터치 패널에의 응용이 가장 많다. 출원 수가 가장 많았던 것은 한국 전기 연구원 (KERI)이다.

재료 2 번째로 많았던 것이 금속 기반의 투명 전극이다. 코니카 미놀타와 후지 필름과 미국 Cambrios Technologies의 관련 특허 출원이 많았다.

고분자 전도체 (폴리머)에서는 Hanita Coatings 및 CimaNanoTech 등, 이스라엘 기업의 관련 특허 출원이 많은 것으로 나타났다.

 

성균관 대학이 graphene 전극 관련 특허를 가장 많이 출원

출원 수는 많지 않지만, Displaybank는 차세대 투명 전극의 가장 유력한 재료로 graphene 전극에 주목했다. 그래핀 전극은 한국 기업과 대학을 중심으로 특허가 출원되고 있으며, 성균관 대학이 가장 많은 특허 출원을 하고있는 것으로 나타났다. Displaybank에 따르면, graphene의 연구 개발은 아직 초기 단계에있다. 그러나 향후, graphene 합성 및 대량 생산에 관한 연구 성과가 특허에 반영되어 출원이 증가할 것으로 예상했다.

이밖에 나노 와이어 기반의 메시 투명 전극이나 산화물 금속 산화물 (OMO : Oxide - Metal - Oxide) 등 이종 재료가 접합되는 하이브리드 투명 전극도 개발이 진행되고 있다고 한다.