국내 연구진이 직물과 유기발광다이오드176(OLED)를 융합, 유연성이 좋은 의류 형태의 웨어러블 디스플레이 기술을 개발했다. 옷 위에서 구겨지는 화면을 볼 수 있는 날이 멀지 않았다.
KAIST(총장 신성철)는 최경철 전기및전자공학부 교수 연구팀이 유리 대신 직물을 디스플레이 디바이스의 기판으로 삼아 발광이 가능한 옷감으로 구현한 의류형 유기발광 소자를 개발, 지난달 국제 학술지인 사이언티픽 리포트 온라인판에 실었다고 24일 밝혔다.
<KAIST 최경철 교수 연구팀에서 유연한 옷감형 디스플레이 개발에 참여한 최승엽 박사과정이 연구 성과를 설명하고 있다.>
연구팀은 지난 2011년 직물 위에 발광체를 형성한 연구 이후 옷감 위에 디스플레이를 구현하기 위한 노력을 지속해 왔다. 그동안에는 직물 특유의 거친 표면과 유연한 특성으로 말미암아 상용화 수준의 성능 구현이 어려웠다.
최 교수 연구팀은 2015년에 열접착 평탄화 기술로 거친 직물 위에 수백 나노미터(㎚) 두께의 유기발광 소자를 동작시키는데 성공했다. 지난해에는 용액 속에 있는 실을 균일한 속도로 뽑아내는 딥코팅 기술로 얇은 섬유 위에서도 휘도가 높은 고분자발광 소자를 개발했다.
<옷감에 구현한 유기발광다이오드>
<옷감 위에서 구동하는 유기발광다이오드>
이번에 개발한 의류형 유기발광 소자는 이 같은 연구 성과를 토대로 구현했다. 이 소자는 최고 수준의 전기광학 특성을 지녔다. 굴곡 반경이 2㎜인 접히는 환경에서도 동작한다. 지금까지 보고된 직물 기반의 발광 소자 가운데 가장 유연하다.
연구팀은 열에 강한 소재로 직물 기판을 엮고, 열접착으로 평탄화 층을 형성했다. 여기에 자체 기술로 개발한 투명 플렉시블 OLED176 및 봉지 기술을 적용, 의류형 유기발광 소자 제작에 성공했다.
<고유연성 직물 기반 유기발광다이오드의 전류-전압-휘도 및 효율 특성>
OLED176는 두 전극 사이의 광반사를 이용해 특정 대역의 광추출을 향상시키는 마이크로 캐비티 효과, 소재 자체의 광에너지 전환 효율을 높인 인광 발광층을 이용해 광원의 효율을 극대화하는 구조로 설계했다. 투명하고 유연한 OLED 봉지 기술로 빛 손실을 줄이고 디스플레이 소자의 수명 및 유연성을 확보했다.
직물 특유의 엮이는 구조와 빈 공간은 유기발광 소자에 가해지는 기계 성격의 스트레스를 크게 낮추는 역할을 한다.
최 교수는 “옷 위에 구현된 디스플레이를 보는 것이 먼 미래의 일이 아니다”면서 “패션과 이텍스타일뿐만 아니라 자동차 산업과 광치료 등 헬스케어 산업에도 큰 영향을 미칠 것”이라고 말했다.
