KAIST, 맥신나노기술로 세탁가능한 투명 플렉시블 OLED 개발

6시간 세탁에도 견디는 2D 맥신 전극 활용

(a) 맥신 기반 OLED로 제작된 투명 수동 매트릭스 디스플레이 (Passive-matrix display), (b) 전자현미경(Transmission electron microscope, TEM)으로 관측한 맥신 기반 OLED 단면 이미지, (c) 적색, 녹색, 청색 맥신 기반 OLED의 전기광학적 특성 그래프. 사진=KAIST 제공

한국과학기술원(KAIST) 전기 및 전자공학부 최경철 교수 연구팀은 나노종합기술원 이용희 박사팀과의 공동 연구를 통해 맥신 나노기술을 활용, 방수성 투명 플렉시블 OLED 개발에 성공했다고 28일 밝혔다.

2차원 맥신(MXene) 소재는 높은 전기 전도도와 투과도를 보이고 용액공정을 통한 대규모 생산성 등 매력적인 특성을 가진 전도성 소재다. 그러나 대기 중 수분이나 물에 의해 전기적 특성이 쉽게 열화되기 때문에 고수명의 전자장치로 활용되는데 한계가 있어 정보 표시가 가능한 매트릭스 형태로의 시스템화 단계까지 이뤄지지 못했다.

연구팀은 수분이나 산소에 의해 산화되는 것을 방지하는 인캡슐레이션(encapsulation) 전략으로 환경적으로 견고한 고수명의 맥신기반 OLED를 개발했다. 수분을 차단하고 잔류응력 상쇄 기술을 도입, 유연성을 줘 최종적으로 이중층 구조 인캡슐레이션 박막을 설계했다. 이와 함께 물속에서도 열화 없이 세탁이 가능하도록 최상부에 수십 마이크로(μm) 두께의 얇은 플라스틱 필름을 부착했다.

이를 통해 실외에서도 사람의 눈으로 밝기 인식이 가능한 정도로 빛을 내는 적색·녹색·청색의 맥신 기반 OLED를 개발했다. 적색 맥신 기반 OLED의 경우, 2000시간의 대기보관수명(70% 휘도유지), 1500시간의 대기 구동수명(60% 휘도유지), 1.5mm 수준의 낮은 곡률 반경에서 1000회 이상을 견디는 유연성을 확보했다. 또 6시간 동안 물 안에 넣어 놓아도 80% 휘도 유지가 가능했다.

정소영 박사과정은 "맥신 OLED의 신뢰성 향상을 위해 이에 적합한 인캡슐레이션 구조 및 공정 설계에 집중했다"며 "맥신 OLED를 매트릭스 타입으로 제작해 간단한 문자나 모형을 표시함으로써 투명 디스플레이 분야에 맥신이 응용될 수 있는 기반을 마련했다"고 말했다.

최경철 교수는 "이번 연구가 맥신의 다양한 전자소자로의 응용에 가이드라인이 될 뿐 아니라 투명 플렉시블 디스플레이가 요구되는 차량용 디스플레이, 패션, 기능성 의류 등 다양한 응용 분야에 적용이 가능할 것으로 예상된다"며 "중국의 OLED 기술과의 격차를 벌리기 위해서는 이러한 새로운 OLED 융합 신기술이 계속 개발되어야 한다"고 설명했다.

이번 연구 결과는 나노 분야의 권위 있는 국제 학술지 '에이씨에스 나노(ACS nano)'에 지난 4월 5일 온라인 게재됐으며, 전면 표지 논문(Front Cover)으로 이달 13일 게재됐다.