아주대, '높은 에너지 효율' 대형 디스플레이 활용 신개념 기술 개발

색상·패턴 변화, 높은 유연성…옥외 전광판 등 적용 가능

아주대·일리노이주립대 공동 연구팀이 개발한 소프트 디스플레이를 이루는 단일 픽셀의 메커니즘. 액체를 천천히 배수하면 핀 구조가 왼쪽 방향으로 변형되고, 빠르게 배수하면 오른쪽 방향으로 변형된다.ⓒ아주대 제공

한·미 공동 연구팀이 카멜레온의 피부와 같이 다채롭게 변화하는 유연한 디스플레이 기술을 개발하는데 성공했다. 자유자재로 색상을 바꿀 수 있는 데다 유연하며 에너지 효율도 높아 다양한 방식의 대형 디스플레이에 활용될 수 있을 전망이다.

19일 아주대학교에 따르면 하종현 기계공학과 교수와 미국 일리노이주립대 샘 터픽 (Sameh Tawfick) 교수 연구팀이 공동으로 새로운 디스플레이 패널 기술을 개발했다.

이번 연구는 '모세관 현상을 이용한 다중형태 질감 변형 디스플레이 시스템(Polymorphic display and texture integrated systems controlled by capillarity)'이라는 논문으로 사이언스(Science) 자매지인 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)' 6월호에 게재됐다.

현재 널리 사용되고 있는 LED(발광 다이오드, Light Emitting Diode)와 OLED(유기 발광 다이오드, Organic Light Emitting Diodes) 디스플레이는 선명한 색상 표현과 빠른 응답 속도를 통해 고품질의 시청 경험을 제공하지만, 대체로 유연성이 부족하다는 한계를 가지고 있다.

또 대부분의 기존 디스플레이는 강하고 고정된 형태를 가지고 있어, 기기가 유연하게 변형되거나 움직이도록 만드는 것이 어렵다. 때문에 웨어러블 기기나 소프트 로봇과 같이 유연한 디스플레이가 필요한 기술 분야에서 큰 장애로 작용해왔다.

공동 연구팀은 이에 착안해 유연한 고분자(Polymer)로 만들어진 얇고 유연한 판 형태의 구조(지느러미 구조)와 미세 유체를 이용해 물리적 형태를 바꿀 수 있는 새로운 디스플레이를 연구했다. 연구를 통해 지느러미와 같은 핀 구조와 액체 방울 사이에서 생기는 유체-고체 간 상호작용의 역학을 파악해 신개념의 유연한 디스플레이 시스템을 개발하는 데 성공했다.

연구팀이 개발한 새 시스템을 활용하면 핀 구조의 색상과 물성치에 따라 디스플레이가 출력하는 이미지의 색상과 패턴을 바꿀 수 있으며, 기존 시스템에 비해 현저히 적은 에너지로 사용이 가능하다. 연구팀은 이번에 개발한 디스플레이 시스템이 전력 소모가 현저하게 낮은 LED 보다는 1000배, 별도의 구동 없이도 디스플레이 활용이 가능한 전자 종이 보다는 10배 더 에너지 효율이 높음을 확인했다.

연구팀의 새로운 디스플레이 시스템을 응용하면 옥외 전광판이나 야외 경기장에 사용되는 대형 디스플레이에 적용할 수 있다. 통상 대형 디스플레이는 화면 크기 및 밝기 유지하기 위해 많은 양의 전력을 필요로 한다. 그러나 이번 연구에서 제안한 미세유체 기반의 반사형 디스플레이 패널은 빛을 발생시키는 소자를 사용하지 않기에 전력 소모를 크게 줄일 수 있어, 기존 대비 매우 효율적인 솔루션을 제공할 것으로 기대된다.

또 다른 특성은 사람이 볼 수 있는 신호와, 적외선 카메라로만 볼 수 있는 신호를 동시에 보낼 수 있다는 점이다. 이는 액체의 온도를 조절함으로써 가능하고, 이러한 접근을 통해 광학 신호에 숨겨진 정보를 전달할 수 있게 돼 인코딩 디스플레이 패널에의 활용이 가능하다. 예를 들어, 적외선 카메라로만 볼 수 있는 신호를 사용해 국방 빛 보안 분야에 적용할 수 있고, 광고나 엔터테인먼트 산업에도 응용이 가능하다. 특별한 적외선 카메라를 이용하는 고객들에게만 제공되는 할인 코드나 특별한 메시지를 광고에 녹여낼 수 있는 것.

하종현 아주대 교수는 “이번에 개발한 기술을 활용하면 같은 화면에서 여러 종류의 정보를 전달하는 것이 가능하다”며 “또한 높은 기계적 유연성을 가지고 있어 곡선형·부드러운 표면의 디스플레이에 적용될 수 있다”고 설명했다.

그는 이어 “새롭고 다양한 분야의 디스플레이, 더욱 높은 에너지 효율을 가진 디스플레이의 구현에 기여할 수 있을 것”이라며 “이를 통해 기존 미디어 기술과 다른 패러다임이 적용된 새로운 문화 콘텐츠를 체험할 수 있을 전망”이라고 덧붙였다.

아주대 연구팀은 이번 연구의 후속으로 디스플레이 및 픽셀의 소형화와 멀티 픽셀의 액체 공급을 위한 통합 시스템을 연구하고 있다.