수분·자외선에도 끄떡없는 발광 섬유 나왔다

서울대·가천대·충북대 공동 연구진

국내 연구진이 개발한 섬유 기반 웨어러블 유기발광다이오드(OLED). 연구진은 OLED 위에 기능성 봉지막을 씌워 내구성과 성능을 모두 개선했다./전용민

국내 연구진이 빨아 쓸 수 있는 고성능·고수명 섬유 기반 웨어러블 유기발광다이오드(OLED)를 개발했다. 자외선에도 강해 비가 오거나 뜨거운 햇빛이 내리쬐는 날에도 사용할 수 있는 웨어러블 장치 개발에 활용할 수 있을 전망이다.

권정현 충북대 교수, 전용민 가천대 교수, 전헌수 서울대 물리천문학부 교수가 이끄는 공동 연구진은 20일 “섬유 기반 웨어러블 OLED에 여러 층의 보호막을 씌워 수분과 자외선에 저항성을 높이는 방법을 찾았다”고 밝혔다.

섬유 기반 웨어러블 OLED는 옷감으로 쓰이는 섬유와 빛을 내는 OLED를 결합해 신체에 걸칠 수 있게 만드는 기술이다. 주로 디스플레이에 사용하고 의류, 헬스케어 산업에서도 적용할 수 있어 활발한 연구가 진행 중이다. 그러나 현재 기술로는 광효율이 20% 수준으로 야외에서 사용하기 어렵고 자외선에 약해 수명이 급격히 감소하는 문제가 있다. 수분에도 약해 옷으로 만들었을 때 세탁이 불가능하다는 단점도 있다.

연구진은 섬유 기반 웨어러블 OLED의 성능과 내구성을 개선하기 위해 ‘다기능성 봉지막’ 기술을 적용했다. 봉지막은 OLED를 제작할 때 유기물에 산소와 수분이 닿는 것을 막기 위해 밀봉할 때 쓰인다.

연구진은 OLED 소자가 내는 빛을 효과적으로 추출하기 위한 광추출기판을 만들었다. 기판은 이온빔을 쏴 표면을 거칠게 한 후 수용성 층을 코팅했다. 전력 제어를 쉽게 하면서도 균일성을 높이기 위한 방식이다. 이렇게 만들어진 기판은 물에 젖지 않는 초소수성을 띠었다. 기판 위에는 여러 층의 필름을 쌓아 자외선 필터 역할을 하게 했다. OLED 위에 다양한 기능을 가진 봉지막을 씌워 내구성과 성능을 높인 것이다.

다기능성 봉지막을 적용해 수증기 투과율도 고성능 OLED와 비슷한 수준인 하루에 1㎡당 10㎍으로 나타났다. 자외선 투과율은 3% 이하로 확인됐다.

연구진은 개발한 섬유 기반 웨어러블 OLED의 성능도 평가했다. 그 결과, 광효율은 73%로 기존 기술보다 3배 이상 높은 것으로 나타났다. 수명은 4배 이상 증가해 오랜 기간 사용해도 성능을 유지할 수 있었다.

연구진은 이번 연구 결과를 활용하면 웨어러블 장치뿐 아니라 전자약, 유기태양전지, 유기광센서 같은 유기 소자가 쓰이는 분야에서 성능과 내구성을 높일 수 있을 것이라고 기대하고 있다.

연구진은 “상용화 가능한 수준의 섬유기반 웨어러블 OLED 성능과 신뢰성을 확보했다”며 “다양한 유기소자에도 적용 가능한 원천 기술로 여러 분야에서 활용 가능할 것으로 기대한다”고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈’에 지난해 12월 29일 소개됐다.

참고자료

Advanced Functional Materials, DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202310268

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