빨아 쓸 수 있는 OLED 전자섬유 나왔다

세탁과 자외선에 강한 유기발광다이오드(OLED) 전자섬유 기술이 개발됐다. 게티이미지뱅크 제공

세탁과 자외선에 강한 유기발광다이오드(OLED) 전자섬유 기술이 개발됐다. 비가 오거나 햇빛이 강한 날에도 높은 광효율을 유지할 수 있어 야외에서 착용하는 웨어러블 디스플레이 등에 활용될 것으로 기대된다. 

한국연구재단은 권정현 충북대 반도체공학부 교수, 전용민 가천대 의공학과 교수, 전헌수 서울대 물리천문학부 교수 공동연구팀이 가혹한 환경에서도 73% 이상 광추출 효과가 있는 섬유 기반 웨어러블 OLED를 개발했다고 20일 밝혔다. 

섬유 기반 웨어러블 OLED 기술은 디스플레이, 패션, 헬스케어 등 다양한 분야에 적용할 수 있어 활발하게 연구가 이뤄지는 분야다. 하지만 섬유 기반 웨어러블 OLED는 야외에서 사용하기에 광효율이 낮다. OLED가 발광한 빛이 외부로 추출되는 비율은 20%로 낮은 광효율을 보이고 있다. 

다기능성 봉지막이 포함된 섬유 기반 OLED 구조. 한국연구재단 제공.

섬유 기반 웨어러블 OLED는 고온과 강한 자외선 등에 매우 민감해 발광 특성을 잃기 쉽다는 단점도 있다. 수분에 취약해 세탁을 할 수 없다는 점에서도 실용화가 어려운 한계점이 있다. 

연구팀은 고성능, 고신뢰성 섬유 기반 웨어러블 OLED를 구현하기 위해 ‘다기능성 봉지막’ 핵심 기술을 개발했다. 봉지막은 증착 단계가 끝난 패널에 무기막·유기막으로 이뤄진 여러 층의 박막 봉지 소재를 얇게 입히는 것으로 산소와 수분이 유기물에 침투하지 못하도록 밀봉해 제품 수명을 연장시킨다. 

연구팀은 우선 OLED 소자가 방출하는 빛을 효과적으로 추출하기 위한 광추출기판을 만들었다. 이온빔 처리를 통해 얻은 거친 표면에 수용성 층을 코팅해 물에 젖지 않는 성질인 ‘초소수성’을 구현했다.  

기판 위에는 나노층화 기반 분산 브래그 반사경과 기능성 폴리머를 기반으로 다중 장벽 필름을 제작해 가스확산장벽과 자외선 필터 역할을 동시에 부여했다. 나노층화 기반 분산 브래그 반사경은 서로 다른 굴절률을 가지는 두 개의 물질이 반복 적층된 다층 구조이며, 가스확산장벽은 두 개의 금속이 적층됐을 때 서로 손상되는 것을 막는 장벽을 의미한다. 
 
연구팀이 개발한 다기능성 봉지막 기술의 수증기 투과율은 일반 OLED 패널에 요구되는 고성능 조건을 충족했고 자외선 투과율은 3% 미만을 달성했다. 또 섬유 기반 웨어러블 OLED의 특성과 수명을 종합적으로 평가했을 때 광효율은 73%, 수명은 4배 이상 증가했다. 

연구팀은 “실제 상용화 가능한 수준의 섬유기반 웨어러블 OLED 성능 및 신뢰성을 확보했다”며 “다양한 유기소자들에도 적용 가능한 원천 기술이기 때문에 섬유 기반 유기전자약, 유기태양전지, 유기광센서 등 다양한 분야에 활용 가능할 것으로 기대된다”고 말했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈’에 지난해 12월 29일 게재됐다. 

(왼쪽부터) 권정현 충북대 반도체공학부 교수, 전헌수 서울대 물리천문학부 교수, 전용민 가천대 의공학과 교수(제1저자), 이태윤 서울대 물리천문학부박사(제1저자).

[문세영 기자 moon09@donga.com]