KAIST·동아대·ETRI, 발광 면적비와 신축률 모두 높은 스트레처블 OLED 구현

KAIST가 구현한 신축형 OLED 디스플레이.

많이 잡아당겨도 발광 성능을 그대로 유지하는 신개념 스트레처블 디스플레이가 개발됐다. 고해상도 신축형 디스플레이, 곡면 부착 및 웨어러블 디스플레이 등으로 활용 가능하다.

한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 유승협 전기 및 전자공학부 교수팀이 문한얼 동아대 교수, 한국전자통신연구원(ETRI) 실감소자 연구본부와 협력해 세계 최고 수준의 높은 초기 발광 면적비 및 고신축성을 갖는 유기발광다이오드(OLED) 디스플레이 구현에 성공했다고 10일 밝혔다.

기존 신축형 디스플레이는 발광 부분은 단단한 고립구조에 위치시켜 늘려도 변형이 없게 하고, 연결 부분(커넥터)은 말굽 모양 등 구부러진 형태로 구성해 변형이 가능하게 한다. 이는 2차원 구조에 한정되고, 연결부 변형에 필요한 공간 확보를 위해 발광 면적 비율을 희생해야 한다.

연구팀은 연결 커넥터가 힌지(경첩)형 회전, 인장을 동시에 활용할 수 있는 3차원 높이 교차 구조를 제안했다. 잡아당기지 않은 초기 상태에서 85% 발광 면적비와 40% 최대 시스템 신축률을 동시에 갖는 OLED 디스플레이 기술을 달성했다.

이는 기존의 경우 약 500% 인장이 가능한 연결 커넥터가 있어야 가능한 결과다. 반복 동작과 곡면 변형에서도 안정적으로 성능을 유지했다.

연구개발(R&D) 초기는 순조롭지 않았다. 특히 초박막 OLED 신축 변화, 높이 변화시 극복해야 할 OLED 기판-신축성 플랫폼 사이 점착력이 생각보다 컸다. 초박막 OLED가 무질서하게 바닥에 붙었다.

연구진은 마치 골프공 표면처럼 반복적으로 파인 구조를 도입, 닿는 면적을 좁히는 방식으로 점착력을 현저히 줄여 문제를 해결했다.

유승협 교수는 “높은 발광 면적비, 우수한 신축률을 동시에 갖는 신축 유기발광 다이오드 기술 확보는 신축형 디스플레이 기술 난제를 해결하는 중요 열쇠”라며 “아이디어 입안부터 안정적 공정 수립까지 전 과정에 김수본 박사(개발 당시 박사과정)의 연구 수행, ETRI·동아대 협력이 큰 역할을 했다”고 말했다.

김수본 박사가 제1 저자로 수행한 이번 연구는 '네이처 커뮤니케이션즈' 9월 6일자에 게재됐다.

한편 이번 연구는 한국연구재단 선도연구센터 사업(인체부착형 빛 치료 공학연구센터) 및 중견연구자사업, ETRI 연구운영비지원사업(ICT 소재·부품·장비 자립 및 도전 기술 개발) 지원을 받아 수행됐다.

김영준 기자 kyj85@etnews.com