KAIST, 25% 늘려도 성능 유지 스트레처블 디스플레이 개발

연구팀이 개발한 음의 푸아송비 필름 기판의 개념도.(KAIST 제공)/뉴스1

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 25% 늘려도 성능은 그대로인 스트레처블 디스플레이를 개발했다.

스트레처블 디스플레이는 공간 활용성, 디자인 자유도, 신체와 유사한 유연성 등의 장점으로 인해 차세대 디스플레이로 각광받고 있다.

한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 배병수 교수(웨어러블 플랫폼 소재 기술센터장) 연구팀이 한국기계연구원(KIMM)과 신축 시 이미지 왜곡을 억제하는 전방향 신축성을 갖는 스트레처블 디스플레이용 기판 소재를 개발했다고 20일 밝혔다.

현재 스트레처블 디스플레이 기술은 대부분 신축성이 뛰어난 엘라스토머 소재(고무와 같은 탄성을 가지는 고분자 소재)를 기반으로 제작하고 있으나, 이 소재들은 디스플레이를 늘릴 때 양의 푸아송비를 가져 이미지의 왜곡이 불가피하다.

이를 해결하기 위해 한 방향으로 늘려도 전 방향으로 함께 늘어나는 ‘음의 푸아송비’를 갖는 독특한 구조의 '옥세틱 메타 구조'가 도입되고 있다.

그러나 전통적인 옥세틱 구조는 패턴으로 형성된 빈 공간이 많아서 안정성과 공간 활용도가 떨어져 기판에서는 활용이 매우 제한적이다.

이에 연구팀은 이미지 왜곡의 문제를 해결하기 위해 음의 푸아송비를 갖는 옥세틱메타 구조의 최대 난제인 다공성의 표면을 이음매 없이 매끈하게 하면서도 –1의 푸아송비(가장 이상적인 음의 푸아송비) 한계치를 구현하는 기술을 개발했다.

또 탄성률(재료에 힘을 가했을 때 변형되는 정도를 나타내는 비율)의 문제를 해결하기 위해 옥세틱 구조를 이루는 부분에 머리카락 두께의 4분의 1 수준인 25마이크로미터 직경의 유리 섬유 다발로 만든 직물을 엘라스토머 소재 내에 삽입했다.

여기에 동일한 엘라스토머 소재로 빈 공간을 채워 넣어 편평하고 안정적인 일체형 필름을 제작했다.

이를 통해 연구팀은 옥세틱 구조와 빈 공간의 엘라스토머 소재 간의 탄성률 차이가 음의 푸아송비에 직접적인 영향을 주는 것을 이론적으로 규명했으며, 23만 배 이상의 탄성률 차이를 구현해 이론적 한계값인 –1의 푸아송비를 나타내는 필름을 최초로 개발했다.

KAIST 신소재공학과 배병수 교수

배병수 교수는 “스트레처블 디스플레이에 옥세틱 구조를 활용한 이미지 왜곡 방지는 핵심적인 기술임에도 불구하고 표면에 빈 공간이 많아 기판으로 활용하는 데에는 어려움을 겪고 있었다”며 “이번 연구 결과를 통해서 표면 전체를 활용한 왜곡 없는 고해상도 스트레처블 디스플레이 응용을 통해 상용화를 크게 앞당길 것으로 기대하고 있다”고 말했다.

KAIST 신소재공학과 이융 박사와 한국기계연구원 장봉균 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구의 성과는 제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스'에 지난 8월 20일 게재됐다.

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