접거나 구부리거나 둘둘 마는 디스플레이가 상용화된 데 이어 고무처럼 늘어나는 스트레처블 디스플레이 실현을 위한 연구가 활발하다.
이런 가운데 모든 부품을 늘어나는 소재로 대체한 유기발광 다이오드(OLED)가 국내 연구진에 의해 개발됐다.
한국연구재단은 연세대학교 박진우 교수 연구팀이 모든 부품을 스트레처블 소재로 제작해 고무처럼 늘어나는 유기발광 다이오드를 개발했다고 14일 밝혔다.
모든 방향으로 늘어날 수 있어 자유로운 형태 변형이 가능한 스트레처블 디스플레이가 가능해지면 화면의 크기나 모양이 바뀌는 스마트폰이나 피부에 보다 밀착되는 웨어러블 기기, 보다 실감나는 3차원 촉각 디스플레이 등에 활용될 수 있다.
기존에는 늘어날 수 있는 기판에 딱딱한 OLED들을 섬처럼 배치하고 유연한 전선으로 이를 연결해 전선이 늘어나는 힘에 대항하는 방식으로 늘어나는 OLED를 구현하고자 했다.
하지만 딱딱한 OLED와 유연한 전선의 조합은 높은 인장응력을 견디기 위해 소자의 밀도를 낮춰야 할 수 밖에 없다.
때문에 픽셀 수가 높아야 하는 디스플레이에 적용하는 데에는 한계가 있는데다 제작공정 또한 매우 복잡하다.
연구팀은 구조가 아닌 소재에 집중했다. OLED를 구성하는 모든 소재(기판, 양극, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 음극)를 늘어날 수 있는 소재로 구현한 것이다.
그 결과 고무처럼 늘어나는 OLED를 구현할 수 있었으며, 80% 인장 응력 하에서도 안정적으로 빛을 방출함을 확인했다.
특히 디스플레이를 구성하는 3원색인 적색, 녹색, 청색을 모두 60~80% 인장응력 하에서 일정 이상의 효율로 구현할 수 있었다.
한편 낮은 곡률 반경(~ 100μm 이하)의 뾰족한 볼펜심으로 스트레처블 OLED 소자에 변형을 가했을 때에도 안정적으로 동작했다.
기존에도 OLED 구성 요소들을 늘어나는 소재로 대체하려는 연구는 있었으나 기판과 양극 소재에 그쳐 안정성이 낮았고 연구팀이 처음으로 모든 구성요소를 늘어나는 소재로 구현함으로써 안정성을 높일 수 있었다는 설명이다.
이번 연구 결과는 국제학술지 사이언스 어드밴시스(Science Advances)에 2월 24일 게재(온라인)됐다.
