KAIST가 국제 공동연구로 고무줄처럼 늘려도 밝기가 줄지 않고 선명함을 유지하는 스트레처블 유기발광다이오드(OLED)를 세계 최초로 구현했다.
KAIST 신소재공학과 조힘찬 교수팀은 미국 시카고대, 중국 쑤저우대와 공동으로 늘어나도 전기가 끊기지 않는 새로운 전극 기술을 개발했다.
최근 웨어러블 전자기기 수요가 늘면서 형태가 자유롭게 변하는 디스플레이 기술이 주목받고 있지만, 기존 신축성 디스플레이는 화면을 잡아당기면 전기를 공급하는 전극이 손상돼 빛이 흐려져 상용화가 어려웠다.
연구팀은 머리카락 굵기보다 수십 배 작은 액체 금속 입자를 활용해 이 문제를 해결했다.
연구팀은 액체 금속 입자를 촘촘히 쌓은 뒤 표면에 있는 입자만 선택적으로 터뜨려 하나로 연결된 매끄러운 금속층을 만들었다.
이 구조는 위층 금속이 전기를 안정적으로 흐르게 하고, 아래층 입자들은 고무처럼 늘어날 때 발생하는 충격을 흡수한다.
이를 통해 전극이 금속처럼 전기를 잘 통하면서도 고무처럼 자유롭게 늘어나는 특성을 동시에 확보했다.
연구팀이 개발한 '하이브리드 액체 금속 음극'은 화면을 1.5배 늘려도 전기적 특성이 거의 변하지 않았다.
이 기술을 적용한 신축성 OLED는 건전지 두 개 수준인 3V에서 빛이 켜지고, 9.5V에서는 1만 7670cd/m²의 밝기를 기록했다.
이는 촛불 1만 7000개를 동시에 켠 것과 같은 밝기로, 일반 스마트폰 화면보다 훨씬 선명한 수준이다.
특히 적은 전류로 더 밝은 빛을 내는 전류 효율은 지금까지 보고된 신축성 OLED 중 세계 최고치인 10.35cd/A를 달성했다.
여기에 여러 번 반복해 늘리거나 줄여도 밝기와 성능이 그대로 유지돼 실제 옷처럼 입거나 피부에 붙여 움직이는 상황에서도 안정적으로 작동했다.
이 기술은 신축성 디스플레이뿐 아니라 소프트 로봇, 전자피부, 체내 삽입형 의료기기 등 다양한 유연 전자소자 분야에 폭넓게 쓰일 전망이다.
조 교수는 "그동안 신축성 디스플레이의 성능을 가로막았던 전극 소재의 근본 문제를 해결했다"며 "이번 기술이 차세대 유연 전자소자 상용화를 앞당기는 핵심 기반이 될 것"이라고 말했다.
한편, 이번 연구는 KAIST 신소재공학과 이원범 박사과정이 제1저자로 참여했고, 연구성과는 지난해 12월 국제학술지 '어드밴스드 머터리얼즈(Advanced Materials)'에 게재됐다.
