화면 늘어나도 밝기 그대로…한계 극복한 스트레처블 OLED 구현

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 조힘찬 교수 연구팀이 미국 시카고대학교, 중국 쑤저우대학교 연구진과 공동으로 늘어나도 전기가 끊기지 않는 새로운 전극 기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

전극은 유기발광다이오드(OLED)에서 빛을 내기 위해 전기를 공급하는 핵심 부품이다. 연구팀은 '하이브리드 액체 금속 음극'을 적용해 성능 저하 없는 차세대 신축성 OLED를 구현했다.

기존 신축성 OLED에서의 음극은 효율적인 전자 공급과 우수한 기계적 신축성을 동시에 만족하기 어려웠다. 연구팀의 해결책은 '액체 금속'이다. 머리카락 굵기의 수십 분의 일에 불과한 크기의 작은 액체 금속 입자들을 촘촘히 쌓은 뒤, 그중 표면에 있는 입자들만 터뜨려 하나로 이어진 매끄러운 금속층을 만들었다.

아래에는 여전히 작은 입자층이 남아 있어 전기는 위의 금속층을 따라 안정적으로 흐르고, 아래층은 고무처럼 늘어날 때 충격을 흡수한다. 그 결과 금속처럼 전기는 잘 통하면서도 고무처럼 자유롭게 늘어나는 전극이 완성됐다.

이 기술을 적용한 신축성 OLED는 0.3볼트(V)의 낮은 전압에서도 빛이 켜지기 시작했으며, 9.5V 구동 시 최대 1만7670제곱미터당 칸델라(cd/㎡)의 높은 밝기를 기록했다. 이는 일반 스마트폰 디스플레이의 최대 밝기를 크게 상회하는 수준이다.

투입된 전류 대비 빛이 얼마나 나오는지를 나타내는 '전류 효율'역시 지금까지 보고된 신축성 OLED 가운데 세계 최고 수준(10.35cd/A)으로, 같은 전류로 더 밝은 빛을 낼 수 있음을 의미한다.

특히 기존 신축성 OLED는 화면을 늘리면 전극이 손상되면서 밝기가 크게 감소하는 문제가 있었지만, 이번 기술은 신축 상태에서도 초기 밝기를 거의 그대로 유지했다.

여러 차례 반복해 늘리고 줄이는 실험에서도 밝기와 전기적 성능이 안정적으로 유지됐다. 이는 옷처럼 입거나 피부에 부착해 움직이는 상황에서도 고장 없이 사용할 수 있음을 의미한다. 상용화에 중요한 내구성까지 확보한 셈이다.

이번 기술은 웨어러블 디스플레이를 비롯해 소프트 로봇, 전자 피부, 체내 삽입형 의료기기 등 차세대 유연 전자기기 분야 전반에 활용될 것으로 기대된다.

조 교수는 "신축성 디스플레이의 성능을 제한해 온 전극 소재의 근본적인 문제를 해결했다"며 "이번 하이브리드 액체 금속 음극 기술은 차세대 유연 전자소자의 핵심 기반 기술이 될 것"이라고 말했다.

KAIST 신소재공학과 이원범 박사과정 학생이 제1 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 '어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)'에 게재됐다. 연구의 우수성을 인정받아 해당 학술지의 인사이드 백 커버 논문으로 선정됐다.

한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단의 나노및소재기술개발사업, 선도연구센터지원사업, 차세대지능형반도체기술개발사업, 신진연구자 인프라지원 사업, 산업통상부의 산업혁신인재성장지원 사업 지원을 받아 수행됐다.

jongseo12@news1.kr