한국과학기술원(KAIST) 전기 및 전자공학부 최경철 교수 연구팀이 세계 최초로 머리카락보다 얇은 실에서 흰색 빛을 발광하는 유기발광다이오드(OLED) 디스플레이 제작에 성공했다.
향후 기능성 의류뿐만 아니라 패션, 의료, 안전, 차량 디자인 등 다양하게 응용되는 전자 섬유 디스플레이 분야의 획기적인 발전을 이끌 수 있는 기술이라는 평가를 받고 있다.
연구팀은 그동안 원천기술인 딥 코팅 공정을 개발한 후 형광 OLED와 구동 가능한 고효율 인광 RGB OLED 등 디스플레이 필수 요소 기술들을 머리카락보다 얇은 전자 섬유 형태로 구현해왔다.
다만 풀 컬러 디스플레이, 조명 기술 등을 구현하기 위한 필수 요소 기술인 흰색 OLED는 구조적 복잡성과 접근법의 부재로 개발에 난항을 겪었다.
흰색 OLED는 삼원색 OLED의 단일 적층 구조에 2~3배 달하는 다중 적층 구조를 지닌다.
용매 직교성, 곡률 의존성 등을 고려할 때 다중 적층 구조를 섬유 위에 구현하기 어렵다는 것이다.
다중 적층 구조의 얇은 전하 생성층(CGL)은 섬유의 곡률에는 취약한 구조로 섬유에는 적합하지 않은 구조이기 때문이다.
연구팀은 다중 적층 구조의 문제점 해결을 위해 섬유 구조에 적합한 딥 코팅 가능 흰색 단일 발광층 설계를 도입했다.
삼원색 발광 재료와 전하 균형을 위한 다수의 전하 수송체들로 구성된 만큼 시뮬레이션 및 최적화 과정을 통했다.
딥 코팅 공정이 가능하도록 재료적으로도 설계됐다.
이를 통해 흰색 OLED를 섬유에 최초로 구현하고 야외 시인성 확보가 가능한 최고 700cd/m2(칸델라/제곱미터) 수준의 휘도, 10cd/A(칸델라/암페어) 수준의 높은 전기 광학적 성능도 나타났다.
구조상의 최적화된 에너지 전달 과정 덕분에 구동 환경에 따른 흰색 발광의 색 변화 의존성을 줄여 안정적인 흰색 발광도 보였다.
KAIST 연구진이 개발한 흰색 OLED 전자섬유 디스플레이 개념도/KAIST 제공
연구팀은 그동안 섬유 디스플레이 분야에서 부재했던 디스플레이 필수 요소 기술인 흰색 OLED를 실 한오라기에 성공적으로 구현한 만큼 앞으로 고품질 섬유 디스플레이를 포함한 패션, 기능성 의류, 차량 디자인 등 다양한 응용 분야에 적용될 것으로 기대하고 있다.
이번 연구 결과는 나노 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 최근 게재됐다.
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