경희대학교(총장 한균태) 화학공학과 오진영 교수와 정보전자신소재공학과 강성준 교수가 공동연구를 통해 스트레쳐블 디스플레이의 발광 소재를 개발해 차세대 디스플레이 기술 발전에 기여했다. 스트레쳐블 디스플레이는 폴더블 디스플레이 다음 폼팩터로 주목받고 있는데 이번 연구로 중요한 기술적 개선을 이뤘다. 스트레쳐블 디스플레이가 본격적으로 개발되기 위해선 신축성 있는 발광 소재가 요구되기 때문이다. 이번 연구 결과는 세계적인 학술지 <Science Advances = (IF 14.980)>에 6월 00일 게재됐다.

과거에는 스트레쳐블한 발광 소재 개발이 어려웠지만, 최근 발광다이오드(OLED/PLED) 기술 발전으로 스트레쳐블한 발광 소재가 개발됐다. 하지만 이 소재는 노란색만을 발광할 수 있어 다양한 빛을 구현하기에 한계가 있다. 그렇기에 스트레쳐블 디스플레이를 구현하기 위해선 빛의 3원색인 빨강, 녹색, 파랑(RGB)를 구현하는 발광 소재가 필수적이다.

스트레쳐블 디스플레이에 활용하기 위해선 소재가 빛의 3원색을 구현할 수 있으면서도 신축성이 있어야 했다. 연구팀은 이러한 요구사항을 충족시킬 발광 소재를 개발하기 위해 빛의 3원색을 구현하는 고분자 발광 반도체와 엘라스토머(고무)를 이용했다. 고분자 발광 반도체와 엘라스토머를 분자 단위로 혼합했다. 이어 혼합한 발광 반도체 소재의 나노구조에 상 분리를 일으켜 고무처럼 늘어날 수 있도록 유도했다. 이전 연구에서는 고분자 발광 반도체 소재와 엘라스토머 간 혼합이 원활하지 않아 과도한 상 분리가 일어나 발광 반도체 소재의 신축성을 제한했다. 오진영 교수는 “이번 연구에서는 분자 간 혼합이 원활히 일어나도록 유사한 표면에너지와 박막 열처리를 통해 소재가 늘어날 수 있도록 나노구조를 형성했다”고 설명했다.

연구 결과 RGB 혼합 필름이 낮은 전압(5V 이하)에서도 1,000 cd/m2 이상의 밝기를 유지하며, 1,000번의 신축 테스트를 거쳐도 안정적인 발광 성능을 보였다. 강성준 교수는 “이번 연구는 확장 가능성이 크다. 다양한 발광 소재를 엘라스토머와 혼합한다면 새로운 기능성을 부여할 수 있다. 일례로 무기물 기반 발광소재를 활용하면 소재적 안정성을 가질 수도 있다. 소재 관련 원천기술을 확보했다는 점에서 큰 의의가 있다”고 강조했다.

개발한 발광 소재는 스트레쳐블 디스플레이 산업 발전에 도약을 불러올 수 있다. 스트레쳐블 스마트폰을 비롯한 가전제품에 적용되는 것은 물론 로봇, 전자 피부 등 착용 디스플레이 개발과 확장에도 활용될 전망이다. 연구팀은 자가 치유 소재를 접목해 늘어나면서도 자가 치유되는 소자 연구, 빛을 감지하는 전자 광학 소자 등 소재에 다양한 기능성을 부여하기 위한 연구를 진행하며 차세대 디스플레이 혁신을 위해 매진할 계획이다.

이번 연구는 한국연구재단과 한국산업기술평가관리원의 지원을 받아 진행됐다.

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