빨아서 쓸 수 있는 OLED 전자섬유 기술이 개발됐습니다.

비가 오거나 햇빛이 뜨거운 날씨에도 높은 광효율을 유지해

야외환경에서 착용할 수 있는 디스플레이, 전자약 등에 활용될 것으로 기대됩니다.

한국연구재단은 충북대 반도체공학부 권정현 교수, 가천대 의공학과 전용민 교수, 서울대 물리천문학부 전헌수 교수 공동연구팀이 가혹한 환경에서도 신뢰성을 유지하면서, 73% 이상 광 추출 효과가 있는 섬유기반 웨어러블 유기발광다이오드(OLED)를 개발했다고 밝혔습니다.
 

섬유기반 웨어러블 OLED 기술은 디스플레이, 패션, 헬스케어 등 다양한 분야에 적용이 가능해 활발한 연구가 이뤄지고 있습니다. 하지만 야외에서 사용하기에는 광효율¹⁾이 낮은데다 고온, 강한 자외선 등에 매우 민감해 발광 특성을 잃기 쉽다. 수분에도 취약해 세탁할 수 없는 점 등이 실용화의 큰 장벽이었습니다.

연구팀은 고성능, 고신뢰성 섬유기반 웨어러블 OLED를 구현하기 위해 다기능성 봉지막²⁾ 핵심 기술을 개발했습니다. 먼저 OLED 소자가 방출하는 빛을 효과적으로 추출하기 위한 광추출기판을 만들었다. 이온빔 처리를 통해 얻은 거친 표면에 수용성 층을 코팅하여 우수한 균일성과 쉬운 전력 제어로 표면의 초소수성³⁾을 달성했습니다. 해당 기판 위에는 나노층화 기반 분산 브래그 반사경⁴⁾과 기능성 폴리머를 기반으로 다중 장벽 필름을 제작, 가스확산장벽⁵⁾과 자외선 필터 역할을 동시에 부여했습니다.

이번 연구의 다기능성 봉지막 기술 성능은 수증기 투과율이 일반 OLED 패널에 요구되는 고성능(10-6 g/m-2/day)을 충족했고, 자외선 투과율은 3% 미만을 달성했습니다. 또한 개발한 섬유기반 OLED의 특성 및 수명을 종합적으로 평가했을 때 광효율은 73%, 수명은 4배 이상 증가했습니다. 공동 제1저자인 전용민 교수, 이태윤 박사는 “실제 상용화 가능한 수준의 섬유기반 웨어러블 OLED 성능 및 신뢰성을 확보했다”며, “다양한 유기소자들에도 적용 가능한 원천 기술이기 때문에 섬유기반 유기전자약 유기태양전지, 유기광센서 등 다양한 분야에도 활용 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔습니다.
 

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기본연구사업의 지원으로 수행되었습니다.

< 이번 연구 성과는 재료 및 응용 분야의 대표 권위지

‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 2023년 12월 29일 게재되었습니다. >

1) 광효율: 유기발광 다이오드가 발광한 빛이 외부로 추출되는 빛의 비율로 현재 20% 수준의 낮은 효율을 보인다.

2) 봉지막(Encapsulation): 봉지 공정은 OLED 제조 과정에서 산소와 수분이 유기물에 침투하지 못하도록 밀봉해 제품의 수명을 향상시키는 단계이다. 봉지막은 증착 단계가 끝난 패널에 박막 봉지 소재를 얇게 입히는 것으로 일반 봉지 공정과는 달리 무기막/유기막으로 이루어진 여러 개의 층으로 구성되어 있다.

3)초소수성: 물에 젖지 않는 성질. 표면을 건조하고 깨끗하게 유지할 수 있다.

4) 나노층화 기반 분산 브래그 반사경(n-DBR): DBR은 서로 다른 굴절률을 가지는 두 개의 물질이 반복 적층된 다층 구조로, n-DBR은 각 층이 나노 단위로 얇게 적층된 것을 뜻한다.

5) 가스확산장벽: 두 개의 다른 금속이 적층되었을 때 서로 손상을 방지하는 장벽.