- 최경철 교수 연구팀, 디스플레이 구동되는 유기발광다이오드(OLED) 전자 섬유 개발
- 패션, 기능성 의류 등 다양한 응용 분야에 적용 기대
▲(사진왼쪽)최경철 교수 / 황용하 박사과정
KAIST(총장 이광형)는 전기및전자공학부 최경철 교수 연구팀이 정보 출력이 가능한 유기발광다이오드(OLED) 전자 섬유를 개발했다고 12일 밝혔다.
전자 섬유는 실제 입을 수 있는 형태의 소자로서 기존 2차원 평면 소자와는 다르게 인체의 다양한 움직임에 순응하고 뛰어난 착용성과 휴대성을 제공할 수 있는 섬유의 1차원 구조 덕분에 차세대 폼 팩터(form-factor)로 주목받고 있다. 특히나 빛을 방출하는 전자 섬유는 패션, 기능성 의류, 의료, 안전, 차량 디자인 등 다양한 응용 잠재력에 많은 주목을 받고 있다.
하지만 지금까지의 발광 전자 섬유 연구는 디스플레이로 활용되기엔 부족한 전기광학적 성능을 보여 왔거나 단순히 소자 단위로만 연구가 진행 또는 종횡비가 긴 2차원 평면 단위에서 연구가 이루어져 응용 기술 개발에 어려움이 있었다.
최경철 교수 연구팀은 OLED 전자 섬유 디스플레이 구현을 위해 높은 전기광학적 성능 구현과 함께 주소 지정 체계 구축에 주목했다. 연구팀은 먼저 300 마이크로미터(µm) 직경의 원통형 섬유 구조에 적합한 RGB 인광 OLED 소자 구조를 설계했고 연구팀이 보유한 원천기술인 딥 코팅 공정을 활용해 평면 OLED 소자에 버금가는 수준의 OLED 전자 섬유를 개발했다.
특히 고효율을 얻을 수 있는 인광 OLED를 섬유에 성공적으로 구현해 최고 1만 cd/m2(칸델라/제곱미터) 수준의 휘도, 60 cd/A(칸델라/암페어) 수준의 높은 전류 효율을 보였다. (이는 기존 기술 대비 약 5배 이상의 전류 효율에 해당하는 수치다.)
연구팀은 아울러 OLED 전자 섬유를 기반으로 안정적인 디스플레이 구동을 위해, OLED 전자 섬유 위에 접촉 영역을 설계해 직조된 주소 지정 체계를 구축했다. 그리고 문자와 같은 정보를 디스플레이 해 실제 입을 수 있는 기능성을 확인했다.
최 교수 연구팀 관계자는 이 전자 섬유가 디스플레이라는 표시 장치 관점에서 반드시 요구되는 밝은 밝기와 낮은 전력 소모를 위한 높은 전류 효율, 낮은 구동 전압, 그리고 주소 지정성을 갖췄다고 밝혔다.
이번 연구를 주도한 최 교수 연구팀의 황용하 연구원은 "섬유 기반 디스플레이 구현을 위해 필수적으로 요구되는 요소 기술들을 구현하는 데 집중했다ˮ며 "전자 섬유가 가진 뛰어난 착용성과 휴대성을 제공함과 동시에 디스플레이 기능성을 구현해 패션, 기능성 의류 등 다양한 응용 분야에 적할 수 있을 것이라 기대된다ˮ고 말했다.
최경철 교수 연구팀의 황용하 박사과정이 제1 저자로 주도한 이번 연구 결과는 나노 분야의 권위 있는 국제 학술지 `어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)' (피인용지수(IF) 16.836) 2월 4일 字로 온라인 게재됐으며, 5월 3일 字로 전면 표지 논문(Front Cover)으로 게재됐다. (논문명: Bright-Multicolor, Highly Efficient, and Addressable Phosphorescent Organic Light-Emitting Fibers: Toward Wearable Textile Information Displays)
한편, 이번 연구는 산업통상자원부 전자부품산업핵심기술개발사업과 LG디스플레이의 지원을 받아 수행됐다.
그림 1. OLED 전자 섬유 디스플레이 개념도 (Front Cover). 일상복처럼 입을 수 있는 섬유 디스플레이로서, RGB OLED 전자 섬유가 디스플레이 구동 가능한 구조로 엮여 정보를 디스플레이 하는 섬유 디스플레이를 구현한 연구결과에 대한 개념도 Front Cover)
그림 2. 실제 일상복에 위빙된 RGB OLED 전자 섬유 이미지와 RGB OLED 전자 섬유 현미경 이미지 (위) 및 디스플레이 구동 가능한 주소 지정 체계와 KAIST 문자 디스플레이 이미지 (아래)
□ 용어 설명
○ 적색, 녹색, 청색 유기 발광 다이오드(RGB OLED)
- 소자 자체가 스스로 빛을 내는 자체 발광 디스플레이로 수백 나노 두께로 휘고 접히는 플렉시블 및 웨어러블 디스플레이에 응용이 가능한 디스플레이. 적색, 녹색, 청색은 빛의 삼원색으로 이를 조합하면 모든 색상을 표현할 수 있어 풀칼라 디스플레이를 구현하는데 필요한 핵심 요소.
○ 섬유 디스플레이 (Fiber Display)
- 실제 옷처럼 입을 수 있는 차세대 디스플레이; 실제 옷에 사용되는 섬유를 디스플레이로 구현하여, 일상복에 통합되거나 의류 형태로 직조된 정보 표시 장치
○ 전기 광학적 성능 (Optoelectronic performance)
- 칸델라 (광도, 광원에서 주어진 방향으로 나가는 빛의 양을 의미하는 빛의 밝기 단위), 휘도 (단위 면적당 밝기의 정도), 전류 효율 (단위 전류 당 휘도의 정도), 구동 전압 (소자가 구동되는 전압 범위) 등
○ 매트릭스 주소 체계 (Matrix-addressable scheme)
- 매트릭스 주소 체계는 행렬 형태로 주소를 지정하여 해당 주소의 픽셀만을 구동 시킬 수 있는 기술로 복잡한 정보를 표시하기 위해서는 여러 개의 픽셀들이 독립적으로 구동 가능한 매트릭스 형태의 주소 체계가 필요하다.
논문정보 : Bright-Multicolor, Highly Efficient, and Addressable Phosphorescent Organic Light-Emitting Fibers: Toward Wearable Textile Information Displays. advanced functional materials (2021), 10.1002/adfm.202009336
