전기및전자공학부 최경철 교수 연구팀이 높은 유연성과 신축성을 갖는 새로운 스트레처블(Stretchable) 디스플레이 제작 기술을 개발하고, 이를 유연한 OLED와 접목해 스트레처블 OLED를 제작했다. 이번 연구는 지난 1월 28일 나노 분야 국제학술지 <나노 레터스(Nano Letters)> 온라인판에 게재됐다.

프리폼펙터 전자 소자의 필요성 증가

최근 웨어러블, 사물인터넷, 차량용 디스플레이 기술에 높은 신축성을 지닌 OLED 소자와 스트레처블 디스플레이 기술을 접목하려는 시도가 계속되었다. 최근에는 자유롭게 모양이 변환될 수 있는 프리폼팩터*(Freeform Factor)가 개발되고 있다. 실리콘 또는 유리와 같은 딱딱한 기판 위에 형성되어 한정된 모양과 용도로 사용하던 기존의 일반 전자 소자와 달리 프리폼팩터 전자 소자를 이용한 스트레처블 디스플레이 기술은 여러 방향으로 형태 변환이 가능하다. 따라서 스트레처블 디스플레이는 한 방향으로 구부리거나 접는 기존의 플렉서블(Flexible) OLED 디스플레이를 뛰어넘는 차세대 디스플레이 기술로 주목받고 있다. 그리고 프리폼팩터 전자 소자에 적합한 자유로운 형태의 기판 기술을 개발하기 위해 소재, 구조 설계 등 여러 요소기술에 대한 많은 연구가 진행되고 있다.

구조적으로 신축성 있는 기판 제작해 

연구팀은 높은 신축성을 가져 외부 스트레스를 감소시키는 스트레처블 기판을 제작했다. 제작을 위해 전자 소자들 사이에 유연한 성질을 가지지는 않지만, 구조적으로 신축성을 지닐 수 있도록 하는 새로운 형태의 기둥 구조를 고안해 반도체 패터닝 공정을 실행했다. 반도체 패터닝은 평평한 반도체 위에 전자회로를 새기기 위해 특정부분을 선택적으로 깎는 과정이다. 다음으로 말랑말랑한 재질의 막을 기둥 구조 위에 부착해 유연성과 안정성을 높였다. 이러한 막의 특성은 인체에 부착했을 때 느껴지는 이질감을 줄여줄 수 있다. 또한, 제작된 기판은 기둥 구조와 막의 지탱 구조에 의해 기판이 늘어났을 때도 인장력과 압축력이 완충되어 전자 소자가 파손될 위험을 크게 줄였다. 

​​​​​​​기존 단점 극복한 신축성 디스플레이

새로운 방법으로 제작한 기판과 OLED 디스플레이 소자를 접목해 개발한 신축성 OLED 디스플레이는 소자에 물리적 스트레스를 주어도 손상이 거의 발생하지 않았다. 화면 이미지의 왜곡 현상이나 급격한 휘도** 변화와 같은 다른 스트레처블 기판이 지닌 단점을 극복하고 안정적인 소자 구동이 가능했다. 또한, 연구팀이 개발한 스트레처블 기판은 발광하는 빛의 각도에 의존하지 않아 다양한 스트레처블 디스플레이의 응용 분야에 적용이 가능함을 확인했다.

이번 연구는 기둥 구조와 막을 이용해 스트레스를 감소시키는 새로운 기판을 제작했고, 이를 유연한 OLED 기술과 결합해 스트레처블 OLED 디스플레이 제작 기술을 완성했다. 이러한 기술을 통해 마이크로 LED, 센서, 태양 전지 등과 같은 제품에 신축성을 구현할 수 있고, 다양한 질병 치료에 활용될 수 있을 것으로 전망된다. 최 교수는 “새로운 물질을 개발해 사용한 것이 아니라, 상용화된 공정 및 물질을 사용해 제작한 새로운 스트레처블 기판 위에 OLED 디스플레이를 구현했다”며 “기존 스트레처블 전자 소자 연구 결과에서 나타나는 단점을 보완해 상용화할 수 있는 신축성 부품 기술을 개발했다”라고 연구 의의를 전했다. 이어 “앞으로 좀 더 상용화에 한발 다가설 수 있는 연구를 진행해 고품질의 스트레처블 디스플레이를 개발할 것”이라고 추후 연구 계획을 밝혔다.