KAIST, 디스플레이 구동 가능한 OLED 전자 섬유 개발

최경철 교수 연구팀 ,패션·기능성 의류 등 다양한 응용 분야에 적용 기대

KAIST(총장 이광형)는 전기 및 전자공학부 최경철 교수 연구팀이 정보 출력이 가능한 유기발광다이오드(OLED) 전자 섬유를 개발했다고 12일 밝혔다.

전자 섬유는 실제 입을 수 있는 형태의 소자다. 기존 2차원 평면 소자와 달리 인체의 다양한 움직임에 순응하고 뛰어난 착용성과 휴대성을 제공할 수 있는 섬유의 1차원 구조 덕분에 차세대 폼 팩터(form-factor)로 주목받고 있다. 특히 빛을 방출하는 전자 섬유는 패션, 기능성 의류, 의료, 안전, 차량 디자인 등 다양한 분야에 응용할 수 있다. 하지만 지금까지의 발광 전자 섬유 연구는 디스플레이로 활용하기엔 부족한 전기광학적 성능을 가졌거나 단순히 소자 단위로만 연구가 진행, 또는 종횡비가 긴 2차원 평면 단위에서 연구가 이뤄져 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) 직경 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.

OLED 전자 섬유 디스플레이 개념도 이미지

특히 고효율을 얻을 수 있는 인광 OLED를 섬유에 성공적으로 구현해 최고 1만 cd/m2(칸델라/제곱미터) 수준 휘도, 60 cd/A(칸델라/암페어) 수준의 높은 전류 효율을 보였다. 이는 기존 기술 대비 약 5배 이상의 전류 효율에 해당하는 수치라고 KAIST는 설명했다.

연구팀은 아울러 OLED 전자 섬유를 기반으로 안정적인 디스플레이 구동을 위해 OLED 전자 섬유 위에 접촉 영역을 설계, 직조된 주소 지정 체계를 구축했다. 이어 문자와 같은 정보를 디스플레이 해 실제 입을 수 있는 기능성도 확인했다.

최 교수 연구팀은 "이 전자 섬유가 디스플레이라는 표시 장치 관점에서 반드시 요구되는 밝은 밝기와 낮은 전력 소모를 위한 높은 전류 효율, 낮은 구동 전압, 그리고 주소 지정성을 갖췄다"고 밝혔다.

이번 연구를 주도한 최 교수 연구팀의 황용하 연구원은 "섬유 기반 디스플레이 구현을 위해 필수적으로 요구되는 요소 기술들을 구현하는 데 집중했다"며 "전자 섬유가 가진 뛰어난 착용성과 휴대성을 제공함과 동시에 디스플레이 기능성을 구현해 패션, 기능성 의류 등 다양한 응용 분야에 적용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

최경철 교수 연구팀 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 4일자로 온라인에 게재됐다. 또 5월 3일자로 전면 표지 논문(Front Cover)에도 실렸다. (논문명: Bright-Multicolor, Highly Efficient, and Addressable Phosphorescent Organic Light-Emitting Fibers: Toward Wearable Textile Information Displays)

한편, 이번 연구는 산업통상자원부 전자부품산업핵심기술개발사업과 LG디스플레이 지원을 받아 수행했다.