머리카락보다 얇은 실 위에 흰색 OLED 구현하는 기술 개발

KAIST "패션, 의료, 차량 디자인 등 다양한 분야 적용 기대"

KAIST(총장 이광형)는 전기및전자공학부 최경철 교수 연구팀이 머리카락보다 얇은 실 위에 흰색 OLED를 구현하는 기술을 개발했다고 20일 밝혔다. 전자 섬유 디스플레이에 활용이 기대된다.

KAIST 연구진이 개발한 흰색 OLED 전자섬유 디스플레이 개념도 (자료=KAIST)

최경철 교수 연구팀은 자체 개발한 딥 코팅 기술을 기반으로 형광 OLED나 구동 가능한 고효율 인광 RGB OLED 등 디스플레이 필수 요소 기술들을 전자 섬유로 구현하는 연구를 해 왔다. 하지만 풀 컬러 디스플레이나 조명 등을 구현하기 위한 필수 요소 기술인 흰색 OLED 기술 개발에는 어려움이 있었다. 

삼원색 OLED는 단일 적층 구조를 갖지만 흰색 OLED는 이의 2~3배 달하는 다중 적층 구조를 가져 섬유 위에 구현하기 어려웠다. 또 다중 적층 구조의 가운데에 있는 전하 생성층(CGL)은 다른 유기 층보다 얇아 섬유의 곡률에 취약한 구조다. 이 역시 섬유에 흰색 OLED를 구현하기 적합하지 않은 이유다.

연구팀은 섬유 구조에 적합한 딥 코팅 가능한 흰색 단일 발광층 설계에 주목했다. 삼원색 발광 재료와 전하 균형을 위한 다수의 전하 수송체들로 구성되는 흰색 단일 발광층을 시뮬레이션 및 최적화 과정을 통해 설계했다. 딥 코팅 공정이 가능하도록 재료적으로도 설계됐다. 구부러짐과 압력, 물 등에 견디며 안정적으로 작동하도록 보호층도 코팅했다. 

흰색 OLED 전자 섬유 및 현미경 이미지(왼쪽)과 주사전자현미경(SEM)으로 관측한 섬유 위에 적층된 흰색 OLED 박막 이미지(오른쪽) (자료=KAIST)

이를 통해 야외시인성 확보가 가능한 최고 700cd/m2(칸델라/제곱미터) 수준의 휘도, 10cd/A(칸델라/암페어) 수준의 높은 전기 광학적 성능을 보이는 흰색 OLED 섬유를 구현했다. 에너지 전달 과정을 최적화하는 구조를 채택, 구동 환경에 영향받지 않고 안정적으로 흰색 발광을 보이게 했다. 

흰색 OLED 섬유가 앞으로 고품질 섬유 디스플레이를 포함한 패션, 기능성 의류, 차량 디자인 등 다양한 응용 분야에 적용될 것으로 연구진은 기대했다. 

최경철 교수 연구팀의 황용하 박사과정이 제1 저자로 주도하고 산업통상자원부 전자부품산업핵심기술개발사업의 지원을 받아 수행된 이번 연구 결과는 나노 분야 학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 최근 게재됐다.