[지금은 과학] 실 한 오라기에 흰빛을 입혔다…섬유 OLED 개발

[아이뉴스24 정종오 기자] 머리카락보다 얇은 실위에 풀 컬러 디스플레이, 조명 기술 등 구현을 위해 필수 요소인 흰색의 빛을 발산하는 섬유 OLED 기술 개발에 성공했다. 그동안 전자 섬유 디스플레이 분야에서 존재하지 않았던 필수 요소 기술이 개발돼 패션, 의료, 안전, 기능성 의류, 차량 디자인 등 다양한 응용 분야에 적용할 수 있을 것으로 보인다.

카이스트(KAIST, 총장 이광형)는 전기및전자공학부 최경철 교수 연구팀이 머리카락보다 얇은 실 위에 흰색의 빛을 발산하는 섬유 OLED(유기발광다이오드) 개발에 성공했다고 20일 발표했다.

전자 섬유는 ‘기술을 입는다’는 개념으로 웨어러블 디바이스의 궁극적 폼팩터(form-factor, 제품의 물리적 외형을 뜻하는 말)이다. 전 세계적으로 활발히 연구되고 있다. 전자 섬유 디스플레이 분야는 기능성 의류뿐 아니라 패션, 의료, 안전, 차량 디자인 등 다양한 응용 가능성에 많은 주목을 받고 있다.

최경철 교수 연구팀은 원천기술인 딥 코팅 공정을 개발해 지금까지 형광 OLED, 구동 가능한 고효율 인광 RGB OLED 등 디스플레이 필수 요소 기술들을 머리카락보다 얇은 전자 섬유 형태로 성공적으로 구현해왔다. 풀 컬러 디스플레이, 조명 기술 등을 구현하기 위한 필수 요소 기술인 흰색 OLED는 그 구조적 복잡성과 접근법의 부재로 기술 개발에 어려움이 있었다.

일반적으로 흰색 OLED는 삼원색 OLED의 단일 적층 구조에 2~3배 달하는 다중 적층 구조(tandem structure)를 갖는다. 용매 직교성, 곡률 의존성 등을 고려할 때 다중 적층 구조를 섬유 위에 구현하기엔 어려움이 있었다. 다중 적층 구조의 얇은 전하 생성층(CGL)은 섬유의 곡률에는 취약한 구조로 섬유에는 적합하지 않은 구조였다.

연구팀은 다중 적층 구조의 문제점들을 해결하고자 섬유 구조에 적합한 딥 코팅 가능한 흰색 단일 발광층 설계에 주목했다. 흰색 단일 발광층은 삼원색 발광 재료와 전하 균형을 위한 다수의 전하 수송체들로 구성돼 시뮬레이션과 최적화 과정을 통해 설계됐다.

이와 함께 딥 코팅 공정이 가능하도록 재료적으로도 설계됐다. 이를 통해 흰색 OLED를 섬유에 최초로 구현했다. 개발된 흰색 OLED 전자 섬유는 그 구조상의 최적화된 에너지 전달 과정 덕분에 구동 환경에 따른 흰색 발광의 색 변화 의존성을 줄여 안정적 흰색 발광을 보일 수 있었다.

최경철 교수 연구팀은 “그동안 섬유 디스플레이 분야에서 부재했던 디스플레이 필수 요소 기술인 흰색 OLED를 실 한오라기에 성공적으로 구현해 고품질 섬유 디스플레이를 포함한 패션, 기능성 의류, 차량 디자인 등 다양한 응용 분야에 적용이 가능할 것으로 기대한다”고 설명했다.

이번 연구를 주도한 최경철 교수 연구팀의 황용하 박사과정은 “흰색 OLED 전자 섬유 구현을 위해 섬유에 적합한 흰색 OLED 구조와 설계에 집중했다ˮ며 “그동안 전자 섬유 디스플레이 분야에서 부재했던 필수 요소 기술을 개발해 더욱 완성도 높은 고품질 전자 섬유 디스플레이를 구현할 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구 결과(논문명: High-Performance and Reliable White Organic Light-Emitting Fibers for Truly Wearable Textile Displays)는 나노 분야 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 지난 1월 24일자 온라인에 실렸다.