[로이슈 전여송 기자]
자유자재로 늘어나는 상황에서도 빛과 소리를 동시에 구현할 수 있는 차세대 디스플레이가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국연구재단(이사장 홍원화)은 한국기술교육대학교 배진우 교수 연구팀이 신축성 투명 이오노겔 전극과 고유전율 발광층을 이용해 신축성 다색 전기발광 음향 디스플레이를 개발했다고 26일 밝혔다.

이오노겔 전극이란 고분자 매트릭스에 이온성 물질을 포함하고 있는 복합 재료로, 전극으로 활용될 수 있다. 고유전율이란 전하 사이에 전기장이 작용할 때, 매질이 저장할 수 있는 전하량이 높다는 것을 의미한다.

최근 차세대 웨어러블 디바이스와 스마트 의류 분야에서 신축성 있는 다기능 디스플레이의 수요가 급증하고 있다.

다양한 기능을 가진 신축성 디스플레이 구현을 위해서는 발광층을 구성하는 유전성 소재의 선택이 중요하지만, 기존에 많이 사용되는 실리콘계 고분자 유전성 소재는 신축 시 발광 성능이 급격하게 떨어진다는 문제가 있었다.

또한, 다기능성 디스플레이를 구현하기 위해 필요한 친수성 이오노겔 전극 역시 누액이나 증발로 인한 성능 저하 문제가 심각했다.

이를 해결하기 위해서는 고유전율의 발광층이 도입된 전기발광 소재와 투명성, 신축성, 안정성이 우수한 전극 소재를 함께 개발하고, 이를 복합적 다기능성 차세대 디스플레이로 응용할 수 있는 연구가 필요하다.

연구팀은 비수계기반 고신축·고투명 이오노겔 전극 사이에 에코플렉스(Ecoflex), 트리톤엑스(Triton X), 전기발광 인광체로 구성된 고유전율 발광층을 샌드위치 구조로 배치해 한계를 극복했다. 에코플렉스란 피부 접촉에도 안전하며 신축성이 높은 실리콘이다. 트리톤엑스란 비이온성 계면활성제의 한 종류로 바이오 의약품 제조, 인풀루엔자 백신의 성분으로 사용되는 물질이다.

트리톤 엑스의 함량을 최적화해 발광층의 유전성능을 높였고, 동시에 신축성 또한 향상하는 데 성공했다. 더불어, 전기발광 구동 시 DC와 AC 전압의 비율을 조절하여 발광과 음향을 동시에 안정적으로 구현할 수 있는 구동 조건을 확립할 수 있었다.

개발된 디스플레이는 일반 스마트폰의 최대 밝기(270cd/m2)를 초과하는 319cd/m2의 우수한 발광성능을 보였으며, 높은 신축성(200% 이상)과 안정적인 음향 출력(73dB)을 구현해냈다. 또한, 5000회 이상의 늘리기, 구부리기, 비틀기 등 다양한 반복적인 변형에도 성능이 유지됨이 확인됐다.

특히 이번 연구에서 실제 옷에 적용될 수 있는 직물형 음향 디스플레이 기술을 새롭게 구현, 30%의 신축된 상태에서도 안정적인 발광성능과 음향성능을 보여주며 실제 의류 적용 가능성을 입증했다.

배진우 교수는 “이번 연구는 단순한 구조로 고성능 신축성 디스플레이를 구현했다는 점에서 의미가 있다”며, “생체 신호 모니터링이 가능한 전자피부(e-skin)나 스마트 의류(smart clothes) 등 다양한 분야에 적용될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업의 지원과 교육부와 함께 추진하는 4단계 두뇌한국(BK)21 사업의 지원으로 수행됐으며, 연구결과는 재료 분야 국제학술지 어드밴스트 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)에 2월 4일 게재되었다.

전여송 로이슈(lawissue) 기자 arrive71@lawissue.co.kr