차세대 웨어러블 디바이스와 스마트의류 개발에 신축성 다기능 디스플레이 적용 요구가 크게 늘고 있다.
그러나 현재 디스플레이 발광층에 적용되는 실리콘계 고분자 유전성 소재는 신축 시 발광성능이 급격히 저하되는 문제가 있다.
아울러 다기능 디스플레이를 구현하기 위해 필요한 친수성 이오노겔 전극은 누액 또는 증발로 인한 심각한 성능저하가 발생한다.
이를 해결하려면 고유전율의 발광층이 도입된 전기발광 소재와 투명성·신축성·안정성이 우수한 전극소재를 함께 개발, 이를 복합적 다기능성 차세대 디스플레이로 응용하는 연구가 필요하다.
고신축성 발광-음향 디스플레이
한국연구재단은 한국기술교육대 배진우 교수팀이 투명 이오노겔 전극과 고유전율 발광층을 이용해 신축성 다색 전기발광 음향 디스플레이를 개발했다고 26일 밝혔다.
이오노겔 전극은 고분자 매트릭스에 이온성 물질을 포함하하는 복합 재료로 전극으로 활용할 수 있다.
연구팀은 비수계기반 고신축·고투명 이오노겔 전극 사이에 피부 접촉에도 안전하며 신축성이 높은 실리콘인 에코플렉스와 트리톤엑스(TritonX), 전기발광 인광체로 구성된 고유전율 발광층을 샌드위치 구조로 배치해 기존 한계를 극복했다.
연구팀은 트리톤엑스의함량을 최적화해 발광층의 유전성능을 높였고, 동시에 신축성도 향상시키는 데 성공했다.
이와 함께 전기발광 구동 시 교류와 직류 비율을 조절해 발광과 음향을 동시에 안정적으로 구현할 수 있는 구동 조건도 마련했다.
이렇게 개발한 디스플레이는 스마트폰의 일반적 최대 밝기 270cd/㎡를 초과하는 319cd/㎡로 우수한 발광성능을 보이면서 200% 이상의 높은 신축성과 안정적인 음향출력을 구현했다.
이를 통해 5000회 이상의 늘리기, 구부리기, 비틀기 등 다양한 반복 변형에도 성능을 유지했다.
특히 실제 옷에 적용될 수 있는 직물형 음향 디스플레이 기술을 새롭게 구현, 30% 신축 상태에도 안정적인 발광과 음향으로 실제 의류에 적용 가능성을 확보했다.
배 교수는 “이번 연구는 단순구조로 고성능 신축성 디스플레이를 구현한 것으로, 생체신호 모니터링이 가능한 전자피부나 스마트의류 등 다양한 분야에 적용할 수 있다”고 설명했다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업의 지원과 교육부의 4단계 두뇌한국(BK)21 사업의 지원으로 수행됐고, 연구결과는 재료분야 국제학술지 ‘어드밴스트 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)’ 지난 4일자에 게재됐다.
