자유자재로 늘어나면서도 빛과 소리를 동시에 구현할 수 있는 차세대 디스플레이가 개발됐다.
한국연구재단은 배진우 한국기술교육대 교수 연구팀이 신축성 투명 이오노겔 전극과 고유전율 발광층을 이용해 신축성 다색 전기발광 음향 디스플레이를 개발했다고 26일 밝혔다.
신축성 디스플레이 구현을 위해 기존에 주로 사용되던 실리콘계 고분자 유전성 소재는 신축 시 발광성능이 급격하게 떨어진다는 문제가 있다. 발광뿐만이 아니라 센서 및 액추에이터와 결합한 다기능성 디스플레이 또한 소재인 친수성 이오노겔 전극의 누액이나 증발로 인해 성능이 저하된다.
연구팀은 이를 해결하기 위해 고유전율 발광층이 도입된 전기발광 소재와 투명성, 신축성, 안정성이 우수한 전극 소재를 개발하고, 이를 복합적 다기능성 차세대 디스플레이로 응용할 수 있는 연구에 착수했다.
연구를 통해 비수계 기반 고신축·고투명 이오노겔 전극 사이에 에코플렉스(피부 접촉에 안전하며 신축성이 높은 실리콘), 트리톤엑스(비이온성 계면활성제 종류), 전기발광 인광체로 구성된 고유전율 발광층을 샌드위치 구조로 배치해 한계를 극복했다.
트리톤엑스 함량을 최적화해 발광층 유전성능을 높였고, 동시에 신축성 또한 향상하는 데 성공했다. 또 전기발광 구동 시 직류(DC)와 교류(AC) 전압 비율을 조절해 발광과 음향을 동시에 안정적으로 구현할 수 있는 구동 조건을 확립했다.
개발된 디스플레이는 일반 스마트폰 최대 밝기를 초과하는 319cd/㎡의 우수한 발광성능을 보였으며, 높은 신축성(200% 이상)과 안정적인 음향 출력(73㏈)을 구현했다. 5000회 이상 늘리기, 구부리기, 비틀기 등 다양한 반복적인 변형에도 성능이 유지됨을 확인됐다.
특히 이번 연구에서는 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 전자피부나 스마트 의류 등 다양한 분야에 적용될 수 있을 것”이라고 말했다.
이인희 기자 leeih@etnews.com
