'끊김 없이 휜다' 국내 연구진 플렉서블OLED 기술 개발

[박영례기자] 반복해서 구부려도 깨지거나 손상되지 않는 유연성과 효율성을 갖춘 플렉서블 유기발광다이오드 (OLED) 기술이 국내 연구진을 통해 개발됐다. 엣지형 스마트폰 등 웨어러블 기기에 활용될 전망이다.

2일 카이스트는 전기및전자공학부 유승협 교수와 포스텍 신소재공학과 이태우 교수 공동 연구팀이 이같이 손상 없이 반복적으로 휘어지면서 우수한 효율을 갖춘 플렉서블 OLED 기술 개발에 성공했다고 발표했다.

이 기술은 그래핀, 산화티타늄, 전도성 고분자를 복합 전극을 활용, 효율 극대화와 우수한 유연성을 동시에 얻을 수 있어 향후 편의성과 활용도를 높일 수 있을 것이라는 게 연구진의 설명이다.

이번 연구는 카이스트 최성율 교수, 김택수 교수가 공동 연구팀으로 참여하고 카이스트 이재호 박사과정 학생, 포스텍 한태희 박사와 박민호 박사과정 학생이 공동 1저자로 수행했으며, 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 2일자 온라인 판에 게재됐다.

연구진이 개발한 그래핀 복합 전극층 기반 OLED의 동작사진 (i) 평면 고효율 OLED (외부양자 효율 40.8%), (ii) 플렉서블 OLED (곡률반경 2.3 mm 1000회 안정동작)

현재 플렉서블 OLED 기술은 엣지형 스마트폰, 커브드 OLED TV 등에 사용되지만 플렉서블 OLED를 곡면 형태로 휘게 만든 후 고정 시키는 방식으로만 적용되고 있다.

반복적 휨이 가능한 플렉서블 OLED을 구현하려면 소재 및 관련 기술 개발이 더 필요했던 때문. 특히 반복적으로 휘어질 때 각 구성 요소들이 깨지거나 손상되지 않도록 하는 것이 매우 중요하다.

그래핀은 얇은 두께를 통한 우수한 유연성 및 전기적 특성, 광학적 투명성을 갖는다. 이 특성들은 OLED에 주로 사용되는 산화물계 투명전극의 쉽게 깨지는 현상을 극복할 수 있는 기술로 각광받고 있다.

그러나 플렉서블 OLED가 주로 쓰이는 웨어러블 기기는 배터리 용량이 제한적이기 때문에 유연성과 동시에 OLED의 효율을 함께 확보하는 것이 중요하다. 특히 그래핀만을 투명전극으로 사용하면 반사가 적어 광 효율이 낮다는 한계가 있다.

이에 따라 연구팀은 이번에 기존의 그래핀에 산화티타늄(TiO2)과 전도성 고분자 형태를 결합한 복합 전극층을 개발, 이 문제를 해소했다.

연구팀은 또 이번 플렉서블 OLED 기술 개발로 곡률 반경 2.3mm에서 1천 회 구부림에도 밝기 특성이 변하지 않아 높은 성능과 유연성을 동시에 확보할 수 있음도 증명했다.

유승협 교수는 “분야를 넘어선 융합연구가 아니었다면 이번 연구는 불가능했을 것”이라며 “이번 연구 성과가 플렉서블, 웨어러블 디스플레이나 인체 부착형 센서용 플레서블 광원의 성공에 중요한 기틀을 제공할 것”이라고 설명했다.

한편 이번 연구는 한국연구재단 공학연구센터 사업의 일환인 차세대 플렉서블 디스플레이 융합센터 (CAFDC), 글로벌 프론티어 소프트 일렉스토닉스 연구단, KAIST 그래핀 연구센터, 산업통상자원부의 IT R&D 사업의 지원을 받아 수행됐다.