웨어러블 초고유연 봉지기술 개발
하이브리드 멀티배리어 재료 및 구조 최적화로 성능 개선
□ 웨어러블 디스플레이의 상용화를 앞당길 기술이 개발돼 주목된다.
□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 충북대 권정현 교수 연구팀 및 한국과학기술원 김택수 교수 연구팀의 공동연구를 통해 초고유연 봉지*막 기술을 기반으로 고신뢰성 웨어러블 유기발광다이오드(OLED)를 개발했다고 밝혔다.
* 봉지 : OLED에서 빛을 내는 유기물질과 전극은 산소와 수분에 매우 민감하게 반응해 발광 특성을 잃기 때문에, 이를 차단하기 위한 공정으로 '봉지'가 필요하며, 이를 통해 OLED의 수명을 보존 또는 향상시킴.
□ OLED는 유연성, 가벼움, 에너지 효율성 측면에서 기능이 뛰어나 차세대 웨어러블 및 접이식 디스플레이에 적합하지만, 수분과 산소에 민감해 빈번한 굽힘, 접힘, 열, 습도 등에 노출되는 환경에서는 성능과 수명이 쉽게 저하되는 문제가 있다. 이런 이유로 외부 환경으로부터 OLED를 보호할 강력한 봉지 기술이 반드시 필요하다.
○ 그러나 기존 봉지 기술은 유·무기 다층 구조를 기본으로 형성되나 웨어러블 응용에 필요한 유연성과 환경 안정성은 갖추지 못했다. 무기 재료는 부서지기 쉬워 기계적 변형에 약하고, 유기 재료는 수분 차단이 충분하지 않다.
○ 이를 해결하기 위해 수분 불침투성 및 고내습성을 위한 재료적 설계뿐만 아니라 기계적 강건성 개선을 위한 구조적 설계를 통한 웨어러블 맞춤형 하이브리드 봉지가 필요하다.
□ 이에 연구팀은 기존의 봉지 기술 한계를 뛰어넘는 유·무기 하이브리드 멀티배리어 구조를 개발했다.
○ 이 구조는 알루미늄 산화물과 실란*계 유·무기 하이브리드 폴리머층을 번갈아 쌓아 구성하는데, 이때 유기층은 유연성을 제공하고, 무기층은 수분과 산소로부터 보호 기능을 담당하게 된다.
* 실란 : 실리콘과 수소 원자로 구성된 무기 화합물.
○ 기존의 봉지 기술이 외부 스트레스에 약했던 반면, 해당 연구에서 설계된 멀티배리어 구조는 높은 인장성을 지닌다. 연구팀이 봉지층의 고유한 기계적 특성을 평가한 결과, 기존 무기 재료의 한계를 뛰어넘는 2.8%의 연신율*을 보이며 유연성을 입증했다.
* 연신율 : 인장 시험에서, 쇠붙이 따위가 끊어지지 아니하고 늘어나는 비율.
○ 또한, 85℃와 85% 습도 같은 가혹한 조건에서도 안정적인 물질 특성을 유지해 차세대 디스플레이의 신뢰성을 높였다.
□ 본 연구의 교신저자인 권정현 교수는 “실제 상용화 가능한 초고유연 고신뢰성의 다층 봉지 기술을 확보했다”라며 “앞으로 본 기술을 활용하여 웨어러블 디스플레이뿐만 아니라 스트레처블 디스플레이 등 다양한 프리폼 유기전자소자 분야에서 활용될 것을 기대한다”고 밝혔다.
□ 한국연구재단이 추진하는 기본연구 및 중견연구 사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 재료 공학 분야 대표 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈 (Advanced Functional Materials)’에 2024년 10월 1일 게재되었다.
