▲ 유기-무기 멀티배리어 구조의 기계적 특성 평가 및 인장 테스트 결과 / (a) 인장 테스트 과정, (b) 변형 상태에서의 CCD 이미지, (c) 멀티배리어 구조의 응력-변형 곡선, (d) 멀티배리어 구조의 연신율 비교, (e) SASAS, SAS, 단일 Al2O3의 응력-변형 곡선 비교 / 이 그림은 유기-무기 멀티배리어 구조가 기존 무기 재료보다 더 유연하며, 특히 SASAS 구조가 높은 변형률에서도 안정적인 성능을 유지할 수 있음을 보여준다.(출처=한국연구재단)  © 특허뉴스

웨어러블 디스플레이 상용화를 앞당길 초고유연 봉지 기술이 개발돼 주목받고 있다. 한국연구재단은 충북대학교 권정현 교수 연구팀과 한국과학기술원(KAIST) 김택수 교수 연구팀이 공동으로 고신뢰성 웨어러블 OLED를 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 기존 봉지 기술의 한계를 극복하며 웨어러블 디스플레이의 성능과 수명을 획기적으로 개선한 것으로 평가된다.

OLED는 유연성, 가벼움, 에너지 효율성에서 뛰어난 특성을 지녀 차세대 웨어러블 및 접이식 디스플레이의 핵심 기술로 꼽힌다. 하지만 산소와 수분에 민감하여 환경 변화에 쉽게 성능과 수명이 저하되는 문제가 있다.

기존 봉지 기술은 유·무기 다층 구조를 활용하지만 웨어러블 디스플레이가 요구하는 유연성과 환경 안정성을 충족하지 못했다. 무기 재료는 외부 충격에 약하고, 유기 재료는 수분 차단력이 충분하지 않아 OLED의 수명을 효과적으로 보존하기 어렵다.

연구팀은 이 같은 한계를 극복하기 위해 유·무기 하이브리드 멀티배리어 구조를 설계했다. 이 구조는 알루미늄 산화물과 실란계 유·무기 하이브리드 폴리머층을 교차로 적층해 유기층은 유연성을, 무기층은 보호 기능을 담당하도록 했다.

특히, 연구팀이 개발한 봉지층은 기존 기술 대비 월등한 인장성과 환경 안정성을 갖추었다. 연구 결과, 봉지층은 2.8%의 연신율을 보여 유연성을 입증했으며, 85℃와 85% 습도 조건에서도 안정적인 물질 특성을 유지해 차세대 디스플레이의 신뢰성을 높였다.

이번 연구는 고유연성과 고신뢰성을 동시에 갖춘 봉지 기술의 상용화 가능성을 열었다는 점에서 의의가 크다. 교신저자인 권정현 교수는 “본 기술은 웨어러블 디스플레이뿐만 아니라 스트레처블 디스플레이 등 다양한 프리폼 전자소자에 활용될 가능성이 크다”고 밝혔다.

본 연구결과는 재료공학 분야의 권위 있는 학술지인 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)에 2024년 10월 1일자로 게재되었다.

이번 성과는 웨어러블 디스플레이 상용화를 가로막던 기술적 장벽을 해결하며, 차세대 OLED 기술 발전에 중요한 전환점이 될 전망이다.

논문명은 Highly Reliable and Ultra-Flexible Wearable OLEDs Enabled by Environmentally and Mechanically Robust Hybrid Multibarrier Encapsulation Layers 이다.