▲ 3차원 팝업 구조 기반의 신축형 디스플레이의 구현 모식도 (좌). 단단한 사각 고립구조 어레이에 배치된 초박형 OLED 패널을 하부 탄성 기판이 인장된 상태에서 결합한 후 놓아주면, 우측 상단의 도식과 같이 점착층이 가려진 부분의 고립구조가 올라가는 현상이 발생함. (우상) 점착층에 결합된 고립구조와 점착층이 가려진 부분에 있는 고립구조가 번갈아 가며 존재하여, 전자 현미경 사진에 보이듯이 번갈아 가며 고립구조의 높이가 다른 3차원 구조를 형성함 (중좌). 점착층을 가려야 하는 부분은 골프공 표면처럼 파여 있는 점착방지층으로 되어 있어 정전기 현상 등 없이 고립구조가 잘 떠오를 수 있도록 함 (중우). 늘리지 않은 초기 상태에서 85%의 발광 면적비 (우중)와 최대 40%의 시스템 신축율 구현 결과 (우하).(그림 및 설명=KAIST)  © 특허뉴스

KAIST 연구팀이 골프공 표면처럼 파여 있는 점착 방지층을 활용해 성능을 유지하면서도 잡아당길 수 있는 신개념 스트레처블 OLED를 개발해 주목받고 있다. 

KAIST는 전기및전자공학부 유승협 교수 연구팀이 동아대학교 문한얼 교수, 한국전자통신연구원(ETRI)과의 협력을 통해 3차원 높이 교차 구조를 갖춘 스트레처블 OLED 기술을 구현했다고 10일 밝혔다.

이 기술은 기존 2차원 평면에 한정된 신축형 디스플레이의 한계를 뛰어넘어, 발광 면적비와 신축성을 동시에 확보할 수 있는 혁신적인 성과로 평가받고 있다. 연구팀은 초기 상태에서 85%의 발광 면적비와 40%의 최대 시스템 신축률을 달성했으며, 이를 통해 고해상도 신축형 디스플레이, 곡면 부착 디스플레이, 웨어러블 디스플레이 등 다양한 분야에 활용 가능성을 열었다.

기존의 신축형 디스플레이는 발광 부분을 고정된 구조에 위치시키고, 구부러지는 커넥터를 통해 신축성을 확보하는 방식이었다. 그러나 이 방식은 발광 면적을 희생해야 하는 한계가 있었다. 연구팀은 이를 극복하기 위해 3차원 높이 교차 구조를 도입, 힌지형 회전과 인장을 동시에 활용하는 방식으로 성능을 유지하면서도 신축성을 극대화할 수 있었다.

특히, 연구 개발 과정에서 난관이 있었던 점착력 문제를 해결하기 위해 골프공 표면처럼 파여 있는 구조를 적용하여 면과 면 사이의 접착력을 줄이는 혁신적인 아이디어가 성과의 핵심이 되었다. 이 아이디어를 통해 설계대로 안정적으로 동작하는 스트레처블 OLED를 구현할 수 있었다.

유승협 교수는 “이번 연구는 신축형 디스플레이 기술의 중요한 난제를 해결하는 열쇠가 될 것”이라며, “기계적 설계와 소재 선택, 공정 안정성까지 고려한 체계적인 연구가 성공의 비결”이라고 밝혔다. 이 연구는 김수본 박사가 제1 저자로 참여했으며, 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 2024년 9월 6일 자로 게재되었다.

논문명은 3D height-alternant island arrays for stretchable OLEDs with high active area ratio and maximum strain, Nature Comm. 15, 7802 (2024)이다. 논문링크: https://www.nature.com/articles/s41467-024-52046-6).