▲ Spiky 구조 기반으로 가스확산장벽, 광 추출, UV 차단, 세탁 신뢰성 등 다기능성 봉지막이 포함된 섬유기반 OLED의 구조

국내 연구진이 세탁하거나 비, 햇볕이 뜨거운 날씨 등 가혹한 외부 환경에서도 착용이 가능한 OLED 섬유 핵심기술을 개발해 웨어러블 기기 상용화에 기여할 전망이다.

한국연구재단(이사장 이광복)은 충북대 반도체공학부 권정현 교수, 가천대 의공학과 전용민 교수, 서울대 물리학부 전헌수 교수 공동연구팀이 가혹한 환경에서도 신뢰성을 유지하면서, 73% 이상 광 추출 효과가 있는 섬유기반 웨어러블 유기발광다이오드(OLED)를 개발했다고 20일 밝혔다.

이번에 연구팀은 고성능, 고신뢰성 섬유기반 웨어러블 OLED를 구현하기 위해 다기능성 봉지막 핵심 기술을 개발했다.

먼저 OLED 소자가 방출하는 빛을 효과적으로 추출하기 위한 광추출기판을 만들었다. 이온빔 처리를 통해 얻은 거친 표면에 수용성 층을 코팅하여 우수한 균일성과 쉬운 전력 제어로 표면의 초소수성을 달성했다. 

해당 기판 위에는 나노층화 기반 분산 브래그 반사경과 기능성 폴리머를 기반으로 다중 장벽 필름을 제작, 가스확산 장벽과 자외선 필터 역할을 동시에 부여했다. 

이번 연구의 다기능성 봉지막 기술 성능은 수증기 투과율이 일반 OLED 패널에 요구되는 고성능(10-6 g/m-2/day)을 충족했고, 자외선 투과율은 3% 미만을 달성했다. 

또한 개발한 섬유기반 OLED의 특성 및 수명을 종합적으로 평가했을 때 광효율은 73%, 수명은 4배 이상 증가했다.

공동 제1저자인 전용민 교수, 이태윤 박사는 “실제 상용화 가능한 수준의 섬유기반 웨어러블 OLED 성능 및 신뢰성을 확보했다”며, “다양한 유기소자들에도 적용 가능한 원천 기술이기 때문에 섬유기반 유기전자약 유기태양전지, 유기광센서 등 다양한 분야에도 활용 가능할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

한편 이번  연구 성과는 재료 및 응용 분야의 대표 권위지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced   Functional Materials)’에 2023년 12월29일 게재됐다.