늘어나면서 빛과 소리를 구현하는 신축성 디스플레이 개발

국내 연구진이 신축성을 유지하면서도 빛과 소리를 동시에 구현할 수 있는 차세대 디스플레이를 개발했다. 이 기술은 웨어러블 디바이스 및 스마트 의류 시장에서 활용될 가능성이 높아 주목받고 있다.

한국연구재단은 한국기술교육대학교 배진우 교수 연구팀이 신축성 투명 이오노겔 전극과 고유전율 발광층을 이용해 다색 전기발광·음향 디스플레이를 개발했다고 밝혔다.

웨어러블 디바이스와 스마트 의류 시장이 성장하면서 신축성과 다기능성을 갖춘 디스플레이에 대한 수요가 증가하고 있다. 그러나 기존 실리콘 기반 유전성 소재는 신축 시 발광 성능이 저하되며, 이오노겔 전극 역시 누액이나 증발로 인해 성능이 감소하는 문제가 있었다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 비수계 기반 고신축·고투명 이오노겔 전극과 고유전율 발광층을 결합한 샌드위치 구조의 디스플레이를 개발했다. 에코플렉스(Ecoflex)와 트리톤엑스(Triton X)를 최적화해 유전 성능을 높이면서도 신축성을 유지하는 데 성공했다고 했다.

새롭게 개발된 디스플레이는 DC와 AC 전압의 비율을 조절해 발광과 음향을 동시에 안정적으로 구현할 수 있다. 실험 결과, 일반 스마트폰 최대 밝기(270cd/m²)를 초과하는 319cd/m²의 발광 성능을 기록했으며, 최대 200%의 신축성과 73dB의 안정적인 음향 출력을 구현하는 데 성공했다.

또한, 5천 회 이상의 늘리기·구부리기·비틀기 실험에서도 성능이 유지되는 것이 확인됐다. 이 기술을 활용하면 신체의 움직임과 관계없이 디스플레이의 성능을 유지할 수 있어 스마트 의류, 전자피부(e-skin), 소프트 로보틱스 등의 적용 가능성이 커진다.

연구팀은 기존의 평면 구조에서 벗어나 직물형 음향 디스플레이 기술을 구현하는 데 성공했다. 실험 결과, 디스플레이가 30% 신축된 상태에서도 안정적인 발광 및 음향 성능을 유지하는 것으로 나타났다.

배진우 교수는 “단순한 구조로 신축성과 다기능성을 모두 확보한 디스플레이를 구현했다는 점에서 의미가 크다”며 “전자피부, 스마트 의류 등 다양한 분야에서 실용화가 가능할 것”이라고 밝혔다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 중견연구사업, 교육부와 공동 추진한 4단계 두뇌한국(BK)21 사업의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 재료 분야 국제학술지 어드밴스트 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials) 2월 4일자에 게재됐다.

향후 연구에서는 구동 전압을 낮추고 장기 안정성을 높이는 방향으로 기술을 발전시킬 계획이다. 이를 통해 웨어러블 디바이스, 스마트 의류 등 다양한 실생활 제품에 적용될 가능성이 더욱 커질 것으로 기대된다.