[포쓰저널] 수분과 자외선에 강한 유기발광다이오드(OLED) 전자섬유 기술이 개발됐다. 

빨아서 쓸 수 있고, 비가 오거나 무더운 날씨에도 높은 광효율을 유지해 야외에서 착용하는 디스플레이나 웨어러블 기기 등에 활용이 기대된다.

20일 한국연구재단에 따르면 충북대 반도체공학부 권정현 교수, 가천대 의공학과 전용민 교수, 서울대 물리천문학부 전헌수 교수 공동연구팀은 가혹한 환경에서도 신뢰성을 유지하면서, 73% 이상 광 추출 효과가 있는 섬유기반 웨어러블 OLED를 개발했다고 밝혔다.

섬유기반 웨어러블 OLED 기술은 디스플레이, 패션, 헬스케어 등 다양한 분야에 적용이 가능해 활발한 연구가 이뤄지고 있다.

하지만 야외에서 사용하기에는 광효율이 낮다는 단점이 있다. 광효율은 OLED가 발광한 빛이 외부로 추출되는 빛의 비율로, 현재 20% 수준의 낮은 효율을 보인다. 

고온, 강한 자외선 등에 매우 민감해 발광 특성을 잃기 쉽고, 수분에도 취약해 세탁할 수 없는 점 등도 실용화의 큰 장벽이었다.

연구팀은 고성능·고신뢰성 섬유기반 웨어러블 OLED를 구현하기 위해 '다기능성 봉지막' 핵심 기술을 개발했다.

봉지막은 증착 단계가 끝난 패널에 박막 봉지 소재를 얇게 입히는 것으로, OLED 제조 과정에서 산소와 수분이 유기물에 침투하지 못하도록 밀봉해 제품의 수명을 향상시킨다.  

연구팀은 우선 OLED 소자가 방출하는 빛을 효과적으로 추출하기 위한 광추출기판을 만들었다. 이온빔 처리를 통해 얻은 거친 표면에 수용성 층을 코팅해 물에 젖지 않도록 만들었다.

기판 위에는 나노층화 기반 분산 브래그 반사경(n-DBR)과 기능성 폴리머를 기반으로 다중 장벽 필름을 제작해 가스확산장벽과 자외선 필터 역할을 동시에 부여했다.

DBR은 서로 다른 굴절률을 가지는 두 개의 물질이 반복 적층된 다층 구조로, n-DBR은 각 층이 나노 단위로 얇게 적층된 것을 뜻한다. 가스확산장벽은 두 개의 다른 금속이 적층됐을 때 서로 손상을 방지하는 장벽이다. 

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

연구팀은 "섬유기반 OLED의 특성 및 수명을 종합적으로 평가했을 때 광효율은 73%, 수명은 4배 이상 증가했다"고 설명했다.

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

연구 성과는 재료 및 응용 분야의 대표 권위지 ‘어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)’에 2023년 12월 29일 게재됐다.