외부 전원 없이도 자가발전이 가능하며 세탁이 가능한 신개념 디스플레이 모듈 기술을 국내 연구진이 개발했습니다. 해당 기술 개발로 향후 의류 산업에 다양한 활용이 가능할 것으로 기대를 모으고 있습니다.
21일 최경철 한국과학기술원(KAIST) 전기및전자공학부 교수와 조석호 전남대 의류학과 교수 연구팀은 관련 기술을 공동 개발했다고 발표했습니다.
연구팀은 기존 플라스틱 기판 웨어러블 전자소자가 아닌 옷감을 직접 기판으로 사용하는 전자소자의 상용화를 앞당길 수 있고 일상생활에 입는 전자소자가 외부 전원 없이 자가 발전해 에너지를 절약할 수 있다는 점에서 큰 의미가 있다는 설명입니다.
정은교 박사과정과 전용민 연구원이 주도한 이번 연구는 국제 학술지 ‘에너지&인바이런멘탈 사이언스’(Energy and Environmental Science, IF : 30.067) 1월 18일자 온라인판에 게재됐으며 연구 성과를 인정받아 뒤표지 논문으로 선정됐습니다.
기존의 섬유형 웨어러블 디스플레이는 주로 디스플레이의 소자 구현에 초점을 맞춰 연구가 이뤄졌습니다. 이로 인해 소자를 구동하기 위한 별도의 외부 전원이 필요할 뿐 아니라 내구성이 부족해 웨어러블 디스플레이로 응용하기에는 엄연한 한계가 있었습니다.
또한 고분자 태양전지와 유기 발광 디스플레이 소자는 수분, 산소 등 외부 요인에 매우 취약해 소자를 보호하기 위한 봉지막이 필요합니다. 그러나 기존에 개발된 봉지막 기술은 상온에서 역할을 충분히 수행할 수 있으나 습기가 많은 환경에서는 그 특성을 발휘할 수 없습니다. 이는 비 오는 날이나 세탁 이후에도 동작할 수 있어야 하는 착용형 디스플레이에 사용하기가 힘듭니다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하고자 외부 전원 없이도 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 고분자 태양전지(PSC)와 약간의 밀리와트(milliwatt)로도 동작할 수 있는 유기발광다이오드(OLED)를 옷감 위에 직접 형성한 후 그 위에 세탁이 가능한 봉지기술을 적용했습니다. 전기도 절약하고 실제 착용 가능한 디스플레이 모듈 기술을 개발한 것입니다.
연구팀은 원자층 증착법(ALD)과 스핀코팅(spin coating)을 통해 세탁 후에도 특성 변화 없이 소자를 보호할 수 있는 봉지막 기술을 자가발전이 가능한 입는 디스플레이 모듈에 적용했습니다. 이 봉지막 기술을 통해 세탁 이후나 3mm의 낮은 곡률반경에서도 웨어러블 전자소자들의 성능이 유지되는 것을 증명했습니다.
연구팀은 일주일마다 세탁 및 기계적인 스트레스를 주입한 뒤 결과를 관찰한 결과 30일 이후 PSC는 초기 대비 98%, OLED는 94%의 특성을 유지함을 확인했습니다.
최경철 교수는 “기존의 플라스틱 기판 기반의 웨어러블 전자소자 및 디스플레이 연구와 달리 일상생활에 입는 옷감을 기판으로 활용해 세탁이 가능하고 외부 전원 없이 고분자 태양전지로 디스플레이를 구동하는 전자소자 모듈을 구현했다”며 “태양에너지를 이용해 자가 구동 및 세탁이 가능한 전기 충전이 필요 없는 진정한 의미의 입을 수 있는 디스플레이 기술 시대를 열었다”고 설명했습니다.
해당 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터지원사업과 교육부 BK21 지원사업으로 수행됐습니다. 이번 연구 성과로 저자인 정은교 연구원은 BK21 우수인력으로 사회부총리 겸 교육부장관 표창을 받게 됩니다.
