세탁 가능한 입는 디스플레이 모듈 모식도와 구동 사진. (사진=KAIST 제공)
한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 최경철 교수와 전남대 의류학과 조석호 교수 연구팀이 외부 전원 없이 자가발전 되고 세탁이 가능한 디스플레이 모듈 기술을 개발했다고 21일 밝혔다.
플라스틱 기판이 아닌 옷감을 직접 기판으로 사용하는 전자소자의 상용화를 앞당길 수 있을 전망이다.
기존의 섬유형 웨어러블 디스플레이는 주로 디스플레이의 소자 구현에 초점을 맞춰 연구가 이뤄졌다.
이로 인해 소자를 구동하기 위한 별도의 외부 전원이 필요할 뿐 아니라 내구성 또한 부족한 특성을 가져 웨어러블 디스플레이로 응용하기에는 한계가 있었다.
고분자 태양전지와 유기 발광 디스플레이 소자는 수분과 산소 등 외부 요인에 매우 취약해 소자를 보호하기 위한 봉지막이 필요하다.
그러나 기존에 개발된 봉지막 기술은 상온에서 역할을 충분히 수행하지만, 습기가 많은 환경에서는 그 특성을 잃게 된다. 비 오는 날이나 세탁 이후에도 동작할 수 있어야 하는 착용형 디스플레이에서 사용이 제한된다.
오른쪽 위부터 시계방향으로 정은교 연구원, 최경철 교수, 조석호 교수, 전용민 연구원. (사진=KAIST 제공)
연구팀은 문제해결을 위해 외부 전원 없이 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 고분자 태양전지(PSC)와 수 밀리와트(milliwatt)로도 동작할 수 있는 유기발광다이오드(OLED)를 옷감 위에 직접 형성하고 그 위에 세탁이 가능한 봉지기술을 적용했다.
이를 통해 전기를 절약하면서도 실제 입을 수 있는 디스플레이 모듈 기술을 개발했다.
연구팀은 세탁 후에도 특성 변화 없이 소자를 보호할 수 있는 봉지막 기술을 자가발전이 가능한 입는 디스플레이 모듈에 적용했다. 이 기술을 통해 세탁 이후에도 웨어러블 전자소자들의 성능이 유지되는 것을 증명했다.
실제 일주일마다 세탁 및 기계적인 스트레스를 주입한 뒤 이를 관찰한 결과 30일 이후 PSC는 초기 대비 98%, OLED는 94%의 특성을 유지함을 확인했다.
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 구동하고 세탁이 가능한 전기 충전이 필요 없는 진정한 의미의 입을 수 있는 디스플레이 기술 시대를 열었다"라고 말했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터지원사업과 교육부 BK21 지원사업으로 수행했다. 연구 성과로 1 저자인 정은교 연구원은 BK21 우수인력으로 사회부총리 겸 교육부장관 표창을 받는다.