디스플레이는 괴물 같은 CRT TV부터 얇고 가벼운 LCD, 그리고 현재 우리가 사용하는 휴대용 스마트폰 디스플레이에 이르기까지 먼 길을 걸어왔습니다. 그러나 웨어러블 디스플레이로의 전환은 OLED 디스플레이가 구부러지는 대신 부서지는 성가신 습관으로 인해 방해를 받았습니다. 한국의 연구원들이 필라델피아에 있는 Drexel University의 연구원들과 협력하여 구부릴 수 있고 늘릴 수 있는 새로운 유형의 OLED 디스플레이를 개발했다고 주장하기 때문에 이는 더 이상 문제가 되지 않을 수 있습니다.
플렉서블 OLED 디스플레이가 등장한 지 10년이 넘었지만, 현재 폴더블 스마트폰은 디스플레이 내구성이 크게 떨어지는 등 심각한 단점을 안고 있다. 반복적으로 접고 펴면 전도성 트레이스에 미세 균열이 발생하고 OLED 기판의 유기층이 점진적으로 저하됩니다. 이는 눈에 보이는 손상과 이미지 품질 저하로 나타납니다. 동일한 약점으로 인해 현재 세대의 유연한 OLED 디스플레이를 반복적인 스트레칭 및 접기 사이클이 발생할 수 있는 웨어러블 장치에 통합하는 것이 매우 어렵습니다.
Nature 저널에 소개된 새로운 유연한 OLED 디스플레이는 원래 크기의 무려 1.6배까지 안전하게 늘어날 수 있는 나노 소재를 사용합니다. 현대의 웨어러블 디스플레이는 늘어나면 밝기가 상당량 손실되는 반면, 이 나노 물질로 강화된 OLED 디스플레이는 2% 변형률로 100회 주기 후에 광 출력의 83%를 유지할 수 있다고 합니다. 이 새로운 기술이 왜 작동하는지 살펴보겠습니다.
나노기술을 활용해 밝기와 내구성 향상
기존의 유연한 OLED 디스플레이는 패널을 구성하는 전도성 전극과 유기층의 취약성으로 인해 많은 굽힘 및 늘어짐 주기를 견딜 수 없습니다. 전기적 기초는 반복되는 변형 주기에 따라 마모되며, 유연성과 내구성을 강화하기 위해 도입된 신축성 폴리머 층은 디스플레이의 밝기와 에너지 효율성을 감소시킵니다.
새로운 유연한 OLED 디자인은 MXene이라는 나노 물질을 사용하여 투명하고 신축성이 있는 전극을 만들어 이러한 단점을 극복했습니다. 2011년 드렉셀대학교 공과대학이 개발한 나노소재는 우수한 전기전도도, 기계적 강도, 신축성, 투명성을 겸비하고 있다. 이를 통해 최대 변형 한계의 최대 60%까지 늘려도 거의 90%의 성능과 효율성을 유지한다고 주장하는 구부릴 수 있는 디스플레이가 가능해졌습니다.
인상적인 광 효율성에 대한 연구원들의 주장은 엑시플렉스 보조 인광(ExciPh) 층이라고 불리는 새로운 신축성 유기 층에서 비롯됩니다. 이 층은 본질적으로 OLED 시스템의 에너지 수준을 변경하여 빛을 보다 효율적으로 생성합니다. OLED 픽셀은 전극에서 생성된 양전하와 음전하를 결합하여 빛을 생성하며, 이는 결국 결합하여 엑시톤을 형성합니다. 이러한 엑시톤의 후속 붕괴는 개별 OLED 픽셀을 구동하는 전자발광을 생성합니다. 새로운 ExciPh 층은 기존 플렉서블 OLED의 12~22%보다 훨씬 높은 57% 이상의 엑시톤이 빛을 생성하도록 합니다. 이를 통해 내구성이 뛰어나고 훨씬 더 밝은 유연한 디스플레이가 만들어졌습니다.
이러한 실험실 실험이 소비자 응용 프로그램으로 발전할 수 있을까요?
첨단 디스플레이 및 기타 유망한 휴대폰 관련 기술에 대한 연구 논문의 출판이 항상 소비자 제품으로 전환되는 것은 아니지만, 한미 공동 연구 노력은 적어도 미래를 엿볼 수 있는 디스플레이를 만드는 결과를 가져왔습니다. Drexel University 연구진은 두 개의 녹색 단색 디스플레이를 사용하여 신축성 OLED 디스플레이 기술의 효율성을 시연했습니다. 하나는 하트 아이콘을 표시하고 다른 하나는 일련의 숫자를 표시했습니다.
서울대학교 연구진은 한 단계 더 나아가 신축성 패시브 매트릭스 OLED를 탑재한 풀컬러 신축성 디스플레이를 개발했습니다. 즉, 이 유연한 OLED 기술은 이미 상대적으로 성숙한 것으로 보이며 저전력 웨어러블 디스플레이 솔루션에 적용하는 것이 가능성의 영역을 벗어나지 않습니다.
이 연구 논문의 저자는 저널 간행물에서 입증된 신축성 OLED 디스플레이 프로토타입의 잠재적 응용 분야로 실시간 건강 관리 모니터링 및 웨어러블 통신 기술을 나열했습니다. 한편, ACS Energy Letters에서 논의된 것처럼 신축성 있는 배터리에 대한 현대 연구는 공상 과학 소설이 아닌 웨어러블 디스플레이가 표준이 되는 미래를 예고하는 것처럼 보입니다.
