[대전=뉴스핌] 최태영 기자 = 한국과학기술원(KAIST·카이스트)와 전남대학교 합동 연구팀이 자가발전으로 에너지를 절약하고 세탁이 가능한 소위 ‘입는 디스플레이’를 개발했다.

(오른쪽 위부터 시계방향으로) 카이스트 정은교 연구원과 최경철 교수, 전남대 조석호 교수와 전용민 연구원 [사진=카이스트]

KAIST는 전기및전자공학부 최경철 교수와 전남대 의류학과 조석호 교수 연구팀이 외부 전원 없이 자가발전되고 세탁이 가능한 디스플레이 모듈 기술을 개발했다고 20일 밝혔다.

연구팀은 이번 연구가 △기존 플라스틱 기판 웨어러블 전자소자가 아닌 옷감을 직접 기판으로 사용하는 전자소자의 상용화를 앞당길 수 있는 점 △일상생활에 입는 전자소자가 외부 전원 없이 자가 발전해 에너지를 절약할 수 있는 점에서 의미가 있다고 설명했다.

이번 연구는 정은교 박사과정과 전용민 연구원이 주도했으며, 국제 학술지 ‘에너지&인바이런멘탈 사이언스’ 1월18일자 온라인판에 게재됐다. 연구 결과의 우수성도 인정받아 뒷표지 논문으로 선정됐다.

기존의 섬유형 웨어러블 디스플레이는 주로 디스플레이의 소자 구현에 초점을 맞춰 연구가 이뤄져 왔다. 이로 인해 소자를 구동하기 위한 별도의 외부 전원이 필요할 뿐 아니라 내구성도 부족한 특성을 가져 웨어러블 디스플레이로 응용하기에는 한계가 있다는 문제점이 있었다.

통상 고분자 태양전지와 유기 발광 디스플레이 소자는 수분·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 잃는 단점이 노출돼 왔다. 이에 따라 비 오는 날이나 세탁 이후에도 동작할 수 있어야 하는 착용형 디스플레이에서 사용이 제한돼 온 게 현실이다.

세탁 가능한 입는 디스플레이 모듈 모식도 및 구동 사진. [자료=카이스트]

연구팀은 이런 문제를 해결하기 위해 외부 전원 없이도 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 고분자 태양전지(PSC)와 수 밀리와트(㎽)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 개발한 것.

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 적용했다.

이 봉지막 기술을 통해 세탁 이후나 3㎜의 낮은 곡률반경에서도 웨어러블 전자소자들의 성능이 유지되는 것을 증명했다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 1주일마다 세탁 및 기계적인 스트레스를 주입한 뒤 관찰한 결과, 30일 이후 PSC는 초기 대비 98%, OLED는 94%의 특성을 유지함을 확인했다고 전했다.

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 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터지원사업과 교육부 BK21 지원사업으로 수행됐으며, 이번 연구 성과로 1 저자인 정은교 연구원은 BK21 우수인력으로 사회부총리 겸 교육부장관 표창을 받는다. 

ctyw@newspim.com