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자가발전·세탁가능 착용형 디스플레이 개발

외부전력 없이 고분자 태양전지로 구동하고 세탁 용이
옷감을 직접 기판으로 사용
옷감을 직접 기판으로 사용하고, 외부 전원없이 자가 발전할 수 있는 기술이 나왔다.

KAIST(총장 신성철)는 최경철 전기·전자공학부 교수와 조석호 전남대학교 의류학과 교수 연구팀이 외부 전원 없이 자가발전 되고 세탁 가능한 디스플레이 모듈 기술을 개발했다고 21일 밝혔다. 

그동안 섬유형 웨어러블 디스플레이는 주로 디스플레이 소자 구현에 초점을 맞춰 연구가 이뤄졌다. 소자를 구동하기 위해서는 별도의 외부 전원이 필요하고, 내구성이 부족해 웨어러블 디스플레이로 응용하기에는 한계가 있었다. 

고분자 태양전지와 유기 발광 디스플레이 소자는 수분, 산소 등 외부 요인에 취약해 소자를 보호하기 위한 봉지막이 필요하다.

기존 봉지막 기술은 상온에서는 역할을 충분히 수행하지만, 습기가 많은 환경에서는 그 특성을 잃게 된다. 따라서 비 오는 날이나 세탁 이후에도 동작할 수 있어야 하는 착용형 디스플레이에서는 사용이 제한된다.

연구팀은 문제해결을 위해 외부 전원 없이 안정적으로 전력을 공급할 수 있는 고분자 태양전지와 수 밀리와트(milliwatt)로도 동작할 수 있는 유기발광다이오드(OLED)를 옷감 위에 직접 형성하고 그 위에 세탁 가능한 봉지기술을 적용했다. 이를 통해 전기를 절약하면서도 실제 입을 수 있는 디스플레이 모듈 기술을 개발했다.

연구팀은 원자층 증착법과 스핀코팅으로 세탁 후에도 특성 변화 없이 소자를 보호할 수 있는 봉지막 기술을 자가발전이 가능한 입는 디스플레이 모듈에 적용했다. 이 기술로 세탁 이후나 3mm의 낮은 곡률반경에서도 웨어러블 전자소자들의 성능이 유지되는 것을 증명했다.

연구팀은 일주일마다 세탁하고, 기계적 스트레스를 주입한 뒤 결과를 관찰한 결과 30일 이후 고분자 태양전지는 초기 대비 98%, 유기발광다이오드는 94%의 특성을 유지한다는 사실을 확인했다. 

최경철 교수는 "기존 플라스틱 기판 기반의 웨어러블 전자소자나 디스플레이 연구와 달리 일상생활에 입는 옷감을 기판으로 활용해 세탁 가능하고 외부 전원 없이 고분자 태양전지로 디스플레이를 구동하는 전자소자 모듈을 구현했다"며 "태양에너지를 이용해 자가 구동과 세탁 가능하며, 전기 충전할 필요가 없는 진정한 의미의 입을 수 있는 디스플레이 기술 시대를 열었다"고 말했다. 

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터지원사업과 교육부 BK21 지원사업으로 수행됐다. 

연구는 정은교 박사과정과 전용민 연구원이 주도했다. 연구 결과는 국제 학술지 '에너지&인바이런멘탈 사이언스(Energy and Environmental Science)'에 1월 18일 자 온라인판에 게재됐다. 
세탁 가능한 입는 디스플레이 모듈 모식도와 구동 모습.<사진=KAIST 제공>세탁 가능한 입는 디스플레이 모듈 모식도와 구동 모습.<사진=KAIST 제공>
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