외부전력 없이 자가발전 가능
전남대학교 의류학과 조석호 교수가 카이스트 전기및전자공학부 최경철 교수와의 공동연구를 통해 외부 전원 없이 자가발전이 되고 세탁이 가능한 직물 기반의 디스플레이 모듈 기술을 개발했다.
이번 연구는 기존 플라스틱 기반의 웨어러블 전자소자가 아닌 실제 의복에 사용되는 옷감을 직접 기판으로 사용하는 Smart-Textile의 상용화를 앞당길 수 있다는 점, 일상생활에 입는 전자소자가 외부 전원 없이 자가 발전해 에너지를 절약할 수 있다는 점에서 큰 의미가 있다.
해당 연구결과는 국제학술지 ‘에너지&인바이런멘탈 사이언스(IF:30.067)’ 1월 18일자 온라인 판에 게재됐다.
연구팀은 외부 전원 없이도 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 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 3mm의 낮은 곡률반경에서도 웨어러블 전자소자들의 성능이 유지되는 것을 증명했다.
또 일주일마다 세탁 및 기계적인 스트레스를 주입한 뒤 결과를 관찰한 결과 30일 이후 PSC는 초기 대비 98%, OLED는 94%의 특성을 유지함을 확인했다.
이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터지원사업과 교육부 BK21 지원 사업으로 수행되었다. 정은교 박사과정과 전용민 연구원이 1저자로 참여했다.
한편 기존의 섬유형 웨어러블 디스플레이는 주로 디스플레이의 소자 구현에 초점을 맞춰 연구가 이뤄져, 소자 구동을 위한 별도의 외부 전원이 필요할 뿐 아니라 내구성 또한 부족해 웨어러블 디스플레이로 응용하는데 한계를 지녀왔다.
또 고분자 태양전지와 유기 발광 디스플레이 소자는 수분, 산소 등 외부 요인에 매우 취약해 소자를 보호하기 위한 봉지막이 필요한데, 기존 봉지막 기술은 습기가 많은 환경에서는 그 특성을 잃어 비 오는 날이나 세탁 이후에는 사용에 제약이 따랐다.