스트레처블 디스플레이, 25% 늘려도 그대로~

[아이뉴스24 정종오 기자] 스트레처블 디스플레이는 공간 활용성, 디자인 자유도, 신체와 비슷한 유연성 등의 장점으로 인해 차세대 디스플레이로 각광받고 있다. 국내 연구팀이 25%까지 늘릴 수 있고 이미지 왜곡 없이 선명한 화질을 유지하고 15% 비율로 5000회 늘렸다 펴도 성능이 안정적으로 유지되는 무변형(음의 푸아송비) 스트레처블 디스플레이를 내놓았다.

음의 푸아송 비(Poisson’s ratio of –1)는 가로 세로가 같은 비율로 늘어나는 비율로 음(-)의 값으로 표현한 것을 말한다.

한국과학기술원(KAIST, 총장 이광형)은 신소재공학과 배병수 교수(웨어러블 플랫폼 소재 기술센터장) 연구팀이 한국기계연구원(원장 류석현)과 공동연구를 통해 신축했을 때 이미지 왜곡을 억제하는 전방향 신축성을 갖는 스트레처블 디스플레이용 기판 소재를 개발했다고 20일 발표했다.

현재 스트레처블 디스플레이 기술은 대부분 신축성이 뛰어난 엘라스토머(고분자) 소재를 기반으로 제작되고 있는데 해당 소재들은 양의 푸아송비를 가져 디스플레이를 늘릴 때 이미지 왜곡이 불가피하다.

이를 해결하기 위해 옥세틱(음(-)의 푸아송비를 나타내는 특수한 기하학적 구조) 메타 구조의 도입이 각광받고 있다. 옥세틱 구조는 일반 재료와 달리 한 방향으로 늘려도 전 방향으로 함께 늘어나는 ‘음의 푸아송비’를 갖는 독특한 구조다.

전통적인 옥세틱 구조는 패턴으로 형성된 빈 공간이 많아서 안정성과 공간 활용도가 떨어져 기판에서는 활용이 매우 제한적이다.

배병수 교수 연구팀은 먼저 이미지 왜곡의 문제를 해결하기 위해 음의 푸아송 비를 갖는 옥세틱메타 구조의 최대 난제인 다공성의 표면을 이음매 없이 매끈하게 하면서도 ‘–1’의 푸아송비(가장 이상적 음의 푸아송비) 한계치를 구현하는 기술을 개발했다.

두 번째 탄성률(변형 정도)의 문제를 해결하기 위해 옥세틱 구조를 이루는 부분에 머리카락 두께의 4분의1 수준인 25마이크로미터 직경의 유리 섬유 다발로 만든 직물을 엘라스토머 소재 내에 삽입했다. 여기에 동일한 엘라스토머 소재로 빈 공간을 채워넣어 빈 공간이 없는 편평하고 안정적 디스플레이를 구현했다.

배병수 교수는 “스트레처블 디스플레이에 옥세틱 구조를 활용한 이미지 왜곡 방지는 핵심적 기술임에도 불구하고 표면에 빈 공간이 많아 기판으로 활용하는 데에는 어려움을 겪고 있었다”며 “이번 연구 결과를 통해서 표면 전체를 활용한 왜곡 없는 고해상도 스트레처블 디스플레이 응용을 통해 상용화를 크게 앞당길 것으로 기대하고 있다”고 말했다.

KAIST 신소재공학과 이융 박사와 한국기계연구원 장봉균 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구(논문명: A seamless auxetic substrate with a negative Poisson's ratio of –1)는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈 (Nature Communications)’ 8월 20일 자에 실렸다.