한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 조힘찬 교수 연구팀이 미국 시카고대·중국 쑤저우대 연구진과 공동으로 늘어나도 전기가 끊기지 않는 새로운 전극 기술을 개발했다고 3일 밝혔다.

전극은 유기발광다이오드(OLED)에서 빛을 내기 위해 전기를 공급하는 핵심 부품이다.

연구팀은 '하이브리드 액체 금속 음극'(전자를 공급하는 전극)을 적용해 성능 저하 없는 차세대 신축성(스트레처블) OLED를 구현했다. 스트레처블(Stretchable) 디스플레이는 늘이기, 접기, 비틀기 등 어떤 형태로도 자유롭게 변형할 수 있다.

연구팀은 머리카락 굵기의 수십 분의 일에 불과한 액체 금속 입자들을 촘촘히 쌓은 뒤 그중 표면에 있는 입자들만 터뜨려 하나로 이어진 매끄러운 금속층을 만들었다.

아래에는 여전히 작은 입자층이 남아 있어 전기는 위의 금속층을 따라 안정적으로 흐르고, 아래층은 고무처럼 늘어날 때 충격을 흡수한다.

그 결과 금속처럼 전기는 잘 통하면서도 고무처럼 늘어나는 전극이 완성됐다. 화면을 늘려도 밝기가 줄어들지 않는다.

이 기술을 적용한 신축성 OLED는 낮은 전압(3.0V)에서도 빛이 켜지기 시작했으며, 9.5V(볼트) 구동 시 최대 1만7천670 칸델라(cd)/㎡의 높은 밝기를 기록했다. 칸델라는 화면이 얼마나 밝게 보이는지를 나타내는 국제 표준 단위로, 숫자가 클수록 더 강한 밝기를 의미한다.

이는 일반 스마트폰 디스플레이의 최대 밝기를 크게 상회하는 수준이라고 연구팀은 설명했다. 투입된 전류 대비 빛이 얼마나 나오는지를 나타내는 '전류 효율' 역시 지금까지 보고된 신축성 OLED 가운데 세계 최고 수준(10.35cd/A)으로, 같은 전류로 더 밝은 빛을 낼 수 있음을 의미한다고 덧붙였다.

이번 기술은 웨어러블 디스플레이를 비롯해 소프트 로봇, 전자 피부, 체내 삽입형 의료기기 등 차세대 유연 전자기기 분야 전반에 활용될 것으로 기대된다.

조힘찬 교수는 "신축성 디스플레이의 성능을 제한해 온 전극 소재의 근본적인 문제를 해결했다"며 "이번 하이브리드 액체 금속 음극 기술은 차세대 유연 전자소자의 핵심 기반 기술이 될 것"이라고 말했다.