"일그러짐 없이 고화질 유지" 신축 디스플레이 구현

고무처럼 자유자재로 늘려도 일그러짐 없이 고화질을 유지하는 신축 디스플레이 기술이 구현됐다. 이미지 왜곡 문제를 해결할 열쇠가 돼 차세대 고화질 스트레처블(Stretchable) 디스플레이의 조기 상용화를 가능케 할 것이라는 기대가 나온다.

KAIST는 전기 및 전자공학부 유승협 교수 연구팀과 문한얼 동아대 교수 연구팀이 화면 속 이미지의 왜곡 없이 모든 방향에서 같은 비율로 균일하게 늘어나는 '오그제틱(auxetic)' 기반의 스트레처블 디스플레이 플랫폼을 구현했다고 8일 밝혔다.

AI 생성 이미지. KAIST

오그제틱은 잡아당길수록 가로와 세로가 함께 넓어지는 구조다. 기존 스트레처블 디스플레이는 디스플레이를 구성하는 바닥층(신축성 기판) 위에 발광 소자를 구현하는 게 일반적이었다. 하지만 신축성 기판은 한 방향으로 늘렸을 때 반대 방향에선 폭이 줄어 화면 속 글자, 그림이 일그러지는 문제가 생겼다.

이 같은 현상을 해결하기 위해 그간에도 오그제틱 구조가 적용됐지만, 대부분 화면의 가로·세로 비율을 유지하는 데 그쳐 화면 내부의 글자와 그림이 왜곡되는 현상은 극복되지 않은 과제로 남았다.

공동연구팀은 정교한 계산으로 선택적으로 오그제틱 구조와 신축성 기판을 연결하는 설계 방식을 고안했다.

이는 전체 면적에 오그제틱 구조와 신축성 기판을 붙이던 방식과 차별화된다. 기존 방식은 오그제틱 구조가 늘어나는 과정에서 생기는 비틀림 변형이 그대로 기판에 전달돼 화면 내부 이미지가 일그러지는 문제를 보였다.

하지만 공동연구팀이 개발한 플랫폼에서는 각 영역이 제자리를 기준으로 바깥쪽으로 고르게 이동하도록 설계돼 화면 전체 비율에서는 물론 글자와 그림 등이 포함된 작은 영역까지 본래의 형태를 유지·확장되는 것이 가능했다.

(왼쪽부터) 문한얼 교수, 김준호 박사, 유승협 교수, 김수본 박사.

실제 글자·그림이 새겨진 기판을 반복해 늘리는 성능 검증 실험에서 기존 방식으로는 패턴이 부분적으로 변형됐지만, 새로운 플랫폼에서는 형태가 안정적으로 유지되는 것이 확인됐다. 화면 외곽에서 뿐 아니라 내부의 미세한 이미지까지 왜곡 없이 균일하게 확장하는 게 가능해진 셈이다.

공동연구팀은 플랫폼 위에 여러 개의 LED를 일정한 간격으로 배열한 구조인 'LED 어레이'를 집적해 실제 스트레처블 디스플레이로 활용했을 때의 성능도 검증했다.

이 결과 가로·세로 방향으로 화면을 각 15%까지 늘려도 전기가 안정적으로 통하고, 화면 밝기도 유지되는 것을 확인했다. 특히 화면을 15%까지 늘리는 동작을 반복해도 밝기 감소가 2% 미만에 그쳤다. 이는 실제 디스플레이에 공동연구팀이 개발한 플랫폼을 적용해 상용화할 수 있는 가능성을 엿보게 하는 대목이다.

유 교수는 "공동연구팀은 화면이 늘어나도 각 화소와 이미지 위치가 본래 비율을 유지하는 게 중요하다고 판단, 구조 설계 관점에서 기존의 문제점을 해결하는 데 집중했다"고 설명했다.

그러면서 "이번 연구의 가장 큰 성과는 화면의 작은 영역에서부터 전체 화면까지 균일한 확장이 가능하도록 한 점"이라며 "향후 이 기술은 고해상도 스트레처블 디스플레이 상용화를 앞당기는 데 밑거름이 될 것"이라고 말했다.

한편 이번 연구는 KAIST 김수본·김준호 박사가 공동 제1 저자, 문한얼 동아대 교수와 유승협 KAIST 교수가 공동 교신저자로 참여했다. 연구 결과는 최근 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 게재됐다.

대전=정일웅 기자 jiw3061@asiae.co.kr