삼성전자 '늘었다 줄어드는' 디스플레이 개발

장문기 기자 2021-06-06 18:00

성능 저하 없이 30% 변형·1000회 반복 견뎌···스트레처블 기기 상용화 가능성 입증

삼성전자가 사람 피부에 부착해 몸의 움직임에 따라 자유자재로 변형되면서도 성능 저하가 발생하지 않는 ‘스트레처블 디스플레이’ 기술을 한 단계 더 발전시키는 데 성공했다. 향후 웨어러블 기기 등에 핵심기술로 활용될 것으로 보인다.

6일 삼성전자에 따르면 삼성전자 종합기술원은 지난 4일(현지시간) ‘스트레처블 센서와 유기발광다이오드(OLED) 디스플레이 개발 연구’ 결과를 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 발표했다.

이번 연구는 길이를 늘이는 연신에 따른 기기의 성능 안정성을 구현하고 반도체 공정에 적용하는 등 스트레처블 기기의 상용화 가능성을 업계 최초로 입증했다는 의미가 있다.

연구진은 스트레처블 OLED 디스플레이와 광혈류 측정 센서를 하나의 기기에 통합해 ‘스트레처블 전자 피부’ 폼 팩터로 구성했다. 스트레처블 기기 기판에 사용되던 플라스틱 소재를 탄성력·복원력이 우수한 고분자 화합물 ‘엘라스토머’로 교체한 게 주효했던 것으로 보인다.

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또 업계 최초로 미세 패터닝, 대면적 공정 등이 가능한 포토 리소그라피 공정을 활용해 디스플레이와 센서를 구현하기도 했다.

이와 동시에 엘라스토머 영역에는 미세한 균열을 형성해 변형에 대한 안정성을 높인 ‘연신 전극 소재(Cracked Metal)’를 적용했다. 이를 통해 OLED 픽셀 자체는 변형되지 않으면서 픽셀 사이의 공간과 배선 전극이 늘거나 줄어들 수 있도록 설계한 것이다.

이와 같은 노력의 결과 이번 연구에 사용된 스트레처블 전자 피부는 디스플레이·센서를 30% 늘려도 성능이 저하되지 않는다는 사실이 확인됐다. 또 디스플레이·센서는 길이를 1000회 반복해 늘려도 안정적으로 구동했다.

스트레처블 센서는 피부와 접착성이 우수해 기존의 고정형 웨어러블 기기 센서보다 노이즈 신호가 적다. 이를 통해 높은 감도로 지속적인 심박 측정이 가능하다.

윤영준 삼성전자 종합기술원 전문연구원은 “연신 성능이 높은 센서와 디스플레이는 실제 피부와 일체감이 우수해 수면, 운동 등 일상에서 제약 없이 장시간 생체 정보를 측정할 수 있는 게 장점”이라며 “일반인과 영유아를 위한 웨어러블 헬스케어 제품으로 응용 가능성도 클 것으로 기대한다”고 설명했다.

삼성전자는 이번 연구를 통해 엘라스토머 소재의 내화학성·내열성을 확보, 고해상 대화면이면서 휴대성도 갖춘 차세대 프리폼(Free-form) 디스플레이 연구에서 상용화 가능성을 입증했다는 성과를 냈다는데 의미를 부여했다.

이번 연구 결과가 기존 스트레처블 소재를 비롯해 소자의 성능과 공정의 한계를 극복한 결과라는 설명이다. 스트레처블 기술은 최근 활발한 연구가 진행되고 있는 프리폼 디스플레이 구현의 핵심 기술로 알려져 있다.

정종원 삼성전자 종합기술원 전문연구원은 “전자 피부 해상도와 연신성, 측정 정확도를 양산 수준으로 올려 스트레처블 기기의 상용화에 더 다가가는 게 목표”라며 “앞으로 전자 피부 심박 센서뿐 아니라 산소 포화도, 근전도, 혈압 등 다양한 생체 신호를 모니터링할 수 있는 스트레처블 센서와 고해상도 프리폼 디스플레이로 확장할 것”이라고 강조했다.