피부에 붙여 늘였다 줄였다…삼성 '스트레처블 디스플레이' 개발

[이데일리 신중섭 기자] 삼성전자(005930)가 디스플레이를 사람의 피부에 부착해 몸의 움직임에 따라 늘이고 줄여도 성능 저하 없이 정상 작동할 수 있게 하는 스트레처블(Stretchable) 기술을 개발했다.

스트레처블 기기의 새로운 가능성을 입증한 삼성전자 종합기술원 연구진. (왼쪽부터) 삼성전자 종합기술원 유기소재랩 정종원 전문(공동제1저자), 윤영준 전문(교신저자), 이영준 전문(공동제1저자)(사진=삼성전자)

삼성전자 종합기술원은 ‘스트레처블 센서와 유기발광다이오드(OLED) 디스플레이 개발 연구’ 결과를 지난 4일(미국 현지시간), 세계적인 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 발표했다고 6일 밝혔다.

이번 연구는 연신(길이를 늘임)에 따른 기기의 성능 안정성을 구현한 것이 핵심이다. 반도체 공정에도 적용이 가능해 고무줄처럼 자유자재로 변형이 가능하면서도 디스플레이 소자의 성능이 떨어지지 않는 ‘스트레처블 기기’의 상용화 가능성을 입증했다.

스트레처블 디스플레이는 폼팩터 혁신의 종착점이라고도 불린다. 일반적으로 디스플레이가 늘어나거나 모양이 변할 때는 장치가 끊어지거나 성능 저하가 발생하는데, 이를 극복하려면 기판, 전극, 박막트랜지스터, 발광층, 센서 등 모든 소재와 소자가 물리적 신축성과 전기적 특성을 동시에 유지해야 한다.

연구진은 스트레처블 OLED 디스플레이와 광혈류 측정(PPG) 센서를 하나의 기기에 통합해 ‘스트레처블 전자 피부’ 폼 팩터로 구성했다. 이를 통해 향후 스트레처블 기기의 응용처를 더욱 확대할 수 있다는 가능성도 높였다.

삼성전자 종합기술원 스트레처블 헬스 모니터링 시스템(사진=삼성전자)

이번 연구의 가장 큰 성과는 탄성력과 복원력이 우수한 고분자 화합물 ‘앨라스토머‘의 조성·구조를 바꿔 디스플레이와 센서를 30% 늘여도 성능 저하없이 안정적으로 구동하는 것을 확인했다는 점이다. 또 1000회 반복해 길이를 늘였을 때도 OLED 디스플레이와 광혈류 센서가 정상 작동했다. 특히 광혈류 센서는 손목이 움직일 때를 기준으로 고정형 실리콘 센서 대비 2.4배 높은 심박 신호를 추출하는 결과를 얻었다.

또 엘라스토머 영역에는 미세한 균열을 형성해 변형에 대한 안정성을 높인 ‘연신 전극 소재(Cracked Metal)’를 적용함으로써 OLED 픽셀 자체는 변형되지 않으면서 픽셀 사이의 공간과 배선 전극이 늘거나 줄어들 수 있도록 설계했다. 앨라스토머 소재의 내화학성과 내열성을 확보해 향후 고해상 대화면의 스트레처블 기기 상용화 가능성을 높였다는 데에도 의미가 크다.

정종원 전문연구원은 “전자 피부 해상도와 연신성, 측정 정확도를 양산 수준으로 올리는 것이 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.