KAIST-기계연구원, ‘음의 푸아송비’ 갖는 특수 구조 이용해
KAIST 신소재공학과 배병수 교수(웨어러블 플랫폼 소재 기술센터장) 연구팀이 한국기계연구원(원장 류석현)과 공동연구를 통해, 신축 시 이미지 왜곡을 억제하는 전방향 신축성을 갖는 스트레처블 디스플레이용 기판 소재를 개발했다.
(위 왼쪽부터 시계 방향) ▲KAIST 신소재공학과 배병수 교수 ▲음의 푸아송비 필름 개발의 개념도 ▲ 이미지의 왜곡이 없는 스트레처블 디스플레이의 구조 개념도와 소자 현미경 이미지 ▲음의 푸아송비 필름의 변형 모습
1. 연구 배경
스트레처블 디스플레이는 차세대 디스플레이 기술의 핵심으로 주목받고 있다. 이 기술은 다양한 변형 상황에서 활용될 수 있으며, 유연한 피부와 같은 표면에도 높은 순응성을 보여 적용 가능성이 큰 미래 기술이다.
이에 연구에서는 빈 공간이 없는 연속적인 표면을 가지면서도 이상적인 -1의 푸아송비(가로 방향과 세로 방향의 신축성이 일치함)를 구현하는 복합체 필름을 제작하고자 했다. 또한, 유리 섬유의 넓은 표면적과 소재 간의 화학적 유사성으로 인한 높은 계면 결합력을 통해 큰 물성 차이에도 불구하고 필름의 내구성을 확보하려고 하였다. 최종적으로는 이 복합체 필름을 기판으로 사용하여 이미지 왜곡이 없는 스트레처블 마이크로 LED 디스플레이를 구현하고자 하였다.
2. 연구내용
연구팀은 연속적인 표면을 가지면서 음의 푸아송비 -1을 갖는 복합체 필름을 개발하였다. 이 필름은 유리 섬유로 강화된 옥세틱 구조체의 빈 공간을 신축성 엘라스토머 재료로 채워 평평한 표면을 가지며, 유리 섬유로 강화된 강화부와 엘라스토머 재료로 빈 공간을 채운 신축성 소재부 간의 탄성율 물성 차이에 따라 푸아송비가 변하는 거동을 보였다. 제작된 디스플에이가 가로 방향으로 신장될 때 세로 방향으로도 동일하게 팽창하는 등방성을 보여 신장 시에 이미지 왜곡이 없는 스트레처블 디스플레이를 구현하였다.
그림. 스트레처블 디스플레이 소자의 개념도와 이미지
3. 기대 효과
연구에서 제안된 음의 푸아송비를 갖는 복합체 필름을 기판으로 사용하게 된다면, 이미지 왜곡이 전혀 없는 스트레처블 디스플레이를 제작할 수 있을 것으로 기대된다. 뿐만 아니라 기존 빈 공간을 갖는 옥세틱 구조 기판과 달리 전면적이 활용가능하고 뒤틀림과 같은 다양한 변형에도 높은 안정성을 확보할 수 있어 공정 안정성과 자유도에도 유리할 것으로 기대된다.
또한, 신체와 유사한 유연성뿐 아니라 피부의 복잡한 곡면에 순응성이 요구되는 웨어러블 기기로의 응용에도 사용할 수 있을 것으로 기대된다.
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