더 얇아진 인체 정보 센싱 디스플레이 원천 기술

디스플레이 기술의 동향

사물과 사물을 디지털 신호로 연결하는 IoT 시대에 접어들면서 센서와 디스플레이 시장은 지속적인 성장을 경험할 것으로 보인다. 지금까지 스마트 장치 기술은 외부 자극에 반응하는 센서와 이를 받아들여 표시하는 디스플레이 기술로 구분되어 있었는데, 최근 들어와 디스플레이 기술이 기존의 TV와 같은 디스플레이와 달리 인체 정보를 감지하고 이를 표시하는 새로운 기능의 디스플레이를 지향하기 시작했다. 이 경우 인체 정보를 감지하는 센서 소자와 감지된 신호를 처리하는 마이크로 프로세서 신호처리소자, 처리된 신호를 표시하는 디스플레이 소자가 필수적으로 요구된다. 이와 같은 복잡한 구조는 디스플레이의 대면적, 유연성 및 인체 정보 감지 등의 새로운 기능과 기술을 구현하는 데 있어서 부정적인 요소로 작용한다. 이 문제를 해결하기 위해서는 분리된 소자를 하나로 통합해 인체 정보를 감지함과 동시에 직접적으로 화면에 표시하는 디스플레이 기술이 필요하다.

공정 단순화와 얇은 소자를 구현하는 OLEB

미래창조과학부의 연구를 수행한 박철민 교수 연구진은 교류 전계(시간에 따라 주기적으로 크기와 방향이 변하는 전류에 의해 형성된 자기장) 기반의 OLEB를 통해 전도 정보를 감지하고 감지된 정보를 즉시 화면에 표시하는 디스플레이를 개발하는 데 성공했다. OLEB는 기존의 ‘신호 감지-신호 처리-신호 디스플레이’ 역할을 수행하는 3개의 소자를 하나의 소자로 통합시켰기 때문에 공정을 단순화시킬 수 있을 뿐만 아니라 이를 통해 기계적 유연성을 갖는 얇은 소자도 구현할 수 있다. 이 같은 OLEB의 구조는 기판 위에 분리되어 위치해 있는 2개의 하부 전극과 그 위에서 발광을 담당하는 유기 발광층, 발광의 성능 향상을 돕기 위해 적층된 기능층, 기능층 위에 놓인 절연체층으로 이뤄져 있다.

또한 OLEB의 구동 원리는 2개의 하부 전극에 교류와 전류가 가해진 상태에서 절연체층 위에 상부 전극이 놓일 시 소자에 형성된 전기장으로 인해 유기 발광층에서 자체 발광이 일어나는 방식으로 구성되어 있다. 연구진이 개발한 교류 전계 기반 OLEB는 교류에 의한 전기장에 기반을 두고 구동된다는 점 때문에 기존 직류 기반의 OLED 기술과는 뚜렷이 구분된다. 이에 더해 상부 전극으로 사용되는 다양한 전도 재료에 따라 교류 전압이 달라져 발광의 정도가 조정되는 점도 기존 기술과는 다른 부분이다. 보통 가정에서 사용하는 장치들은 교류 전압에 의해 구동되는 경우가 많아 직류 기반 소자를 교류 전압으로 전환시키는 과정이 필요하다.

하지만 OLEB는 이와 같은 전환 과정을 거치지 않아도 되기 때문에 전환 과정에서 에너지 손실을 줄일 수 있다. 또한 OLEB는 전기 전도성을 가진 물질에 대한 상부 전극 역할을 수행할 수 있기 때문에 다양한 전도 재료를 즉각적으로 감지하고 동시에 발광시킬 수 있다. 한편, 연구진은 전도성을 갖고 있는 사람의 손가락이 OLEB에 닿았을 때 자체 발광이 일어난다는 사실을 발견한 후 이 원리를 활용해 지문을 OLEB에서 발광시키는 데 성공했다.

향후 전망

결과적으로 박철민 교수 연구진은 디스플레이 자체적으로 지문과 같이 전도를 띠는 인체 정보를 감지하고, 이렇게 감지된 정보를 시각화하는 기술을 개발하는 데 성공했다. 이렇게 개발된 디스플레이는 전기적 신호 처리가 단순해짐에 따라 얇고 유연한 제작이 이뤄지는 데 기여할 수 있을 것으로 보인다. 개발된 OLEB는 전도성을 갖춘 연필을 이용해 OLEB 위에 쓰인 글을 자체 발광을 통해 표시하는 기능을 보유하고 있으며, 작성된 전도성 글씨를 화학적으로 지우고 다른 정보를 기록할 수 있도록 지원해 글쓰기와 그림 그리기 등의 용도에서도 활용 가능하다. 또한 이 기술은 향후 휴대용 및 차량용 디스플레이와 광고용 스마트 윈도우 등과 같은 차세대 디스플레이 산업 등에도 적용될 수 있을 것으로 예상된다.

한편, 이번 연구와 관련해 박철민 교수는 “이 연구는 지문과 같은 전도를 띠는 생체 정보를 감지하는 동시에 이미지로 표시할 수 있는 새로운 개념의 차세대 디스플레이를 개발한 것이다”라면서 “기존 연구와 달리 감지와 표시가 통합적으로 이뤄지는 교류 전계 기반으로 개발했기 때문에 기술적 원천성을 확보할 수 있었다”라고 말했다. 이어서 그는 “향후 디스플레이와 관련해 추가적인 연구 개발을 통해 휴대용 및 차량용 디스플레이 / 광고용 스마트 윈도우 등에 적용될 수 있을 것으로 보인다”라고 설명했다

자료 제공: 미래창조과학부