경희대학교(총장 김진상) 미래정보디스플레이학부 전용민 교수 연구팀이 신축 가능한 OLED를 직물에 통합해 입을 수 있는 생체신호 장치를 개발하고 일상생활에서 안정적이고 신뢰성 있는 건강 모니터링이 가능함을 확인했다. 연구 성과는 ‘Stretchable Fabric Organic Light-Emitting Diodes based on Transferable Laser Pattern for Wearable Photodiagnostic Applications’라는 제목의 논문으로 섬유 소재 분야 1위 저널인 (IF=17.2, JCR: 1.7%)에 게재됐다.
기존의 스트레처블 OLED는 신축성의 한계와 외부 환경에 대한 내구성이 낮았다. 실제 착용 환경에서 성능 유지가 어려운 이유다. 특히 섬유 기판과의 결합 시에 성능 저하 문제가 발생해 지금까지 실제 섬유 기반의 스트레처블 OLED 구현 사례가 없었다.
전용민 교수 연구팀은 ‘키리가미(Kirigami)’ 패턴을 스트레처블 OLED의 전극 구조로 활용했다. 키리가미는 일본의 종이 공예 기법에서 유례된 형태다. 미리 설계한 선대로 자른 뒤 종이를 펼치면 3차원 구조물이 생기는 식이다. 연구팀은 이 패턴을 활용해 최대 150%의 신축성을 달성했다. 섬유 기판에 전사한 후에도 100%의 신축성을 유지해 섬유 고유의 유연성을 해치지 않는 구조적 안정성도 확보했다.
연구팀이 개발한 스트레처블 OLED는 10,205 cd/m2의 고휘도를 유지했다. 또한 길이를 2배로 늘린 후에도 휘도 저하 없이 작동함을 확인했다. 다기능성 다층 베리어도 적용했다. 자외선 차단 및 방수 기능을 동시에 확보해 혹독한 외부 환경에서도 안정적인 장기 작동이 가능했다.
광혈류 측정 실험(PPG)도 실시했다. 60%의 신축 상태에서도 신뢰성 있는 PPG 신호를 확보했다. 특히 광원 세기 조절을 통해 신축으로 인한 신호 품질 저하를 보정해 인체 착용 시에도 생체신호를 정확하게 감지할 가능성을 입증했다.
이 연구는 늘어나고 줄어들 수 있는 OLED를 직물에 통합한 최초의 사례다. 신축 가능한 OLED는 피부 주름이나 관절 부위에서도 자유롭게 움직일 수 있다. 활동 중에도 광혈류 측정이 가능하다. 이는 착용자 맞춤형 센서 플랫폼으로 개인의 신체 치수에 맞게 조정할 수 있다.
전용민 교수는 “연구를 통해 섬유에 직접 전사 가능한 고신축성 OLED 기술을 통해 웨어러블 디바이스의 실용성과 내구성을 크게 향상했다. 스마트 의류나 웨어러블 광 진단 센서 등 다양한 분야로의 응용 가능성을 제시했다. 특히 실시간 생체신호 측정과 건강 모니터링이 가능한 융합형 스트레처블 디스플레이 기술로의 확장도 기대된다”라고 설명했다.
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