▲ 서울공대 재료공학부 이태우 교수팀, 완전 신축성 OLED 세계 최고 효율 달성(왼쪽부터 이태우 서울대학교 교수, 유리 고고치(Yury Gogotsi) 드렉셀대학교 교수, 주환우 서울대학교 박사, 김현욱 서울대학교 박사과정, 한신정 서울대학교 박사, 장단전(Danzhen Zhang) 드렉셀대학교 박사) [출처=서울대학교 공과대학]

서울대(총장 유홍림)에 따르면 공과대학(학장 김영오) 재료공학부 이태우 교수와 미국 드렉셀(Drexel)대 유리 고고치(Yury Gogotsi) 교수의 공동 연구팀이 차세대 신축성 발광 소자의 한계를 극복하고 세계 최고 효율의 완전 신축성(fully stretchable) 발광 소자를 개발했다.

완전 신축성 발광 소자란 모든 구성층이 신축성을 갖는 발광 소자를 뜻한다. 이번 연구 성과는 세계 최고 권위의 국제 학술지 ‘네이처(Nature)’에 1월15일 게재됐다.

웨어러블 기기 시장이 급성장하면서 피부에 직접 부착해 생체 신호를 실시간으로 시각화할 수 있는 웨어러블 디스플레이의 중요성이 높아지고 있다.

하지만 기존 신축성 디스플레이는 주로 딱딱한 비신축성 발광 소자를 신축성 인터커넥트(interconnect)로 연결한 구조를 사용해 인장 시 접합부 신뢰성이 낮고 피부 밀착성이 떨어지며 표시 화질이 저하되는 한계를 지니고 있었다.

이에 반해 완전 신축성 디스플레이는 소자 자체가 늘어나는 구조이기 때문에 웨어러블 환경에서 고해상도를 유지하며 안정적인 디스플레이 구현이 가능하다.

그럼에도 완전 신축성 올레드(OLED)는 고유 신축성(intrinsically stretchable) 발광층과 전극 기술에서 근본적인 난제를 안고 있었다.

발광층의 경우 유기 반도체에 신축성을 부여하기 위해 부드러운 절연성 탄성체(elastomer)를 첨가해야 하는데 이로 인해 엑시톤 전달 경로가 끊어져 전하 수송과 엑시톤 에너지 전달, 발광 효율이 모두 크게 저하된다.

전극 역시 기존 올레드에 쓰이는 딱딱한 금속 전극을 사용할 수 없어 금속 나노와이어를 탄성체 안에 임베딩하는 구조가 연구돼 왔다.

그러나 이 방식은 노출된 나노와이어 간 전하 전달이 원활하지 않고 노출 면적도 제한적이어서 상부 유기층으로의 전하 주입 효율이 낮았다.

실제로 지금까지 보고된 완전 신축성 발광 소자의 외부양자효율은 약 6.8퍼센트(%) 수준으로 30% 이상이 보고되는 상용 올레드와 큰 격차가 있었다.

공동 연구팀은 이러한 한계를 해결하기 위해 ‘엑시플렉스(exciplex) 기반 인광 발광층’과 ‘맥신(MXene)-접합 신축성 전극’을 새롭게 설계했다.

연구팀은 먼저 엑시톤 전달 문제를 해결하기 위해 엑시플렉스 호스트 물질을 도입했다. 기존 신축성 발광층에서는 절연성 첨가제로 인해 근거리 삼중항 엑시톤 전달(덱스터 전달)이 억제돼 효율이 크게 저하됐다.

연구팀은 엑시플렉스가 삼중항 엑시톤을 단일항 엑시톤으로 변환시켜 장거리 에너지 전달(포스터 전달)을 가능하게 하는 새로운 메커니즘을 통해 신축성과 고효율을 동시에 갖춘 발광층 구조를 세계 최초로 구현했다.

또한 전극 상부에는 금속 탄화물·질화물 계열의 2차원 물질인 맥신을 적용해 우수한 전기전도도와 신축성, 폭넓은 일함수(work function) 조절 능력을 확보함으로써 전하 주입 효율을 크게 향상시켰다. 이는 맥신을 신축성 광전자 소자에 적용한 세계 최초의 사례다.

그 결과 개발된 완전 신축성 올레드는 외부양자효율 17%라는 세계 최고 수준의 성능을 달성했다. 기존 완전 신축성 올레드가 낮은 효율로 상용화가 어려웠던 점을 고려할 때 이번 기술은 학계와 산업계 모두에서 중요한 전환점으로 평가된다.

또한 높은 인장 변형 조건에서도 밝기와 효율 저하가 거의 없어 실제 웨어러블 환경에서도 안정적인 구동이 가능함을 확인했다.

한편 이번 연구는 서울대학교를 중심으로 미국 드렉셀대학교, 일본 규슈(Kyushu)대학교 등 총 10개 기관이 참여한 공동 연구로 수행됐다.

연구 수행은 과학기술정보통신부가 재원으로 하는 한국연구재단 연구과제(RS-2025-00560490), 선도연구센터(Pioneer Research Center) 사업(RS-2022-NR067540), 나노·소재기술개발사업(RS-2024-00416938)의 지원으로 이루어졌다.

이태우 교수는 “완전 신축성 올레드 소자에서 신축성 부여 과정에 필연적으로 발생하던 성능 저하 문제를 발광층과 전극 양 측면에서 동시에 해결할 수 있는 소재적 해법을 제시했다”며 “완전 신축성 올레드가 실험실 수준을 넘어 실제 응용 단계로 진입할 수 있음을 보여주는 성과로, 향후 웨어러블 디스플레이용 발광 소자의 실용화를 크게 앞당길 것”이라고 밝혔다.

◇ 연구진 진로

주환우 박사는 서울대 재료공학부에서 박사과정을 마친 후 현재 미국 조지아공과대(Georgia Institute of Technology)에서 박사후연구원으로 재직 중이다. 웨어러블 기기의 전력 공급 문제를 해결하기 위한 신축성 태양전지 연구를 수행하고 있다.

서울대 박사과정에 재학 중인 김현욱 연구원은 완전 신축성 올레드와 기존 상용 올레드 간 효율 격차를 더욱 줄이기 위한 고효율 발광체 개발 연구를 이어가고 있다. 향후 박사후연구원으로서 관련 연구를 계속할 계획이다.

연구진은 이번 성과를 바탕으로 완전 신축성 올레드의 산업 적용 가능성을 더욱 확장하기 위한 후속 연구를 지속하고 있으며, 차세대 웨어러블 기기 개발에 크게 기여할 것으로 기대된다.

◇ 참고 자료

- 논문명/저널: Exciplex-enabled high-efficiency, fully stretchable OLEDs / Nature

▲ LG화학의 반도체 패키징용 액상 PID(오른쪽)와 필름 PID(왼쪽) [출처=LG화학]
LG화학(대표이사 신학철 부회장)에 따르면 2025년 9월29일(월) 첨단 반도체 패키징의 핵심 소재인 액상 PID(Photo Imageable Dielectric) 개발을 완료하고 본격적인 인공지능(AI)·고성능 반도체 시장 공략에 나섰다.

PID는 반도체 칩과 기판을 연결하는 미세 회로를 형성하는 감광성 절연재로 전기 신호가 흐르는 통로를 만들고 회로의 정밀도를 높여 반도체의 성능과 신뢰성을 강화하는 첨단 패키징 공정의 핵심 소재다.

특히 고성능 반도체일수록 더 촘촘하고 정밀한 회로가 필요해 PID의 중요성은 점점 더 커지고 있다. LG화학의 액상 PID는 고해상도 구현이 가능하며 저온에서도 안정적으로 경화되고 수축·흡수율이 낮은 특성으로 공정 안정성을 높였다. 과불화화합물(PFAS), 유기용매(NMP, 톨루엔) 등을 첨가하지 않아 환경 규제 대응도 용이하다.

◇ 첨단 반도체 기판용 필름 PID 개발 가속

LG화학은 일본 소재 업체들이 주도해 온 PID 시장을 본격 공략하기 위해 디스플레이·반도체·자동차 등 전자 소재 분야에서 축적해 온 필름 기술 역량으로 필름 PID 개발을 완료해 글로벌 톱 반도체 회사와 협업을 통한 개발에 나서고 있다.

최근 반도체의 고성능화가 가속되면서 반도체칩뿐만 아니라 기판에서도 대형화 및 미세 회로 구현이 요구되고 있다. 기판이 커질수록 온도 변화에 따른 팽창·수축 차이로 균열이 발생하기 쉬우며 기존 칩에 사용되는 액상 PID는 기판의 양면 적용과 균일한 도포에 어려움이 있었다.

LG화학이 개발 중인 필름 PID는 부착 형태로 대형 기판에서도 두께와 패턴의 균일성을 유지할 수 있고 높은 강도와 탄성, 낮은 수분 흡수율로 반복적인 온도 변화에도 균열 발생을 최소화했다.

또한 기판 업체들이 이미 보유한 라미네이션(Lamination) 장비를 그대로 활용 가능해 공정 변경 없이 적용이 가능하다. 라미네이션(Lamination)은 얇은 필름, 종이 등을 겹쳐 붙여 단단하게 만드는 기술이다.

한편 LG화학은 △패키지 기판의 기반 소재인 동박 적층판(Copper Clad Laminate, CCL) △반도체 칩을 기판에 안정적으로 접착하는 칩 접착 필름(Die Attach Film, DAF)을 양산한다.

△HBM과 같은 고성능 메모리 패키징에서 칩을 부착할 때 사용하는 NCF(Non-Conductive Film, 비도전성 필름) △미세 회로 구현과 고다층 구조를 가능하게 하는 적층 필름(Build-Up Film, BUF) 등 핵심 후공정 소재 개발로 첨단 패키지 반도체 소재 분야에서 경쟁력을 확보하고 글로벌 반도체 소재 시장에서 입지를 확대해 나가고 있다.

LG화학 신학철 부회장은 “LG화학은 고객의 첨단 패키징 혁신을 위한 다양한 소재에 선제적으로 대응하고 있다. 단순한 소재 공급을 넘어 고객과 함께 반도체 시장의 새로운 흐름을 열어갈 것이다”고 강조했다.

▲ 디지털 ID 산업의 발전 전략 [출처=iNIS]
미국 인공지능 및 인식 기술 기업 미네랄어쓰사이언스(MINERAL EARTH SCIENCES)에 따르면 '고고도 디지털 이미지의 시간적 시퀀스로부터 합성 고고도 디지털 이미지의 생성(Generation of synthetic high-elevation digital images from temporal sequences of high-elevation digital images)' 명칭의 미국 특허(US 11688036)가 등록됐다.

본 등록 특허는 원출원 등록 특허(US 10891735) 및 계속출원 등록 특허(US 11501443)를 우선권 주장해 2022년 10월12일 계속 출원되어 미국 특허청에 의해 심사를 받았다.

원출원 등록 특허(US 10891735)는 2018년 10월19일 가출원(US 62/748296)된 후 2019년 1월8일 본 출원(16/242873)돼 2021년 1월12일 등록됐다.

계속출원 등록 특허(US 11501443)는 2020년 12월2일 원출원 등록(US 10891735)를 기초로 계속 출원되어 2022년 11월15일 등록됐다.

본 등록 특허의 패밀리 특허로서 브라질 특허(BR 112021007417), 캐나다 특허(CA 3117082, CA 3117084), 미국 특허(US 2023-0140138, US 2023-0274391)가 심사 중이다. 유럽 특허(EP 3853767, EP 3853807), 미국 특허(US 10949972, US 11562486, US 11676244)가 등록됐다.

본 등록 특허는 고고도 디지털 이미지로부터 일시적인 장애물을 검출/대체하고, 서로 다른 공간적, 시간적 및/또는 스펙트럼 해상도를 갖는 고고도 디지털 이미지의 데이터를 융합하는 특허에 관한 것이다.

본 등록 특허의 일실시예에 따르면 지리적 영역을 캡쳐하는 고도 디지털 이미지의 제1 및 제2 시간적 시퀀스가 획득될 수 있다.

이와 같은 시간적 시퀀스는 서로 다른 공간적, 시간적, 및/또는 스펙트럼 해상도(또는 주파수)를 가질 수 있다. 제2 시간 시퀀스의 고고도 디지털 이미지의 픽셀을 제1 시간 시퀀스의 각각의 서브 픽셀에 매핑할 수 있다.

이 시점에 지리적 영역의 합성 고고도 디지털 이미지가 선택될 수 있다. 합성 고고도 디지털 이미지는 매핑 및 기타 데이터를 기반으로 특정 시점에 생성될 수 있다.

▲ 삼성전자 모델이 별도의 기기없이 인터넷만 연결되면 모니터에서 OTT와 같은 다양한 콘텐츠를 즐길 수 있는 삼성전자 스마트 모니터에 무빙스탠드를 결합한 무빙스타일을 체험하고 있다[출처=삼성전자]

삼성전자(회장 이재용)에 따르면 2024년 4분기 삼성전자 내부 판매 데이터 기준 스마트 모니터 전체 판매량 5대 중 4대가 무빙스타일로 판매됐다. 무빙스타일이 출시된 2023년 4분기와 비교하면 판매 비중이 약 5배 이상 급증했다.

무빙스타일은 별도의 기기없이 인터넷만 연결되면 모니터에서 OTT(Over The Top)와 같은 다양한 콘텐츠를 즐길 수 있는 삼성전자 스마트 모니터에 무빙스탠드를 결합한 제품이다.

삼성전자는 무빙스타일의 인기 요인으로 편리한 이동성 뿐 아니라 소비자의 다양한 취향에 맞게 조합해서 구매할 수 있는 점을 꼽았다.

무빙스타일은 어디에서나 다양한 콘텐츠를 즐길 수 있어 1인 가구나 신혼부부 등 젊은 세대들이 많이 선호하는 제품이다.

삼성전자는 소비자가 더욱 쉽게 무빙스타일을 조합해 구매할 수 있는 전용 페이지를 삼성닷컴에 오픈했다.

‘내 마음대로 조합하는 무빙스타일’ 페이지에서는 소비자들이 화면의 해상도와 크기는 물론 컬러와 스탠드 타입까지 다양한 옵션을 한눈에 비교하고 선택할 수 있다.

무빙스타일은 4K 해상도의 M8·M7·M1부터 FHD 해상도의 M5까지 4개 라인업이 있다. 43형·32형·27형 등 다양한 화면 크기로 사용자의 필요에 맞게 제품을 조합할 수 있다.

모니터와 스탠드 모두 화이트와 블랙 두 가지 색상으로 출시돼 취향과 인테리어에 어울리는 색상 선택이 가능하다. 스피커를 올려놓을 수 있는 선반 거치대가 포함한 스탠드부터 기본형까지 스탠드 타입도 고를 수 있다.

‘내 마음대로 조합하는 무빙스타일’에서 무빙스타일과 함께 사용하기 좋은 사운드 기기도 함께 구매할 수 있다.

무빙스타일을 개인용 디스플레이로 활용하려는 고객은 JBL 블루투스 헤드폰이나 이어폰을, 풍성한 사운드로 즐기길 원하는 고객은 하만카돈 스피커를 함께 구성해 할인가로 구매할 수 있다.

삼성전자는 "자신의 취향과 라이프스타일에 맞게 제품을 선택하고자 하는 소비자들이 증가하면서 다양한 조합이 가능한 무빙스타일의 인기가 높아지고 있다. 앞으로도 고객들의 취향과 사용성에 맞는 제품과 서비스를 선보일 수 있도록 노력할 것이다"고 밝혔다.

글로벌 시장조사업체인 스트래티스틱스 MRC(Stratistics Market Research Consulting Pvt Ltd)에 따르면 2027년 글로벌 가상현실(VR) 시장 규모가 $US 910억달러에 도달할 전망이다.

2018년부터 2027년까지 글로벌 가상현실(VR, Virtual Reality) 시장이 평균 31.2%로 성장할 것으로 예상된다. 시장은 VR시장의 대규모 투자, 게임 및 오락 분야 HMD(Head mounted Display) 보급, 저렴한 VR 장비의 디지털화 및 가용성이 증대되고 있다.

반면 낮은 해상도(low resolution), 운동부족과 같은 건강 염려증이 시장성장을 억제하는 요인으로 작용하고 있어 인식전환이 필요한 실정이다.

VR 시장의 주요 기업은 삼성전자(Samsung Electronics), 애플(Apple Inc.), 마이크로소프트(Microsoft), 구글(Google), 소니(Sony), HTC, 레노버(Lenovo Group Ltd.), 뷰직스(Vuzix), 이온리얼리티(Eon Reality), 오토데스크(Autodesk Inc.), 매직리프(Magic Leap, Inc.) 등이다.


▲ Stratistics MRC
▲ 스트래티스틱스MRC(Stratistics Market Research Consulting Pvt Ltd) 홈페이지

미국 인공지능 스타트업기업 네트라다인(Netradyne)에 따르면 차세대 차량용 고해상도 지도개발을 위해 현대엠엔소프트(Hyundai Mnsoft)와 협업을 발표했다.

현대엠엔소프트는 현대자동차그룹의 자회사로서 네비게이션 솔루션 제공업체이다. 네트라다인은 2015년에 설립됐으며 운전자 및 차량 안전을 위해 인공지능(AI)을 사용한다.

네트라다인은 고해상도 맵의 개발을 위해 군중기반 딥비전기술을 이용할 계획이다. 특히 비전기반의 운전자인식 안전 프로그램인 드라이버아이(Driveri)를 활용할 예정이다.

드라이버아이를 통해 운전 경험을 포착하고 운전자의 시야를 안전 관리자에게 전달할 수 있는 것으로 알려졌다. 고해상도 맵생성을 위한 네트라다인의 크라우드 소싱된 딥비전 분석은 타사의 라이다(LIDAR) 기반 맵핑에 비해 더 저렴하다.

현대엠앤소프트와 협력을 통해 네트라다인은 차별화된 경쟁력을 확보할 수 있을 것으로 기대된다. 현대자동차는 미국의 네트워크장비 제조업체인 시스코(Cisco)와 협력하고 있다.

2019년에 인도될 하이퍼 커넥티드(hyperconnected) 자동차를 생산하기 위한 목적이다. 또한 자율주행 자동차 제작에서 오로라이노베이션(Aurora Innovation)과 파트너쉽을 맺고 있다.


▲ USA-Netradyne-automonousCar-AI-homepage
▲ 네트라다인의 드라이버아이 홍보 자료(출처 : 홈페이지)

일본 도쿄전력홀딩스( 東京電力HD)에 따르면 2017년 3월 드론비행 시스템업체인 블루이노베이션과 함께 드론(소형무인기)을 활용한 발전설비의 자동점검 시스템을 공동 개발한다.

철탑 및 송전선 등 높은 곳에 있는 설비의 점검을 효율화하기 위한 목적이다. 2018년 4월 실증실험을 거쳐 2019년 실용화할 예정이다.

새로운 시스템은 고해상도 카메라 등을 장착한 드론의 비행계획을 자동으로 작성해 자율비행으로 전력설비를 점검할 수 있다.  드론의 비행시간은 10분 정도이다.

작업원은 드론이 촬영한 영상을 전용 태블렛 단말기로 실시간 확인할 수 있다. 데이터를 축적해 점검기록의 보관 및 비행 정밀도의 향상에 활용할 계획이다.

지금까지 송전설비는 작업원이 철탑에 올라가거나 헬리콥터를 활용해 점검했다. 2014년부터 드론의 활용도 채용하고 있지만 조종자의 기술 습득이 필수적이었다.

하지만 이번에 개발된 시스템은 자동으로 비행계획을 작성하고 자율비행이 가능하기 때문에 인력난 해소와 비용 절감에 효율적일 것으로 판단된다.

세계최대 전자기기 수탁제조(EMS)기업 대만의 혼하이정밀공업(鴻海)에 따르면 자회사 샤프와 중국 광저우시에 대형 액정패널 제조공장을 건설하기로 했다.

공장건설은 혼하이 정밀공업과 샤프가 공동 출자하는 일본 사카이디스플레이가  맡는다. 총 투자액은 610억위안으로 2016년 12월 초 알려진 480억위안 대비 크게 늘어났다.

공장건설이 완료되면 2019년 초 고해상도 8K TV 등을 지원하는 대형 패널을 양산할 예정이다. 이번 투자를 시작으로 향후 생산라인을 확장할 예정이며 연간 매출액은 920억위안으로 전망하고 있다. 

또한 혼하이 정밀의 자금력, 샤프의 기술력 등으로 대형 고해상도 패널을 저렴하게 생산해 한국, 중국 업체와의 경쟁해 나간다는 전략이다.

혼하이정밀과 자회사 샤프는 2016년 10월 중국에 총 130억위안 규모의 스마트폰용 유기 EL패널 양산체제를 갖추고 2019년이후 제품 양산에 돌입할 예정이라고 밝혔다.

2019년 이후 혼하이 정밀이 대형 고해상도 TV패널 및 스마트폰용 유기 EL패널을 저렴하게 대량 공급하면 경쟁하고 있는 글로벌 기업에 상당한 타격을 줄 것으로 전망된다.


▲ Taiwan_Hon hai Precision Industry_Homepage 5

▲혼하이정밀공업 홈페이지　

일본 기상협회(日本気象協会)는 2016년 고정밀 및 해상도 지역일사량 예측서비스인 ‘SYNFOS-solar 1km메시’를 제공하기 시작했다. 최대 72시간으로 30분마다 전국의 일사량을 1킬로미터 메시단위로 예측이 가능하다.