논문명과 저자 정보는 다음과 같다.  

- 논문명 : Organic Light Emitting Board for Dynamic Interactive Display

- 저자 정보 : 박철민 교수(교신저자, 연세대), 김의혁(제1저자, 연세대), 심우영(공동저자, 연세대), 이태우 교수(공동저자, 서울대)  

논문의 주요 내용은 다음과 같다.

1. 연구의 필요성

사물과 사물을 디지털 신호로 연결하는 사물인터넷(IoT)* 시대에 센서, 디스플레이 시장은 지속적으로 성장할 것으로 예상된다. 현재까지 스마트 디바이스 기술은 외부자극에 반응하는 센서와 이를 받아들여 표시하는 디스플레이 기술로 구분되어 있었다.

* 사물인터넷 : 인터넷을 기반으로 모든 사물을 연결하여 사람과 사물, 사물과 사물 간의 정보를 상호 소통하는 지능형 기술 및 서비스

최근 디스플레이 기술은 기존의 TV와 같은 디스플레이와 달리 인체정보를 감지하고 이를 디스플레이 하는, 새로운 기능의 디스플레이를 지향한다. 이 경우 인체정보를 감지하는 센서소자, 감지된 신호를 처리하는 마이크로 프로세서* 신호처리소자, 처리된 신호를 표시하는 디스플레이 소자가 필요하다. 이러한 복잡한 구조로 인해 디스플레이의 대면적, 유연성 및 인체정보감지 등의 새로운 기능 기술 구현에 어려움이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 분리된 소자를 하나로 통합해 인제정보를 감지와 동시에 직접적으로 화면에 표시할 수 있는 디스플레이 기술 개발의 필요성이 커지고 있다.

* 마이크로 프로세서 : 컴퓨터의 기본처리장치 기능 (제어, 연산)을 담당하는 중앙처리장치 

2. 연구 내용

연구팀은 교류전계* 기반의 유기발광보드를 통하여 전도 정보를 감지하고 감지된 정보를 즉시 화면에 표시할 수 있는 디스플레이 기술을 개발했다. 유기발광보드는 기존의 신호감지-신호처리-신호디스플레이 역할을 하는 세 개의 소자를 하나의 소자로 통합함으로써 공정을 획기적으로 단순화하였을 뿐만 아니라 이를 통해 기계적 유연성을 갖는 매우 얇은 소자를 구현했다.

* 교류전계 : 시간에 따라 주기적으로 크기와 방향이 변하는 전류에 의해 형성된 전기장

유기발광 보드의 구조는 먼저 기판 위에 두 개의 하부전극이 분리되어 위치한다. 그 위로 발광을 담당하는 유기발광층*, 발광의 성능 향상을 담당하는 기능층이 적층되고, 그 위에 절연체층*이 놓인다. 구동원리는 두 개의 하부전극에 교류* 전류가 가해진 상태에서 절연체층 위에 상부전극*이 놓이면 소자에 형성된 전기장에 의해 유기발광층에서 자체발광이 일어난다.  

* 유기 발광층 : 주입되어 오는 전자와 정공의 재결합을 통해 빛으로 발광하는 층

* 절연체층 : 전류가 통하지 않는 물질로 이루어진 층

* 교류 : 시간에 따라 주기적으로 크기와 방향이 변하는 전류 

* 상부전극 : 소자의 상부에 존재하는 전도성 박막

연구진이 개발한 교류전계 기반 유기발광보드(OLEB)는 교류에 의한 전기장을 기반으로 구동된다는 점에서 직류*기반의 OLED기술과는 구분되며, 더욱 중요하게 상부전극으로 사용되는 다양한 전도재료에 따라 교류전압이 달라지고 이로 인해 발광의 정도가 조절될 수 있다. 일반 가정에 사용되는 장치들은 모두 교류전압에 의해 구동되므로 직류 기반 소자를 교류전압으로 전환시켜주는 과정이 필요하지만 유기발광보드는 이러한 전환 과정을 거치지 않기 때문에 전환되는 과정에서 에너지 손실을 줄일 수 있어 높은 효율의 소자개발이 가능하다.        

* 직류 : 항상 일정한 방향으로 흐르는 전류

유기발광보드의 경우 전기 전도성을 가지는 물질이라면 상부전극의 역할을 할 수 있어, 다양한 전도재료를 즉각적으로 감지하고 동시에 발광할 수 있다. 연구진은 전도성을 갖는 사람의 손가락 또한 유기발광보드에 접촉되었을 때 즉각적으로 자체 발광한다는 사실을 발견하고, 이를 통해 지문을 유기발광보드에 발광시키는 것에 성공했다.  

3. 연구 성과

디스플레이 자체적으로 지문과 같은 전도를 띄는 인체 정보를 감지하고, 감지정보를 시각화하는 기술을 개발했다. 개발한 디스플레이는 전기적 신호 처리가 단순해짐에 따라 얇고 유연하게 제작이 가능하다.

개발된 유기발광 보드는 전도성을 갖는 연필을 이용해서 유기발광보드(OLEB) 위에 자유롭게 글을 쓰고 자체발광을 통하여 표시할 수 있는 기능을 가지고 있으며, 작성된 전도성 글씨를 화학적으로 지우고 다시 다른 정보를 쓸 수 있어 재기록이 필요한 글씨 쓰기, 그림 그리기 등에 활용될 수 있다. 또한 이 기술은 향후 휴대용 및 차량용 디스플레이, 광고용 스마트 윈도우 등 차세대 디스플레이 산업 등에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

박철민 교수는 “이 연구는 지문과 같은 전도를 띄는 생체정보를 감지하면서 동시에 이미지로 표시할 수 있는 새로운 개념의 차세대 디스플레이를 개발한 것이다. 기존 연구와 달리 감지와 표시가 통합적으로 이루어지는 교류 전계 기반으로 개발하여 기술적 원천성을 확보하였다. 향후 디스플레이 관련 추가적인 연구개발을 통해 휴대용 및 차량용 디스플레이, 광고용 스마트 윈도우 등에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.”라고 연구의 의의를 설명했다.