삼성전자 스트레처블 기술 세계적인 학술지에 발표

삼성전자가 고무줄처럼 자유자재로 변형이 가능하면서도 디스플레이 소자의 성능이 떨어지지 않는 스트레처블(Stretchable) 기술을 개발하는 데 성공했다.

 

스트레처블 기기의 새로운 가능성을 입증한 삼성전자 종합기술원 연구진. (왼쪽부터) 삼성전자 종합기술원 유기소재랩 정종원 전문(공동제1저자), 윤영준 전문(교신저자), 이영준 전문(공동제1저자)

 

스트레처블 기술은 디스플레이를 공처럼 원형으로 말거나 다시 늘릴 수 있는 프리폼 디스플레이 구현의 핵심 기술이다. 

6일 삼성전자에 따르면 삼성전자 종합기술원은 사람의 피부에 부착, 몸의 움직임에 따라 늘고 줄면서도 성능 저하 없이 정상 동작 가능한 ‘스트레처블 센서와 OLED 디스플레이 개발 연구’ 결과를 지난 6월 4일(현지시간), 세계적인 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 발표했다.

 

삼성전자 종합기술원은 ‘스트레처블 센서와 유기발광다이오드(OLED) 디스플레이 개발 연구’를 세계적인 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’에 게재했다. 스트레처블 디스플레이는 폼팩터 혁신의 종착점으로 불릴 만큼 기술 구현이 어렵다. 일반적으로 디스플레이가 늘어나거나 모양이 변할 때는 장치가 끊어지거나 성능 저하가 발생하는데 이를 극복하려면 모든 소재와 소자가 물리적 신축성과 전기적 특성을 동시에 유지해야 하기 때문이다.

 

삼성전자 종합기술원 스트레처블 헬스 모니터링 시스템

이러한 점에서 삼성전자 종합기술원이 발표한 연구의 핵심은 길이의 조절에 따른 기기의 성능 안정성을 구현해 스트레처블 기기의 상용화 가능성을 업계 최초로 입증했다는 것이다. 연구진은 스트레처블 OLED 디스플레이와 광혈류 측정 센서를 하나의 기기에 통합해 ‘스트레처블 전자 피부’ 폼팩터로 구성했다. 혈관에 LED 등의 빛을 투사해 혈액이 통과할 때 혈관의 팽창과 수축에 따라 빛의 반사율이 달라지는 원리를 이용했다.

가장 큰 성과는 탄성력과 복원력이 우수한 고분자 화합물 ‘엘라스토머’의 조성과 구조를 바꿔 이를 업계 최초로 기존 반도체 공정을 통해 스트레처블 OLED 디스플레이와 광혈류 센서의 기판에 적용했다는 점이다. 이에 따라 디스플레이와 센서를 30% 늘여도 성능 저하 없이 정상적으로 동작하며 1,000회 반복해 길이를 늘였을 때도 OLED 디스플레이와 광혈류 센서가 안정적으로 구동한다는 점을 확인했다.

연구진은 요골동맥(앞팔의 바깥쪽을 통하는 동맥으로 보통 맥을 짚는 동맥)이 위치한 손목 안쪽에 스트레처블 광혈류 측정 심박 센서와 OLED 디스플레이를 통합한 전자 피부를 부착했다.

전자 피부는 손목 움직임에 따른 피부의 최대 변형 정도인 30%까지 특성 저하가 없었다. 또한 1천회 반복해 길이를 늘렸을 때도 OLED 디스플레이와 광혈류 센서가 안정적으로 구동했다. 특히 광혈류 센서는 손목이 움직일 때를 기준으로 고정형 실리콘 센서 대비 2.4배 높은 심박 신호를 추출하는 결과를 얻었다.

 

삼성전자 종합기술원 윤영준 전문연구원

 

윤영준 전문연구원은 “연신 성능이 높은 센서와 디스플레이는 실제 피부와 일체감이 우수해 수면·운동 등 일상에서 제약 없이 장시간 생체 정보를 측정할 수 있는 것이 장점”이라며 “특정 질환을 지닌 환자뿐 아니라 일반인과 영·유아를 위한 웨어러블 헬스케어 제품으로 응용 가능성이 클 것”이라고 말했다.

 

스트레처블 센서는 피부와 접착성이 우수하다. 이 때문에 기존 고정형 웨어러블 기기 센서에 비해 노이즈 신호가 적어 보다 높은 감도로 지속적인 심박 측정이 가능하다.

삼성전자 종합기술원 연구진이 개발한 스트레처블 광혈류 센서와 OLED 디스플레이는 기존 스트레처블 소재를 비롯해 소자의 성능과 공정의 한계를 극복한 결과다. 특히, 엘라스토머 소재의 내화학성과 내열성을 확보해 향후 고해상 대화면의 스트레처블 기기 상용화 가능성을 높였다는 데에도 의미가 크다.

 

 

삼성전자 종합기술원 정종원 전문연구원

 

 

정종원 전문연구원은 “전자 피부 해상도와 연신성, 측정 정확도를 양산 수준으로 올려 스트레처블 기기의 상용화에 더 다가가는 것이 목표”라며 “앞으로 전자 피부 심박 센서뿐 아니라 산소 포화도, 근전도, 혈압 등 다양한 생체 신호를 모니터링할 수 있는 스트레처블 센서와 고해상도 프리폼 디스플레이로 확장할 것”이라고 강조했다.