백주희 | 기자 작성일 2026년 01월 15일
서울대학교 공과대학은 재료공학부 이태우 교수와 미국 드렉셀(Drexel)대학교 유리 고고치(Yury Gogotsi) 교수의 공동 연구팀이 차세대 신축성 발광 소자의 한계를 극복하고 세계 최고 효율의 완전 신축성(fully stretchable) 발광 소자를 개발했다고 밝혔다.
왼쪽부터 이태우 서울대학교 교수, 유리 고고치(Yury Gogotsi) 드렉셀대학교 교수, 주환우 서울대학교 박사, 김현욱 서울대학교 박사과정, 한신정 서울대학교 박사, 장단전(Danzhen Zhang) 드렉셀대학교 박사 완전 신축성 발광 소자란 모든 구성층이 신축성을 갖는 발광 소자를 뜻한다. 이번 연구 성과는 세계 최고 권위의 국제 학술지 ‘네이처(Nature)’에 지난 1월 15일 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 6.8% 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 설계했