"삼성전자, 피부에 '붙이는 올레드' 개발,,,"신세계 열렸다"..!
삼성전자 종합기술원, 스트레처블 올레드 기술 발표
팔에 부착해 맥파 측정..1000번 움직여도 정상 작동
삼성전자가 피부 움직임에 따라 탄력적으로 변하는 차세대 디스플레이와 센서 기술 연구 결과를 발표했다.
삼성전자 종합기술원은 사람 피부에 부착, 몸 움직임에 따라 늘어나고 줄어들면서도 성능 저하 없이 동작 가능한 '스트레처블 센서와 OLED 디스플레이 개발 연구' 결과를 발표했다고 6일 밝혔다.
삼성전자 석학들이 몸에 부착하는 '스트레처블(Stretchable)' 올레드(OLED·유기발광다이오드)를 개발하며 디스플레이 기술을 한 단계 끌어올렸다.
반도체 공정에 적용 가능해 늘어나거나 줄어드는 '스트레처블(Stretchalbe)' 기기 상용화 가능성을 입증했다는 평가다.
자유자재로 모양을 변형할 수 있는 스트레처블은 '프리폼(free-gorm)' 디스플레이를 구현하는 핵심 기술로 손꼽힌다.
삼성전자 종합기술원은 유기소재랩 소속 연구원들이 사람의 피부에 부착해 몸의 움직임에 따라 정상 작동하는 '스트레처블 센서와 올레드 디스플레이 개발 연구' 결과를 지난 4일(현지시간) 세계적 학술지 '사이언스 어드밴시스'(Science Advances)에 발표했다고 6일 밝혔다.
연구진은 스트레처블 OLED 디스플레이와 광혈류 측정(PPG) 센서를 하나의 기기에 통합, '스트레처블 전자 피부' 폼 팩터를 구성해 연구를 진행했다.
탄성력과 복원력이 우수한 고분자 화합물 '엘라스토머' 조성과 구조를 바꿔 스트레처블 OLED 디스플레이와 광혈류 센서 기판에 적용했다.
연구진은 맥을 짚는 동맥(요골동맥)이 위치한 손목 안쪽에 통합 폼팩터를 전자 피부 형태로 부착했다.
전자 피부는 손목을 움직여 피부가 30%까지 변형되어도 특성 저하가 없었다.
또 1000회 반복해 길이를 늘려도 OLED 디스플레이와 광혈류 센서가 안정적으로 구동한다는 것을 확인했다.
특히 광혈류 센서는 손목이 움직일 때 기준으로 고정형 실리콘 센서 대비 2.4배 높은 심박 신호를 추출하는 결과를 얻었다.
스트레처블 센서는 피부와 접착성이 우수해 다른 센서에 비해 노이즈가 적고 높은 감도로 심박 측정이 가능하다.
스마트 기기의 외형(Form-factor·폼팩터)를 결정하는 디스플레이는 양옆 또는 위아래로 반복해서 접고 펼 수 있는 사격형 플렉시블 디스플레이 분야가 활발하게 연구되고 있다.
최근에는 폴더블을 넘어 롤러블까지 확장된 상태다.
여기서 나아가 현재는 고해상 대화면이면서도 휴대성을 갖춘 차세대 기술로 '프리폼'이 주목받고 있다.
프리폼을 구현하기 위한 핵심 기술로 손꼽히는 것이 고무줄처럼 자유자재로 모양을 변형할 수 있는 스트레처블이다.
이번에 삼성전자 연구원들은 스트레처블 디스플레이의 길이 변화에 따른 기기의 성능 안정성을 구현하는 데에 주력했다.
반도체 공정에 적용이 가능해 스트레처블 기기의 상용화 가능성도 입증했다.
연구진은 스트레처블 올레드 디스플레이와 광혈류 측정(Photoplethysmography, PPG) 센서를 하나의 기기로 통합해 '스트레처블 전자 피부' 폼팩터를 구성했다.
광혈류 측정은 혈관에 발광다이오드(LED) 등의 빛을 투사해 혈액이 통과할 때 혈관의 팽창과 수축에 따라 빛의 반사율이 달라지는 원리를 이용해 맥파를 측정하는 방식이다.
이번 연구에선 탄성력과 복원력이 우수한 고분자 화합물 '엘라스토머'의 조성과 구조를 바꿔 이를 업계 최초로 기존 반도체 공정을 통해 스트레처블 올레드 디스플레이와 광혈류 센서의 기판에 적용한 것이 특징이다.
삼성전자 관계자는 "디스플레이와 센서 길이를 30% 늘려도 성능 저하없이 정상 동작하는 것을 확인했다"고 설명했다.
손목 안쪽에 스트레처블 광혈류 측정 심박센서와 올레드 디스플레이의 통합한 전자 피부를 부착해보니 최대 1000회 반복해서 길이를 늘려고 성능의 저하가 없었다고 한다.
윤영준 종합기술원 전문연구원은 "연신 성능이 높은 센서와 디스플레이는 실제 피부와 일체감이 우수하기 때문에 수면, 운동 등 일상에서 제약 없이 장시간 생체 정보를 측정할 수 있는 것이 장점"이라며 "특정 질환을 지닌 환자뿐 아니라 일반인과 영유아를 위한 웨어러블 헬스케어 제품으로 응용 가능성도 클 것으로 기대한다"고 밝혔다.
이번에 삼성전자 연구진이 개발한 전자 피부는 접착성이 우수하고 노이즈 신호가 적어서 지속적인 심박 측정도 가능하다.
또 기존 스트레처블 소재가 아니라 엘라스토머의 내화학성과 내열성을 확보해 향후 고해상 대화면 스트레처블 상용화 가능성을 높였다는 데 의의가 크다는 게 전문가들의 견해다.
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 말했다.
스트레처블 디스플레이 [ stretchable display ]
화면이 탄력적으로 늘어나는 차세대 디스플레이.
2017년 5월 23~25일(현지시간) 삼성디스플레이가 미국 로스엔젤레스에서 디스플레이 전문학회가 여는 ‘SID 2017’에서 처음 공개할 예정이다.
이 제품은 태블릿PC에 많이 쓰이는 9.1인치 유기발광다이오드(OLED) 디스플레이로, 화면을 위에서 누르면 화면이 움푹 들어갔다가 원래의 평평한 화면으로 돌아온다.
아래에서 위로 화면을 눌러도 다시 원상태로 돌아가는 신축성을 지녔다.
디스플레이를 구성하는 최소 입자인 픽셀(화소) 사이에 고무와 같은 신축성 소재를 넣은 것으로 알려졌다.
화면을 누르면 최대 12㎜까지 화면이 안으로 들어갔다가 손을 떼면 다시 원래 모습으로 돌아온다.
이렇게 하는 가운데에도 화면에 띄워지는 영상은 전혀 문제 없이 나타난다.
삼성디스플레이 관계자는 “기존 플렉시블 OLED는 화면을 구부리거나 접는 등 한 방향으로만 변형할 수 있었지만 늘어나는 OLED는 두 방향 이상으로 변형이 가능한 디스플레이”라며 “기술을 실제 제품으로 구현하는 난도가 기존 플렉시블 제품보다 훨씬 높다”고 설명했다.
플렉시블 OLED를 도입한 스마트폰 갤럭시S7엣지 등이 큰 인기를 끈 것처럼 스트레처블 OLED도 일단 상용화되면 하드웨어 디자인을 바꾸며 큰 관심을 받을 전망이다.
일단 활용한 가능한 영역은 신체나 옷에 부착하는 웨어러블 정보기술(IT) 기기다.
고정된 형태의 디스플레이는 사람의 움직임을 방해하기도 했는데 스트레처블 OLED는 동작에 따라 자연스럽게 형태를 바꿀 수 있다.
외부 온도 등에 따라 미세하게 팽창하거나 수축하는 차량 유리 안에 삽입해 차량 주행을 위한 각종 수치 정보 등이 전면 유리에 띄워지는 ‘헤드업 디스플레이’를 장착하는 데도 도움이 될 것으로 보인다.
엘라스토머 彈性重合體, elastomer
외력을 가하여 잡아당기면 늘어나고, 외력을 제거하면 본래의 길이로 돌아가는 성질을 지닌 고분자. 잡아당기면 늘어지는 것은 선상의 고분자 사이가 미끄러져 전체적으로 길어지기 때문이고, 힘을 제거하면 되돌아가는 것은 변형된 분자의 운동 때문이다.
대표적인 것이 탄성 고무로 알려진 가황 고무이다.
이 같은 물질에 상대되는 고분자 물질을 소성 중합체라 한다.
즉 한번 외력을 가해 변형시키면 다시 본래 상태로 돌아오지 않는 것이다.
열가소성 엘라스토머 [ thermoplastic elastomer , 熱可塑性- ] 신소재
고무와 플라스틱 두 성질을 갖고 있는 고분자 재료로, 고무부품의 대체품으로 사용되고 있다.
열가소성 엘라스토머는 실온에서는 고무의 기능을 갖고 있지만 고온에서는 가소화(압력에 따라 변형되는 성질을 갖는 것)되어 각종 성형 가공이 가능한 고분자 재료인데, 고무와 플라스틱 두 가지 성질을 갖고 있다.
주요 특징,
1) 플라스틱 성형기(成形機)로 가공할 수 있으므로 고무 제조에 비해 성에너지, 공정 합리화를 도모할 수 있다,
2) 가황(加鐄)고무에서부터 일반 플라스틱 범위의 용도에까지 사용할 수 있으며, 시장 수요의 다양화에 대응할 수 있고,
3) 열가소성이므로 스크랩의 회수, 재이용이 가능한 점 등이다.
주요 열가소성 엘라스토머로서는 폴리스티렌계, 폴리올레핀계, 폴리우레탄계, 폴리에스테르계, 염화비닐 등이 있다.
응용과 전망
열가소성 엘라스토머는 범퍼사이드와 덕트호스 등의 자동차부품, 가전부품, 스포츠 용품, 호스, 케이블 등에 사용되고 있으며, 앞으로도 고무부품 대체용으로 새로운 용도가 개척될 것으로 전망된다.
근년, 합성 고무 메이커 각 사가 스티렌ㆍ브타디엔계 열가소성 엘라스토머의 개발ㆍ기업화를 도모하는 등, 이 분야에의 참여가 활발해져, 앞으로 각 사의 경쟁이 격화될 것으로 보인다.
참고용어
1. 가황(vulcanization): 생고무에 가황제를 섞어서 고무분자 사이에 가교구조(架橋構造)를 형성케 하는 조작을 말한다.
이 조작으로 고무의 탄성(彈性)을 증가시킬 수 있다.
2. 폴리스티렌
무색 투명한 열가소성 수지이다.
전기적 성질이 우수하고, 열 유동성, 열 안정성도 좋을 뿐만 아니라 아름답게 착색할 수 있다.
탄성이 좋고 내구성이 뛰어난 소재로 부드러운 타구감을 줍니다.
골프공의 커버나 퍼터의 인서트페이스 재질로 많이 사용됩니다.
고무와 플라스틱의 중간 형태를 지니는 고분자 물질입니다.
인서트 페이스Insert Face
페이스(골프공을 치는 부분)에 고무와 비슷한 소재를 사용 하여 터치감이 부드럽고, 편안한 퍼팅이 가능합니다.
인서트 페이스는 스윗 스팟이 넓어서, 퍼팅이 불안한 사람 에게 안정감을 줄 수 있습니다.
스윗 스팟(Sweet Spot)
클럽 페이스의 중심점을 말하는 것으로, 이 곳에 공이 잘 맞았을 때 가장 이상적으로 날아갈 수 있게 됩니다.
출처 ^ 참고문헌,
[스트레처블 디스플레이 [stretchable display] (한경 경제용어사전)
[엘라스토머 [elastomer] (과학용어사전, 2010. 4..,)
[열가소성 엘라스토머 [thermoplastic elastomer, 熱可塑性-] (첨단산업기술사전, 1992. 5.., 일본통상성)
[인서트 페이스 [Insert Face] (쇼핑용어사전)
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