▲ 본 연구에서 개발된 음의 푸아송비 필름 기판의 개념도. a) 기존의 다른 기판들과의 비교. 본 연구에서 개발된 기판 필름만이 이미지의 왜곡 없는 모습을 보여준다. b) 필름의 내부 구조. c) 필름이 음의 푸아송비를 가지는 원리(그림 및 설명=KAIST)  © 특허뉴스

KAIST와 한국기계연구원이 25%까지 늘려도 이미지 왜곡이 없는 차세대 스트레처블 디스플레이 기술을 개발했다. 이 기술은 기존의 디스플레이에서 발생하던 이미지 왜곡 문제를 혁신적으로 해결해 웨어러블 디스플레이 등 다양한 분야에서 상용화 가능성을 높이고 있다.

KAIST 신소재공학과 배병수 교수 연구팀과 한국기계연구원은 음의 푸아송비를 갖는 특수 기판 소재를 개발해 신축성 디스플레이의 핵심 기술을 선보였다. 이들은 늘릴 때 이미지가 찌그러지는 기존 디스플레이의 한계를 극복하고, 15% 비율로 5,000회 이상 늘렸다가 펴도 성능이 유지되는 내구성을 구현했다. 음의 푸아송비는 일반적인 물질과 달리 가로로 늘릴 때 세로로도 늘어나게 하는 독특한 성질을 가지고 있으며, 이로 인해 늘릴 때도 선명한 화질을 유지할 수 있다.

현재 대부분의 스트레처블 디스플레이는 고무와 같은 엘라스토머 소재를 사용하는데, 이 소재는 양의 푸아송비를 가져 신축 시 이미지 왜곡이 발생한다. 이를 해결하기 위해 연구팀은 음의 푸아송비를 갖는 옥세틱 구조를 도입했다. 하지만 전통적인 옥세틱 구조는 기판으로 사용하기 어려울 만큼 빈 공간이 많아 안정성에 한계가 있었다.

이에 KAIST 연구진은 다공성 문제를 해결하기 위해 옥세틱 구조를 매끄럽고 빈 공간 없이 제작하는 기술을 개발해, 이상적인 음의 푸아송비 -1을 구현했다. 또한, 머리카락 두께의 4분의 1에 불과한 유리 섬유 다발을 엘라스토머 소재에 삽입해 탄성률을 크게 차별화함으로써, 탄성 문제도 극복했다.

연구를 이끈 배병수 교수는 "이번 연구는 차세대 스트레처블 디스플레이의 핵심 기술로, 웨어러블 기기와 같은 다양한 분야에서 상용화를 앞당길 중요한 돌파구"라고 설명했다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 게재됐으며, KAIST와 한국기계연구원이 공동으로 참여했다.

논문명은 A seamless auxetic substrate with a negative Poisson's ratio of –1 이다.