국내 연구진이 모발 증식에 효과가 있는 양자점(QD, 퀀텀닷)-유기발광다이오드(OLED) 웨어러블 패치를 세계 최초로 개발했다.
한국연구재단은 가천대 전용민·권상직·조의식 교수 연구팀이 이노큐디, 충북대 권정현 교수 연구팀과의 공동연구를 통해 실시간으로 광 파장 변환이 가능한 고출력 의료용 웨어러블 QD-OLED 패치를 개발했다고 3일 밝혔다.
양자점은 입자 크기에 따라 색깔이 다양하게 나타나는 작은 반도체 결정을 뜻한다. QD-OLED는 이런 양자점의 특성을 이용해 기존의 발광다이오드(LED)보다 다양한 색의 빛을 내 디스플레이 산업에서 주로 쓰인다.
인체에 부착해 실시간 진단·치료를 할 수 있는 웨어러블 OLED 기술은 헬스케어 분야에서 다양한 연구가 이뤄지고 있다. 웨어러블 기기나 전자약에 활용하기 위해서는 낮은 전압에도 출력이 높고 유연하며 자유롭게 파장 변환이 가능해야 한다.
기존 OLED는 고출력과 실시간 파장 변화가 어려워 다양한 목적에 맞는 전자약 구현에는 한계가 있었다. 또 기존 QD-OLED 역시 유연성과 고출력의 근적외선 성능이 확보되지 못해 주로 디스플레이 분야에 활용해 왔다.
연구팀은 OLED를 한 픽셀에 병렬로 적층해 저전압에서도 고출력이 나올 수 있는 청색 OLED를 제작해 단층 청색광 OLED보다 435% 향상된 고출력 청색 OLED의 성능을 확보했다.
다기능성 봉지막 필름은 나노적층화 층은 수분과 산소로부터 OLED를 보호하는 가스확산장벽 및 청색광 반사 역할을 해 기존 15%의 양자점 광변환 효율을 최대 68%까지 증대했다. 연구팀은 이를 OLED의 봉지막에 적용하고 QD-필름의 발광부에 부착해 고성능, 다기능성 QD-OLED 패치를 개발했다.
연구진은 개발한 웨어러블 QD-OLED를 이용해 모발치료 및 심박수 측정 성능을 검증한 결과, 모발의 성장을 담당하는 모유두세포에 해당 패치를 부착했을 때 최대 23%까지 증식 효과를 보였고 실시간으로 심박수 측정도 가능함을 확인했다.
전용민 교수는 “상용화 수준의 고출력, 고신뢰성의 QD-OLED 패치 기술을 확보했다”며 “웨어러블 디스플레이뿐만 아니라 전자약, 센서, 광의학 등에서 활용될 것을 기대한다”고 밝혔다.
과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 기본연구의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 화학 공학 분야 국제학술지 ‘케미컬 엔지니어링 저널’에 지난 9월25일 게재됐다.