섬유·디스플레이 융합으로 새로운 첨단 소재 개발 가능성 열어
밝고 선명한 화질·가격 경쟁력 있는 액정디스플레이 제작 가능

정보전자신소재공학과 최석원 교수 연구팀이 나노 섬유를 이용한 첨단 광학 소재를 개발했다. 연구 성과는 광학분야의 세계적 학술지 <옵티스 익스프레스(Optics Express)> 5월 1일자 온라인판에 게재됐다. 연구팀은 나노 섬유의 장축과 단축의 굴절률을 제어해 최첨단 광학 소재를 제작했다. 새로운 방식의 섬유기술을 통해 만들어진 광학 소재는 고휘도 액정디스플레이(LCD)에서 광원 역할을 담당하는 백라이트 유닛(Back Light Unit)에 사용되고 있는 휘도(밝기)향상필름으로 적용될 수 있다.

차세대 디스플레이에 응용 가능한 부품, 소재 원천 기술
우리나라는 2000년대 들어 디스플레이 산업 강국에 진입했다. 그러나 최근에는 중국의 추격과 플렉시블(Flexible) 등 차세대 디스플레이의 경쟁으로 이 분야의 수출이 감소하고 있다. 이에 따라 차세대 디스플레이 산업을 위한 소재, 부품, 시스템 연구를 통한 원천 기술 확보가 더 중요해졌다.

최근 디스플레이 분야에서는 웨어러블 기기의 수요가 증가하면서 휘어지는 플렉시블을 넘어 신축성이 있는 스트레처블(Stretchable)이 각광받고 있다. 최석원 교수는 이 같은 특징을 가진 섬유 소재에 주목했다. “두루마리처럼 말리고 접히면서 자유롭게 변형이 가능한 섬유 소재의 특성을 이용한 부품 소자가 디스플레이 분야에서 유용하게 쓰일 수 있을 것”이라고 최 교수는 기대했다. 부품, 소재의 선진국인 미국과 일본 등에서도 섬유 기술을 활용한 광학필름 연구를 진행 중이다.

섬유, 고분자, 디스플레이, 광학 등 전문 지식 뒷받침
최석원 교수 연구팀은 고분자 매질에 나노 섬유를 분산시킨 후, 고분자 사슬을 잡아당겨 일정 방향으로 배열, 나노 섬유의 장축과 단축의 굴절률을 제어했다. 입사된 빛을 고분자 매질과 나노 섬유 간의 굴절률이 동일한 방향을 투과시키면 굴절률의 차이가 있는 방향은 반사시키는 특성이 있다. 이를 이용하면 특정 방향의 편광 성분만 투과시킬 수 있다. 장축과 단축의 성질이 다른 섬유의 특성을 활용한 것이다. 이 섬유 기술을 이용할 경우, 기존에 비해 낮은 소비전력으로 화질이 더 밝고 선명할 뿐 아니라, 가격 경쟁력이 우수한 액정디스플레이 제작이 가능하다.

최석원 교수는 “이번 연구는 섬유 기술과 디스플레이 기술 간의 융합을 통해 새로운 첨단 소재의 개발 가능성을 보여준 사례”라고 평가했다. 그는 “나노 섬유를 이용한 첨단 광학 소재 개발 기술은 섬유, 고분자, 디스플레이, 광학 등 다양한 분야의 전문 지식의 뒷받침 없이는 달성될 수 없는 기술로, 이러한 융복합적인 사고를 지닌 인재 양성이 대한민국 소재 산업의 성패를 좌우할 것”이라고 말했다. 최석원 교수 연구팀은 이번 연구 결과가 현장에서 활용될 수 있도록 연구를 계속 진행할 계획이다. 

이번 연구는 최석원 교수 연구팀과 한국생산기술연구원 휴먼문화융합연구실용화그룹 임대영 그룹장이 함께 참여했다. 경희대 공과대학과 한국생산기술연구원 경기지역본부는 2011년부터 융복합기술분야의 섬유융합기반 정보전자신소재 공학분야의 인재 육성을 공동으로 추진하고 있다. 섬유기술을 이용한 광학 소재 개발은 2010년부터 산업통상자원부의 지원을 받아 진행 중이다.