전북대학교 이승희 교수 연구팀(공대 대학원 JBNU-KIST 산학연융합학과·공대 고분자나노공학과)의 정세은 석사과정생이 휘어지는 플렉서블 디스플레이에 활용할 수 있는 초박형 편광필름을 개발했다.

이번 연구는 전북대 이승희 교수팀과 KIST 전북분원 구본철 박사팀이 추진한 전북대-KIST 학연 교수 및 학연 협력 플랫폼 구축 시범사업으로 진행됐으며, 연구 성과를 담은 논문은 정세은 석사과정생이 제1저자로 재료공학 분야의 국제학술지인 『Advanced Materials Technologies, IF=8.856』 최신호에 게재됐다.

공동 연구팀에 의해 개발된 이 필름은 탄소나노튜브의 물질 방향에 따라 균일하지 않은 성질을 갖는 비등방성(非等方性) 및 우수한 빛 흡수성을 갖는 탄소나노튜브의 특성을 응용해 가시광선 및 자외선 영역까지 편광이 가능하며 전극, 액정 배향막, 대전 방지막의 다기능성 특성을 가졌다.

전북대-KIST 공동 산학연 사업의 첫 성과물인 이 편광자는 탄소나노튜브의 이방성 빛의 흡수성 및 우수한 물성으로 인해 자외선과 가시광선 영역에서 높은 편광 효율을 자랑하며 400℃까지 이 성능이 유지된다. 또한 편광자, 액정 배향막, 전극의 역할을 동시에 수행할 수 있다.

특히 기존에 상용화된 유기 편광판보다 열에 강하고, 나노미터 두께 수준으로 제작이 가능해 차세대 플렉서블 디스플레이에 광범위하게 응용할 수 있는 특징이 있다. 특히 액정 디스플레이에서 광배향용으로 사용되는 값비싼 와이어 그리드 편광판을 대체 할 수 있는 자외선 영역 편광자로 주목받을 것으로 기대된다.

기존 아이오딘(Iodine, 요오드) 기반의 유기 편광자(자연광을 직선 편광으로 바꾸는 장치)는 고분자 필름을 이용하는 탓에 열과 습기에 취약하고, 수십 마이크론의 두께를 가지며 가시광선 영역만 편광이 가능했다.

이와 함께 금속 나노선을 일정한 간격으로 배열해 편광 효과를 얻는 광학 소자인 ‘와이어 그리드’ 편광자는 내열성과 투과율이 좋고, 얇게 만들 수 있지만 금속이 나노 패턴이 되어 있는 구조로 제작되어 대면적 생산에 제한이 있고 높은 비용 등의 단점이 있었다.

그리고, 탄소나노튜브를 편광자로 응용하는 이전의 연구들은 고분자 매트릭스를 이용해 편광자를 제작하거나 수직으로 성장한 탄소나노튜브를 기판에 전사하는 방식인 탓에 얇은 두께나 대형 편광자로는 제작하지 못하는 한계점이 있었다.

이런 점들을 극복하기 위해 연구팀은 탄소나노튜브의 길이를 수백 나노미터 크기로 제어하고, 순수 황산보다 산성이 강한 초강산(超強酸) 용매에 분산시켜 액정상의 분산액을 제조한 뒤 전단력(剪斷力)을 가해 초박형 필름을 구현했다.

연구 책임자인 이승희 교수는 “전단 흐름만을 이용해 제작된 탄소나노튜브 편광자는 대면적 크기의 전도성을 가진 편광자로써 자외선 영역도 편광이 가능해 액정 디스플레이에서 기존 자외선 편광자를 대신해 액정의 광배향 공정에 적용할 수 있다”며 “기존의 고가 와이어 그리드 편광판 및 유기물 편광판의 한계를 극복하는 차세대 다기능성 편광판으로써 광범위하게 응용될 수 있을 것으로 기대하고 있다”고 밝혔다.