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형태 변형 및 유지가 가능한 3차원 디스플레이 기술 개발
우리 대학 전기및전자공학부 정재웅 교수와 신소재공학과 강지형 교수 공동 연구팀이 단단한 평판 디스플레이를 비롯하여 유연/신축성 디스플레이를 모두 아우를 수 있는 새로운 유형의 3차원 디스플레이 폼팩터를 개발했다고 밝혔다.
디스플레이 폼팩터 혁신은 사용자들의 이동성 증대 및 기기 간의 기술 융합에 따라 다양한 웨어러블 모바일 기기, 차량 분야에 접목되며 중요하게 대두되고 있다. 현재 디스플레이 산업 분야에서는 단단한 평판 디스플레이를 넘어서 차세대 유연/신축성 디스플레이로 나아가고 있다.
하지만 기존 디스플레이 폼팩터는 기판 소재의 고정된 기계적 물성으로 인해 특정 사용 목적으로만 활용 가능한 문제점을 보인다. 단단한 평판 디스플레이의 경우, 딱딱한 특성으로 인해 거치용이나 손에 쥐고 사용하기에 적합하지만 기계적 유동성이 떨어져 웨어러블 기기로 사용하기 어렵다. 이와 반대로 유연/신축성 디스플레이의 경우, 우수한 유연성으로 웨어러블 용도로 주로 사용되지만 기기 조작 측면에서 화면을 터치하면 쉽게 형태가 변형되어 사용자에게 불편함을 줄 수 있다.
이에 연구팀은 이러한 문제를 극복하고자 자유롭게 형태 변형 및 유지가 가능한 형상기억 플랫폼을 통해 다양한 사용 목적과 환경에 적합한 차세대 디스플레이를 개발했다. 개발된 디스플레이는 기계적 물성변환이 가능한 가변성 플랫폼에 신축성 발광기판을 집적한 것이다.
연구팀이 개발한 가변성 플랫폼은 온도 변화에 의해 물성변환이 가능한 액체금속(특정 지어, 필즈 메탈(Field’s metal)) 미세방울과 그래핀 나노 입자를 포함한 고분자 복합소재로 전기적/열적 자극에 의해 다양한 3차원 구조를 구현할 수 있는 핵심적인 요소이다.
제작된 가변성 플랫폼은 약 23.9배의 큰 폭의 강성도 변화를 보인다. 이에 따라 가변성 플랫폼은 전기적/열적 자극을 통해 우수한 형상기억 특성을 보이며 3차원 변형에 대하여 약 94% 이상의 형태 유지 능력과 93% 이상의 형태 회복 능력을 가진다. 또한 그래핀 나노 입자를 통해 전기전도성을 향상 시켜 전기적 자극에 의해 균일한 발열과 30초 이내의 빠른 상변화를 통해 효율적인 형태 변형 및 유지가 가능하다.
연구팀은 개발된 가변성 플랫폼을 신축성 전기발광 디스플레이와 결합해 다양한 입체 구조 구현이 가능한 3차원 디스플레이를 개발하였다. 더불어 해당 디스플레이 기술이 형태 변형이 가능한 스마트 아트 디스플레이, 다목적 가변형 웨어러블 디스플레이, 시각-촉각형(Visio-tactile) 차량용 디스플레이로 활용 가능함을 입증하였다. 이는 기존 디스플레이 폼팩터가 구현할 수 없는 3차원 형태 실현을 통해 혁신적 폼팩터를 제시하였다는 점에서 의미가 크다.
정재웅 교수는 “개발된 디스플레이 기술은 새로운 폼팩터 유형을 제시하여 디스플레이의 활용성을 높일 것이며, 다양한 전자소자에도 응용 가능하여 차세대 다목적 전자기기 개발의 발판이 될 것이다.”라고 밝혔다.
본 연구 결과는 전기및전자공학부 오수빈 박사과정 학생이 제1 저자로 참여한 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈 (Advanced Functional Materials)' 6월 12일 字 내부 뒤 표지 논문(Inside back cover paper)으로 게재됐다. (논문명 : 3D Shape-Morphing Display Enabled by Electrothermally Responsive, Stiffness-Tunable Liquid Metal Platform with Stretchable Electroluminescent Device).
이번 연구는 LG 디스플레이(주) 및 한국연구재단의 중견연구자지원사업의 지원을 받아 수행됐다.
2023.06.27 조회수 7192 -
박용근 교수 연구팀, 후미오 오카노 상 수상
〈 박 용 근 교수 〉
우리대학 물리학과 박용근 교수 연구팀이 3차원 디스플레이 분야 기술개발에 기여한 공로를 인정받아 미국 플로리다 주 올랜도에서 열린 국제광자공학회(SPIE) 연차총회에서‘2018년도 후미오 오카노(Fumio Okano) 상’을 수상했다.
고해상도 디스플레이와 3차원 디스플레이 분야의 선구자였던 일본의 故 후미오 오카노 박사를 기리기 위해 제정된 ‘후미오 오카노(Fumio Okano)상’은 디스플레이 분야 발전에 공헌한 연구자에게 수여된다.
일본 NHK의 후원으로 이 분야 세계 최대 규모의 국제적인 학술단체인 국제광자공학회(SPIE) 3D 영상학회가 매년 3차원 디스플레이 관련분야 우수 논문을 선정해 수여한다.
박용근 교수 연구팀은 무작위적인 광 산란을 이용해 3차원 영상을 측정하고 재현하는 새로운 기술을 개발 중이다. 박 교수 팀은 지난 2016년 국제학술지인 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 3차원 홀로그래픽 카메라기술, ‘네이처 포토닉스(Nature Photonics)’에 3차원 홀로그래픽 디스플레이 성능의 3천 배 향상 기술 관련 연구 성과를 각각 발표해 뉴스위크(NewsWeek)와 포브스(Forbes) 등 다수의 해외 유명 언론으로부터 주목을 받았다.
박 교수는 또 이 같은 기초연구 성과를 바탕으로 벤처기업인 ‘토모큐브(Tomocube)’를 설립해 살아있는 세포를 3차원 입체영상으로 관찰이 가능한 레이저 홀로그래피 현미경을 출시하는데 성공, 현재 미국·일본을 비롯한 여러 국가에 수출 중이다.
박 교수는 이밖에 스타트업 ‘더웨이브톡(THE WAVE TALK)’의 공동창업자로서 신 성장 동력기반을 확보하는 등 맹활약을 펼쳐 올 4월 제51회 과학의 날에는 과학기술포장을, 5월에는 (재)유민문화재단(이사장 이홍구)로부터‘홍진기 창조인상’을 각각 수상했다.
박용근 교수는“3차원 홀로그래피 분야는 성장 가능성이 매우 크고, 실생활에 밀접한 영향을 줄 수 있다”며 “하지만 현재 기술이 공상과학 영화에서 제시하는 수준에는 미치고 못하고 있는데 수 년 내에 상용화가 가능한 수준으로 발전할 것으로 기대하고 있다”며 수상소감을 밝혔다.
2018.05.31 조회수 11909 -
2017년 올해의 KAIST인에 물리학과 박용근 교수 선정
우리대학은 물리학과 박용근(사진·37세)교수를 ‘2017년 올해의 KAIST인’으로 선정, 2일 오전 대강당에서 열린 시무식 자리에서 시상했다. ‘올해의 KAIST인 상’은 한 해 동안 국내외에서 KAIST 발전을 위해 노력하고 교육과 연구 실적이 탁월한 인물에게 수여하는 상으로 지난 2001년에 처음 제정됐다.
17번째 수상의 영예를 거머쥔 박용근 교수는 홀로그래픽 측정과 제어기술을 개발하고 새로운 응용분야 정립을 통해 KAIST의 위상을 높였다는 평가를 받았다. 박 교수는 특히 작년 국제학술지인 네이처 포토닉스(Nature Photonics)지에 ‘3차원 디스플레이’를, 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)지에는 ‘세포 광조작’을, 그리고 사이언스 어드밴시스(Science Advances)지에 ‘탄저균 진단’과 관련한 연구 성과를 각각 게재함으로써 뉴스위크(NewsWeek)와 포브스(Forbes) 등 다수의 해외 유명 언론으로부터 주목을 받았다.
박 교수는 또 이 같은 기초연구 성과를 바탕으로 벤처기업인 ‘Tomocube’사를 설립해 차세대 세포현미경인 3차원 홀로그래픽 현미경을 출시하는데 성공, 작년 말 현재 미국·일본을 비롯한 여러 국가에 수출하고 있다. 이밖에 박테리아 신속 진단 기술을 보유한 스타트업 ‘더웨이브톡(THE WAVE TALK)’의 공동창업자로서 신성장 동력 기반을 확보하는 등 KAIST의 위상을 높인 공로를 인정받았다.
박용근 교수는 “KAIST인이라면 누구나 최고의 명예로 생각하는 이 상을 받게 돼 개인적으로는 매우 큰 영광이며 동시에 무거운 책임감을 느낀다”며“앞으로도 연구와 교육에 매진하여 국내외에서 KAIST의 위상을 높이는데 기여 하겠다”고 소감을 밝혔다.
2018.01.02 조회수 19375 -
김봉수 교수 연구팀, 그래핀을 이용한 플렉서블 전계방출 디스플레이(FED)용 이미터 전극 개발
-『Advanced Materials』온라인판 11월 5일자 게재 -
우리대학 화학과 김봉수 교수 연구팀이 新소재 그래핀 위에 코발트 게르마늄 나노선을 성장시켜 ‘차세대 플렉서블 전계방출 디스플레이’용 이미터 전극을 개발했다. ‘차세대 플렉서블 전계방출 디스플레이(FED)"용 고효율 · 고내구성 이미터(Emitter) 전극 기술이 개발되어, 향후 초박형(超薄形) 두루마리 컴퓨터 · TV, 3차원 디스플레이 등 다양한 분야에 응용될 것으로 기대된다.
‘꿈의 디스플레이로’로 불리는 전계방출 디스플레이(Field Emission display, FED)는 LCD보다 얇게, 브라운관 화질보다 선명하게 화면을 구현할 수 있고, 전력소모가 LCD의 1/4, PDP의 1/6밖에 안 들며 내부에 수은 등 공해 물질이 전혀 없는 친환경 디스플레이다. 특히 휘도가 아주 높아서 차세대 3차원 디스플레이를 구현할 수 있다.
FED는 상하 기판 사이에 진공으로 채워진 구조로 되어있으며, 상판(양극판)에는 형광체가 도포되어 있고, 하판(음극판)에는 미세한 마이크론 크기의 전자발사체(Emitter) 들이 무수히 형성되어 있다.
우수한 FED를 만들기 위해서는 고효율․안정한 구조의 이미터가 무엇보다 중요한 데, 지금까지 이미터 재료로서 주로 연구되던 탄소나노튜브(CNT)는 깜빡거림 및 내구성 등의 문제점을 가지고 있었다.
김봉수 교수 연구팀은 새로운 이미터 재료로 최근 新소재로 각광받고 있는 그래핀과 단결정 코발트 게르마늄 합금을 활용하여, ‘플렉서블’하면서 ‘효율적인’ 전계 방출 디스플레이 개발의 새로운 전기(轉機)를 마련했다.
그래핀은 흑연에서 얇은 한 층을 떼어낸 것으로 투명하고 수 nm이하의 초박형 제작이 가능하며, 뛰어난 전기전도성과 열전도성을 지니고 있어 고성능 투명전극으로 적합하다. 금번 연구팀은 큰 종횡비를 가지고 화학적 및 열적 내구성이 매우 우수한 단결정 코발트 게르마늄 합금 나노선을 최초로 개발했고, 이를 다층 그래핀 위에 수직으로 성장시키는 데 성공했다. 이 구조는 탄소나노튜브(CNT)에 필적하는 뛰어난 전계방출 특성을 보이면서 보다 우수한 내구성을 가지는 것으로 나타났다.
김봉수 교수는 "투명하고 구부릴 수 있는 그래핀 전극 위에 코발트 게르마늄 합금 나노선을 결합시켜 개발된 고효율 전계 방출 이미터는, 초박형 두루마리 컴퓨터·TV 및 3차원 디스플레이 등의 다양한 응용이 가능하여 차세대 디스플레이 시장을 선도할 수 있는 핵심 원천기술이 될 것이다.“라고 밝혔다.
한편, 이번 연구결과는 신소재 분야의 세계적 학술지인 "어드밴스드 머티리얼즈 (Advanced Materials)"지 온라인판 11월 5일자에 게재되었고, 현재 국·내외 특허 출원 중이다.
2009.11.13 조회수 20973