▲ 송장근 성균관대학교 전자전기공학부 교수.

국내 연구진이 기존보다 낮은전압으로 마이크로미터 크기 액정 방울의 모양과 크기, 위치, 배열 상태등 정교하게 조절이 가능한 액정 조절 기술 개발로 향후 디스플레이, 3DTV, 미세 에너지 수확 및 나노 기술분야 등에 크게 기여가 가능해 질 것으로 보인다.

미래창조과학부(장관 최양희)와 한국연구재단(이사장 정민근)은 “국내 연구진이 마이크로미터 크기의 액정 방울의 모양, 크기, 위치 및 배열 상태를 자유자재로 조절할 수 있는 기술을 개발하였다”라고 밝혔다.

‘미세유체기술’은 마이크로미터 크기의 작은 액체방울을 다루는 기술로 질병의 진단, 디스플레이장치, 가변 초점 렌즈 등 다양한 분야에서 높은 응용성을 가지고 있다.

하지만 이런 높은 시장성에도 불구하고 현재는 잉크젯 방식의 프린팅 분야를 제외하고는 연구실 수준에 머물러 있다.
‘미세유체기술’에서는 전기영동이나 전기습윤을 이용해 물과 기름처럼 섞이지 않고 떠 있는 액체의 미세방울을 움직이거나 변형시키는 기술이 대표적인데 미래형 디스플레이를 위해 매우 유망한 기술이지만 구동전압이 높아 계면과 재료에 손상을 주기 때문에 상용화가 되지 못했다.

디스플레이 액정은 입자가 한방향으로 정렬된 상태나 무질서 한 상태로 존재하는데, 이때 두가지 상태가 혼합되는 경우가 있으므로 이러한 현상을 이용하면 한물질에 두가지 상태의 액정이 섞인 혼합물을 만든다.

전기영동으로 이러한 혼합물의 액정에 떠 있는 다른상태의 마이크로미터 크기 방울을 변형하거나 이동시키는 것이 가능해진다.

액정 기판은 종류에 따라 내부의 액정과 가까이 하려는 경향이 있어 한쪽의 액정을 다른 내부와 떠있게 만들면 기판과의마찰력이 제거되어 기존의 10분의 1의 전압으로 전기영동이 가능해진다.

연구진은 두가지 액정 상 혼합액에서 정밀한 전기영동 미세유체기술을 분리시켜 이 혼합액으로 폭 4마이크로미터 길이 약 200마이크로미터의 액정 필라멘트(線)를 제작하여 디스플레이 분야 및 미세 에너지 수확 기술 등에 활용 가능성을 확인했다.

또한 또한 이 혼합액으로 입자가 한방향으로 정렬된 상태와 등방상 필름이 복합된 특이 필름을 제작하였으며 이는 3D TV 개발에 응용 가능할 것으로 기대된다.

한편, 이번 연구에 참여한 송장근 교수는 “본 연구에서 제안한 동일조성 물질의 두 가지 액정상 혼합액을 이용한 유전전기영동기술은 기존 방법에서 볼 수 없었던 다양한 미세유체 조절 특성을 보여주는 새로운 시도로, 미세유체기술을 디스플레이나 광학소자 등으로 그 응용성을 확장하는데 기여할 것이다”라고 밝혔다.

한편, 이번연구는 송장근(성균관대 교수), 김수동(삼성디스플레이 연구원), 이보미(성균관대 석사과정), 강신웅(전북대 교수) 등은 미세유체기술과 액정 재료 기술을 융합한 새로운 연구를 미래창조과학부와 한국연구재단이 지원하고 있는 기초연구사업(중견연구자지원)을 통해 수행하였으며, 이번 연구 결과물은 권위있는 과학 학술지 네이처 커뮤니케이션(Nature Communications)지 온라인(early view) 판에 8월 5일에 게재되었다.

▲ 두 가지 액정상 혼합용액에서 미세유체기술 적용 예. .