▲ ETRI 박승구 책임연구원이 고분자 투명필름을 당겨 광 투과도를 조절하고 있다.

국내 연구진이 필름을 잡아당겨 빛을 100% 차단할 수 있는 원천 소재를 개발해 웨어러블 기기나 플렉시블 디스플레이 등 다양한 분야에 활용이 기대되고 있다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 광(光) 투과도를 자유롭게 조절할 수 있는 고분자 투명필름을 개발했다고 11일 밝혔다.

스마트 창에는 유리나 투명한 필름에 빛 투과도를 조절하는 물질을 사용하고 디스플레에도 빛의 양을 조절하기 위해 필름 또는 광량 조절 층에 액정, 기능성 나노입자 등을 분산하는 방식이 쓰인다.

연구진은 광량 조절물질 등을 넣지 않고 팽창·수축이 가능하고 빛의 투과율을 100% 차단할 수 있는 필름을 개발했다. 고분자 용액에 포함된 고분자와 용매를 빛을 통해 화학적으로 결합시켜 고분자 투명 필름을 만들었다.

연구진은 빛을 통해 반응하는 고분자 물질과 용매 간 관계성을 규명, 고분자를 나노입자 크기로 만들어 자연 분산시키는 최적의 함량비율을 찾아냈다. 필름의 투명도 변화는 이 비율 덕분이다.

고분자 필름을 잡아당길 때 생기는 고분자 사이의 공간(기공)에 따른 빛의 굴절률 변화를 이용해 통과하는 빛의 양이 줄어들면서 투명필름이 불투명하게 보인다.

연구진의 고분자 필름은 신축성이 좋아 늘린 후 바로 복원된다. 처음으로 완전 고분자 필름에서 이를 구현해 기존 광량 조절 방식을 혁신할 수 있는 획기적인 원천 소재를 확보했다.

이 필름은 5cm x 5cm 크기로 가시광선 파장별로 길이를 약 15~30%만 늘려도 빛을 100% 차단한다. 기존 유사한 성능의 필름 대비 수백 배 개선된 성능이다. 전기를 사용하지 않고 기계적 자극만으로 광도 조절이 가능한 점도 획기적이다.

본 기술은 국내 고분자 필름 제조업체의 일반 제조공정과 동일해 기존 장비로도 제조할 수 있다. 별도의 나노입자 분산 절차가 생략되고 대면적화도 쉬워 상용화에 유리하다.

특히 광 투과율, 반사율 등을 이용하면 사물의 동적 움직임을 파악도 할 수 있다. 이에 연구진은 KAIST와 함께 동작센서 응용과 관련 실증을 수행했다.

ETRI 신형철 휴먼증강연구실장은 “이번 기술은 고분자 필름 소재 업체, 디스플레이 업체 등에 기술 이전할 예정이다. 또한 향후 애플리케이션 개발이 되면 구역별 촉감을 다르게 해 시·촉각 정보를 통한 정보 전달 소재로 활용도 가능하다”고 말했다.

향후 연구진은 환경에 따라 색상이 변하는 카멜레온 필름을 개발할 예정이다. 버튼만 누르면 주변 색과 같게 변해 위장복이나 의류의 색상변화가 가능해질 전망이다.

하편 본 기술은 과학기술정보통신부 ‘인간 중심의 자율지능시스템 원천기술 연구’과제의 일환으로 연구됐으며, 지난달 말 영국왕립화학회 (RSC)가 발행하는 학술지 표지 논문으로 게재됐다. 또한 우리나라를 포함해 미국, 독일, 일본, 중국 등 5개국에 특허 출원했다.