순천향대 권계시 교수, 차세대 디스플레이 제조 공정 기술 개발

순천향대학교는 최근 기계공학과 권계시(사진) 교수 연구팀이 BK-21 Four(4단계 두뇌한국21) 사업을 통해 산학협력 실용 연구를 활성화한 결과 국제적으로 저명한 학술지 3곳에 논문을 연속 게재하는 등 우수한 연구 성과를 냈다고 12일 밝혔다.


권 교수 연구팀은 최근 미국 University of California, San Diego(UCSD)의 Tse Nga Ng 교수와 공동 연구를 통해 전기 스프레이의 문제점인 기판 위의 정전기 문제를 해결할 수 있는 균일한 코팅 방법을 개발했다.

연구 내용이 담긴 논문은 '비전도성 기판에서 고효율 전기 스프레이 코팅 방법: 초발수 코팅의 응용'(High-efficiency electrospray deposition method for non-conductive substrates: Applications of superhydrophobic coatings)이라는 제목으로 미국 화학학회지인 'ACS Applied Materials & Interfaces'에 게재됐다.

기존 코팅 방법 중 전기 스프레이 방식은 고전압의 전기를 사용해 미세 액적을 만들고 균일한 코팅을 얻는 장점이 있지만, 기판 위에 전하가 쌓이는 문제점이 있었다.

특히 플라스틱 등 절연 기판 위에서는 전하가 빠르게 방전되지 않아 스프레이 액적의 코팅이 방해되는 단점이 지적됐다. 이 때문에 기존 코팅 방식은 유리 또는 정전기 문제가 적은 기판에서 제한적으로 활용되고 코팅 두께를 늘리기 어려웠다.


권 교수팀은 이런 문제점을 근본적으로 해결해 어느 기판에서나 코팅이 잘 되는 전기 스프레이 방법을 개발하고, 이를 초발수 코팅에 응용해다.

이번 연구를 통해 얻은 스프레이 기술은 방수 코팅, 방지문 코팅, 표면의 항바이러스 처리 등 다양한 산업에서 응용할 수 있다. 현재는 중소벤처기업부의 Tech-bridge 과제를 통해 상용화 과제를 추가로 진행하고 있다.

이 과제는 BK-21 Four(4단계 두뇌한국21), 산업부 지원 차세대 디스플레이 공정장비소재 전문 인력양성사업(참여학생: 김세현)의 지원으로 진행됐다.

또한 권 교수는 삼성전자로부터 연구비를 지원받아 산학협력 공동 연구를 수행했다. 이를 통해 눈에 보이지 않는 전도성 도선을 직접 프린팅 방식으로 투명 터치스크린 센서를 제조하는 기술을 개발했다.

이 연구 결과를 삼성전자 김성준 박사와 순천향대 박사과정 풍탄후이(Thanh Huy Phung)와 함께 공동 제1저자로 Advanced Materials Technologies에 게재해 저널 표지로 선정됐다.

이들이 발표한 논문 '얇고, 유연하고 투명한 터치스크린센서를 위한 저가의 제조방법'(Low-Cost Fabrication Method for Thin, Flexible, and Transparent Touch Screen Sensors)은 근접장 방사원리를 사용한 직접 프린팅 방식과 후처리인 레이저 신터링 방법을 개발해 기존의 비싼 터치패널 제조 공정을 혁신적으로 개선했다.

또 유연 기판인 PET 필름을 사용해 유연한 디스플레이 위에서의 터치스크린패널 기술을 확보, 향후 디스플레이 및 스마트폰 산업에 직접 활용할 수 있는 기술을 개발했다.

이 연구 결과는 지난 5월 '2020 Best Paper'로 선정되며 해당 저널의 Virtual Issue에 추가로 실렸다.

이외에도 권 교수는 삼성전자로부터 연구비를 지원받아 디스플레이 기판에서 양면의 전극을 잇는 3차원 표면 프린팅 기술을 개발했다. 그 결과 비아홀을 이용하기 어려운 유리 기판 등에서 양면의 전극을 직접 프린팅하는 것을 가능하게 만들어 기존의 기술적 한계를 뛰어넘는 성과를 거뒀다.

이런 연구결과를 다룬 '기판의 마주 보는 면에 있는 전극을 이어주는 3차원 표면 프린팅 방법'(Three-dimensional surface printing method for interconnecting electrodes on opposite sides of substrates)은 지도 학생인 박사과정 라만(Md Khalilur Rahman)이 제1저자로 네이처의 자매지인 'Scientific Reports'에 게재됐다.

권 교수는 "프린팅은 기존에 사진 또는 문서 인쇄용으로만 사용됐지만 최근에는 다양한 기능을 가진 잉크가 개발돼 이를 활용해 회로 등을 손쉽게 구현하는 방법이 주목받고 있다"며 "확장 분야가 다양화하면서 새로운 프린팅 메커니즘에 대한 필요성도 커지고 있다. 따라서 이에 관한 연구 방향을 설정했고 실용연구를 통해 관련 산업을 선도할 수 있는 단계까지 도달한 것"이라고 말했다.

그는 이어 "특히 이번 BK-21 Four, 산업부 지원 차세대 디스플레이 공정 장비 소재 전문 인력 양성사업을 통해 학생들이 공부와 연구에만 열중할 수 있는 환경을 조성할 수 있었다"며 "이 연구실에서 연구하고 있는 장비 및 프린팅 기술은 타 분야로 응용성·확정성이 우수해 현재 다양한 분야와 협력하고 있다. 앞으로도 더 다양한 분야와의 협력을 통해 융합 연구의 중심이 되는 연구실을 구축하겠다"고 덧붙였다.

한편 권 교수팀의 논문이 게재된 학술지는 기계 장비 분야 및 융합 분야에서 국제 저명 학술지인 Advanced Materials Technologies(영향력 지수 5.969), Scientific Reports(영향력지수 3.998), ACS Applied Materials & Interfaces(영향력 지수 8.758)이다.