KIST, CES 2025에서 미래 혁신 기술 선보인다. - KIST, 유레카파크에서 미래 유망기술 분야 7개 혁신 기술 세계 무대에 선보여 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록)은 오는 1월 7일부터 10일(현지 시각)까지 미국 라스베이거스에서 열리는 세계 최대 IT 전시회 ‘CES 2025’에 참가한다고 밝혔다. KIST가 CES에 기관 단위로 참가하는 것은 2020년, 2022년, 2023년, 2024년에 이어 이번이 다섯 번째다. KIST는 이번 CES에서 인공지능(AI), 반도체, 양자, 의료 등 미래 유망 기술 분야의 7개 전시품을 공개할 예정이다. KIST의 전시관은 혁신 기술을 집중적으로 소개하는 ‘유레카파크(Eureka Park)’에 마련되었다. 차세대반도체연구소 양자기술연구단은 박민철 책임연구원이 개발한 ‘인공지능 기반 2차원 싱글 X-ray 이미지의 3차원 변환 및 영상 화질 개선 기술’을 전시한다. 이 기술은 인공지능을 활용하여 단일 2D X-ray 이미지를 3D로 시각화하며, 악천후와 같은 어려운 환경에서도 영상의 가시성을 유지할 수 있는 것이 특징이다. 박민철 책임연구원은 이 기술로 CES 2025 혁신상을 수상하며 기술력을 인정받았다. AI·로봇연구소는 김익재 책임연구원이 개발한 ‘교통 CCTV 기반 차량·교통 분석을 통한 실시간 교통관리 시스템’을 선보인다. 이 기술은 CCTV만을 활용하여 차량 추적, 카운팅, 속도 추정 등의 데이터를 실시간으로 분석해 교통환경을 효율적으로 관리할 수 있도록 돕는다. 협력사인 ㈜토페스의 전·후방 교통 단속 기술 및 스마트 교차로 시뮬레이션 기술과 결합하여 실제 교통 상황에 최적화된 시스템을 구현하는 것을 목표로 한다. 향후 이 기술은 무인 교통 단속 및 지능형 교통 시스템으로 발전할 가능성이 높다. 인공지능연구단 남기표 책임연구원은 ‘대상자 내/외적 생체신호 분석 기반 이상상태 판단 시스템’을 전시한다. 이 기술은 카메라를 통해 대상자의 안면 영역을 분석하고, 이를 기반으로 내·외적 생체신호를 측정하여 이상 상태를 판단한다. 높은 정확도와 빠른 처리 속도를 자랑하며, 범죄 수사, 헬스케어 서비스, 맞춤형 스마트 홈 서비스 등 다양한 분야에 활용될 수 있다. 인공지능연구단 최희승 책임연구원은 ‘실험 보호구 착용 여부 판단용 인공지능 키오스크’를 선보인다. 이 기술은 인공지능을 활용해 실험자의 신원과 개인보호장비(PPE) 착용 여부를 동시에 확인하며, 실험실 출입 가능 여부를 자동으로 판단한다. 실험실 안전사고를 예방하기 위해 설계된 이 시스템은 향후 연구 및 산업 현장에서 안전관리 시스템의 필수 기술로 자리 잡을 것으로 보인다. 바이오·메디컬융합연구본부 바이오닉스연구센터는 이병철 책임연구원이 개발한 ‘Nano-Column CMUT을 이용한 일회용 착용형 초음파 패치’를 소개한다. 이 패치는 기존 상용 초음파 소자 대비 성능이 3배 이상 우수하며, 실리콘 기반으로 제작되어 환경 오염 문제도 해결했다. 또한 반도체 공정을 통해 제조 단가를 1/20 이하로 낮춰 일회용 제품으로 사용할 수 있으며, 가정 원격의료와 다양한 산업군으로의 확장이 기대된다. 생체분자인식연구센터 정영도 책임연구원은 ‘스마트폰 기반 소변을 이용한 방광암 진단 키트’를 전시한다. 이 기술은 별도의 전처리 과정 없이 소변 샘플과 스마트폰만으로 방광암을 진단할 수 있다. 높은 민감도를 통해 조기 방광암도 진단 가능하며, 환자에게 고통과 감염 위험을 줄이면서도 자주 사용할 수 있는 간편한 시스템이다. 첨단소재·시스템연구본부 전자재료연구센터는 송현철 책임연구원이 개발한 ‘초음파 무선 에너지 전송 시스템’을 선보인다. 이 기술은 심박동기와 같은 인체 삽입형 의료기기의 배터리를 무선으로 충전해 배터리 교체를 위한 수술을 대체할 수 있다. 또한, 바닷속 무인 드론이나 해저 케이블 센서 등 원거리 무선 충전이 필요한 다양한 산업 분야에서도 활용 가능성이 크다. 오상록 원장은 “CES 2025에서 KIST의 첨단 기술과 KIST가 지원한 혁신 기업의 제품을 세계 무대에 선보일 수 있어 자랑스럽다”며, “국내뿐 아니라 해외에서도 KIST 기술이전 및 사업화를 촉진할 수 있도록 글로벌 파트너십 구축에 지원을 아끼지 않겠다”고 밝혔다. [그림 1] 인공지능기반 2차원 싱글 X-Ray 이미지 3차원 변환 및 영상화질개선 기술 <후방 카메라 기반 차량/이륜차 무인단속 기술 결과> <CCTV기반 차량추적 및 속도추정 기술 결과> [그림 2] 교통 CCTV 기반 차량/교통 분석을 통한 실시간 교통 관리 시스템 [그림 3] 대상자 내/외적 생체신호 분석 기반 이상상태 판단 시스템 <실험 보호구 착용 여부 판단용 인공지능 키오스크를 활용한 실험실 출입 관리 도식화> <실험 보호구 착용 여부 판단용 인공지능 키오스크 화면 예시> [그림 4] 실험 보호구 착용 여부 판단용 인공지능 키오스크 <일회용 착용형 초음파 패치를 통한 경동맥 영상 및 맥동파> <다양한 형태로 만들어진 나노컬럼 CMUT> [그림 5] Nano–Column CMUT을 이용한 일회용 착용형 초음파 패치 [그림 6] 스마트폰 기반 소변을 이용한 방광암 진단 키트 <해저드론 무선 충전> <인체삽입형 의료기기 체내 무선 충전> [그림 7] 초음파 무선 에너지 전송 시스템

이미지 왜곡 없는 '투명 스트레처블 기판' 개발, 차세대 디스플레이 혁신 기대 - 푸아송 비 극복, 완전 투명하면서 왜곡 없는 무변형 디스플레이 기판 구현 - 전단압연 공정으로 대면적·고투명성 스트레처블 기판 상용화 가능성 제시 차세대 디스플레이 시장에서 주목받고 있는 '탄성을 지닌 디스플레이 소재'는 자유롭게 펼치고 구부릴 수 있다는 장점이 있지만, 기존 소재의 한계로 인해 화면이 일그러지거나 착용감이 떨어지는 문제가 있었다. 일반 탄성체 기판은 한쪽 방향으로 늘리면 수직 방향으로 오그라드는 ‘푸아송 비(Poisson’s ratio)’ 현상 때문에 화면이 왜곡되기 쉽다. 특히 웨어러블 기기처럼 피부와 밀착되는 전자 제품은 늘어나거나 줄어드는 과정에서 주름이 생기거나 피부를 당겨 착용감과 성능이 저하될 위험이 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 손정곤 박사팀과 서울대학교 홍용택 교수팀이 공동으로 ‘푸아송 비’를 극적으로 낮춘 '나노구조 정렬 스트레처블 기판'을 개발했다. 이번 연구는 푸아송 비를 낮추면서도 투명성을 유지해, 화면 왜곡과 빛의 산란 문제를 동시에 해결한 점에서 큰 주목을 받고 있다. 연구진은 두 가지 핵심 아이디어를 결합해 이번 성과를 달성했다. 첫 번째 아이디어로, 고분자 블록이 연결된 블록 공중합체를 활용해 내부 나노 구조를 정렬했다. 이 블록 공중합체는 딱딱한 '폴리스티렌(PS)'과 부드러운 '폴리부틸렌(PIB)'으로 이루어져 있으며, 이를 한 방향으로 배열하면 인장 방향과 수직 방향의 탄성 차이를 극대화해 수축을 감소시킬 수 있다. 기존 탄성체의 푸아송 비는 0.4~0.5 정도인데, 연구진은 늘리는 방향에서도 기판 수직 방향 수축이 거의 없고, 화면 왜곡도 크게 줄어든 푸아송 비 0.07 이하로 낮췄다. 두 번째 아이디어로는 나노 구조를 기판 전체에 고르게 정렬하기 위해 전단압연(Shear-Rolling) 공정을 도입했다. 이는 고온 상태에서 롤러와 스테이지 간 속도 차이를 이용해 균일한 전단력을 가하는 방식이다. 이 공정을 통해 두꺼운 기판에도 나노 구조가 투명도를 저하시키지 않고 안정적으로 정렬되었다. 실험에서는 기판의 가로방향으로 50% 이상 늘렸을 때도 세로 방향 수축이 거의 발생하지 않는 것을 확인했다. 연구진은 개발한 기판을 실제 소자에 적용해 픽셀 배열 변화를 관찰했다. 기존 탄성체 기판은 50% 늘리면 픽셀 간 간격이 들쭉날쭉하거나 세로 픽셀이 붙는 왜곡이 발생했다. 반면, 나노구조 정렬 기판은 픽셀이 고르게 배열되어 이미지가 깨지지 않고, 주름이나 거친 표면이 생기지 않아 투명도도 유지됐다. 개발된 새로운 스트레처블 기판은 차세대 디스플레이, 웨어러블 전자기기, 태양전지 등 다양한 분야의 핵심 소재로 사용될 전망이다. 또한, 이번에 사용된 전단압연 공정은 다른 블록 공중합체나 고분자 필름에도 적용이 가능해 간단한 방식으로 대면적 처리에 적합한 기술로 평가받고 있다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구는 나노구조를 정밀하게 제어하여 왜곡이 없으면서도 완전하게 투명한 스트레쳐블 기판을 개발하는 새로운 방식을 제안하였으며 이를 구현하기 위한 전단압연 기술은 대량생산과 산업화에 쉽게 적용할 수 있다.”라고 말하며, “현재 이 기판을 활용하여 디스플레이 발광 소자를 전사하여 인장 시에도 왜곡 없는 실제 디스플레이 디바이스를 구현하는 연구를 수행중이다”라고 강조했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임) KIST 주요사업, 중견연구자지원사업(2022R1A2B5B02001597) 및 STEAM사업(RS-2024-00451691)의 지원을 받아 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Advanced materials」 (IF 27.4 JCR 분야 상위 2.4%) 최신호에 게재됐다. * (논문명) Fully Transparent and Distortion-Free Monotonically Stretchable Substrate by Nanostructure Alignment [그림 1] (상) 엘라스토머 소재에서 발생하는 인장 시 왜곡 문제와 왜곡 없는 인장 (하) 엘라스토머 소재의 큰 푸아송 비율과 0의 푸아송 비율을 가지고 있는 섬유 일 방향 배향 복합체 [그림 2] (상) SIBS 블록공중합체의 고분자 구조 (하) SIBS 블록공중합체에서 상 분리에 의한 나노구조 형성 [그림 3] 쉬어-롤링 공정을 통한 블록공중합체 나노구조 일방향 배향 [그림 4] (상) 전단압연 SIBS 필름의 기계적 이방성, 투명도, 푸아송 비율 측정 (중),(하) 일반적인 SIBS 필름과 전단압연 SIBS 필름의 인장 시 모양과 이미지 비교

이미지 왜곡 없는 '투명 스트레처블 기판' 개발, 차세대 디스플레이 혁신 기대 - 푸아송 비 극복, 완전 투명하면서 왜곡 없는 무변형 디스플레이 기판 구현 - 전단압연 공정으로 대면적·고투명성 스트레처블 기판 상용화 가능성 제시 차세대 디스플레이 시장에서 주목받고 있는 '탄성을 지닌 디스플레이 소재'는 자유롭게 펼치고 구부릴 수 있다는 장점이 있지만, 기존 소재의 한계로 인해 화면이 일그러지거나 착용감이 떨어지는 문제가 있었다. 일반 탄성체 기판은 한쪽 방향으로 늘리면 수직 방향으로 오그라드는 ‘푸아송 비(Poisson’s ratio)’ 현상 때문에 화면이 왜곡되기 쉽다. 특히 웨어러블 기기처럼 피부와 밀착되는 전자 제품은 늘어나거나 줄어드는 과정에서 주름이 생기거나 피부를 당겨 착용감과 성능이 저하될 위험이 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 손정곤 박사팀과 서울대학교 홍용택 교수팀이 공동으로 ‘푸아송 비’를 극적으로 낮춘 '나노구조 정렬 스트레처블 기판'을 개발했다. 이번 연구는 푸아송 비를 낮추면서도 투명성을 유지해, 화면 왜곡과 빛의 산란 문제를 동시에 해결한 점에서 큰 주목을 받고 있다. 연구진은 두 가지 핵심 아이디어를 결합해 이번 성과를 달성했다. 첫 번째 아이디어로, 고분자 블록이 연결된 블록 공중합체를 활용해 내부 나노 구조를 정렬했다. 이 블록 공중합체는 딱딱한 '폴리스티렌(PS)'과 부드러운 '폴리부틸렌(PIB)'으로 이루어져 있으며, 이를 한 방향으로 배열하면 인장 방향과 수직 방향의 탄성 차이를 극대화해 수축을 감소시킬 수 있다. 기존 탄성체의 푸아송 비는 0.4~0.5 정도인데, 연구진은 늘리는 방향에서도 기판 수직 방향 수축이 거의 없고, 화면 왜곡도 크게 줄어든 푸아송 비 0.07 이하로 낮췄다. 두 번째 아이디어로는 나노 구조를 기판 전체에 고르게 정렬하기 위해 전단압연(Shear-Rolling) 공정을 도입했다. 이는 고온 상태에서 롤러와 스테이지 간 속도 차이를 이용해 균일한 전단력을 가하는 방식이다. 이 공정을 통해 두꺼운 기판에도 나노 구조가 투명도를 저하시키지 않고 안정적으로 정렬되었다. 실험에서는 기판의 가로방향으로 50% 이상 늘렸을 때도 세로 방향 수축이 거의 발생하지 않는 것을 확인했다. 연구진은 개발한 기판을 실제 소자에 적용해 픽셀 배열 변화를 관찰했다. 기존 탄성체 기판은 50% 늘리면 픽셀 간 간격이 들쭉날쭉하거나 세로 픽셀이 붙는 왜곡이 발생했다. 반면, 나노구조 정렬 기판은 픽셀이 고르게 배열되어 이미지가 깨지지 않고, 주름이나 거친 표면이 생기지 않아 투명도도 유지됐다. 개발된 새로운 스트레처블 기판은 차세대 디스플레이, 웨어러블 전자기기, 태양전지 등 다양한 분야의 핵심 소재로 사용될 전망이다. 또한, 이번에 사용된 전단압연 공정은 다른 블록 공중합체나 고분자 필름에도 적용이 가능해 간단한 방식으로 대면적 처리에 적합한 기술로 평가받고 있다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구는 나노구조를 정밀하게 제어하여 왜곡이 없으면서도 완전하게 투명한 스트레쳐블 기판을 개발하는 새로운 방식을 제안하였으며 이를 구현하기 위한 전단압연 기술은 대량생산과 산업화에 쉽게 적용할 수 있다.”라고 말하며, “현재 이 기판을 활용하여 디스플레이 발광 소자를 전사하여 인장 시에도 왜곡 없는 실제 디스플레이 디바이스를 구현하는 연구를 수행중이다”라고 강조했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임) KIST 주요사업, 중견연구자지원사업(2022R1A2B5B02001597) 및 STEAM사업(RS-2024-00451691)의 지원을 받아 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Advanced materials」 (IF 27.4 JCR 분야 상위 2.4%) 최신호에 게재됐다. * (논문명) Fully Transparent and Distortion-Free Monotonically Stretchable Substrate by Nanostructure Alignment [그림 1] (상) 엘라스토머 소재에서 발생하는 인장 시 왜곡 문제와 왜곡 없는 인장 (하) 엘라스토머 소재의 큰 푸아송 비율과 0의 푸아송 비율을 가지고 있는 섬유 일 방향 배향 복합체 [그림 2] (상) SIBS 블록공중합체의 고분자 구조 (하) SIBS 블록공중합체에서 상 분리에 의한 나노구조 형성 [그림 3] 쉬어-롤링 공정을 통한 블록공중합체 나노구조 일방향 배향 [그림 4] (상) 전단압연 SIBS 필름의 기계적 이방성, 투명도, 푸아송 비율 측정 (중),(하) 일반적인 SIBS 필름과 전단압연 SIBS 필름의 인장 시 모양과 이미지 비교

이미지 왜곡 없는 '투명 스트레처블 기판' 개발, 차세대 디스플레이 혁신 기대 - 푸아송 비 극복, 완전 투명하면서 왜곡 없는 무변형 디스플레이 기판 구현 - 전단압연 공정으로 대면적·고투명성 스트레처블 기판 상용화 가능성 제시 차세대 디스플레이 시장에서 주목받고 있는 '탄성을 지닌 디스플레이 소재'는 자유롭게 펼치고 구부릴 수 있다는 장점이 있지만, 기존 소재의 한계로 인해 화면이 일그러지거나 착용감이 떨어지는 문제가 있었다. 일반 탄성체 기판은 한쪽 방향으로 늘리면 수직 방향으로 오그라드는 ‘푸아송 비(Poisson’s ratio)’ 현상 때문에 화면이 왜곡되기 쉽다. 특히 웨어러블 기기처럼 피부와 밀착되는 전자 제품은 늘어나거나 줄어드는 과정에서 주름이 생기거나 피부를 당겨 착용감과 성능이 저하될 위험이 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 손정곤 박사팀과 서울대학교 홍용택 교수팀이 공동으로 ‘푸아송 비’를 극적으로 낮춘 '나노구조 정렬 스트레처블 기판'을 개발했다. 이번 연구는 푸아송 비를 낮추면서도 투명성을 유지해, 화면 왜곡과 빛의 산란 문제를 동시에 해결한 점에서 큰 주목을 받고 있다. 연구진은 두 가지 핵심 아이디어를 결합해 이번 성과를 달성했다. 첫 번째 아이디어로, 고분자 블록이 연결된 블록 공중합체를 활용해 내부 나노 구조를 정렬했다. 이 블록 공중합체는 딱딱한 '폴리스티렌(PS)'과 부드러운 '폴리부틸렌(PIB)'으로 이루어져 있으며, 이를 한 방향으로 배열하면 인장 방향과 수직 방향의 탄성 차이를 극대화해 수축을 감소시킬 수 있다. 기존 탄성체의 푸아송 비는 0.4~0.5 정도인데, 연구진은 늘리는 방향에서도 기판 수직 방향 수축이 거의 없고, 화면 왜곡도 크게 줄어든 푸아송 비 0.07 이하로 낮췄다. 두 번째 아이디어로는 나노 구조를 기판 전체에 고르게 정렬하기 위해 전단압연(Shear-Rolling) 공정을 도입했다. 이는 고온 상태에서 롤러와 스테이지 간 속도 차이를 이용해 균일한 전단력을 가하는 방식이다. 이 공정을 통해 두꺼운 기판에도 나노 구조가 투명도를 저하시키지 않고 안정적으로 정렬되었다. 실험에서는 기판의 가로방향으로 50% 이상 늘렸을 때도 세로 방향 수축이 거의 발생하지 않는 것을 확인했다. 연구진은 개발한 기판을 실제 소자에 적용해 픽셀 배열 변화를 관찰했다. 기존 탄성체 기판은 50% 늘리면 픽셀 간 간격이 들쭉날쭉하거나 세로 픽셀이 붙는 왜곡이 발생했다. 반면, 나노구조 정렬 기판은 픽셀이 고르게 배열되어 이미지가 깨지지 않고, 주름이나 거친 표면이 생기지 않아 투명도도 유지됐다. 개발된 새로운 스트레처블 기판은 차세대 디스플레이, 웨어러블 전자기기, 태양전지 등 다양한 분야의 핵심 소재로 사용될 전망이다. 또한, 이번에 사용된 전단압연 공정은 다른 블록 공중합체나 고분자 필름에도 적용이 가능해 간단한 방식으로 대면적 처리에 적합한 기술로 평가받고 있다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구는 나노구조를 정밀하게 제어하여 왜곡이 없으면서도 완전하게 투명한 스트레쳐블 기판을 개발하는 새로운 방식을 제안하였으며 이를 구현하기 위한 전단압연 기술은 대량생산과 산업화에 쉽게 적용할 수 있다.”라고 말하며, “현재 이 기판을 활용하여 디스플레이 발광 소자를 전사하여 인장 시에도 왜곡 없는 실제 디스플레이 디바이스를 구현하는 연구를 수행중이다”라고 강조했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임) KIST 주요사업, 중견연구자지원사업(2022R1A2B5B02001597) 및 STEAM사업(RS-2024-00451691)의 지원을 받아 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Advanced materials」 (IF 27.4 JCR 분야 상위 2.4%) 최신호에 게재됐다. * (논문명) Fully Transparent and Distortion-Free Monotonically Stretchable Substrate by Nanostructure Alignment [그림 1] (상) 엘라스토머 소재에서 발생하는 인장 시 왜곡 문제와 왜곡 없는 인장 (하) 엘라스토머 소재의 큰 푸아송 비율과 0의 푸아송 비율을 가지고 있는 섬유 일 방향 배향 복합체 [그림 2] (상) SIBS 블록공중합체의 고분자 구조 (하) SIBS 블록공중합체에서 상 분리에 의한 나노구조 형성 [그림 3] 쉬어-롤링 공정을 통한 블록공중합체 나노구조 일방향 배향 [그림 4] (상) 전단압연 SIBS 필름의 기계적 이방성, 투명도, 푸아송 비율 측정 (중),(하) 일반적인 SIBS 필름과 전단압연 SIBS 필름의 인장 시 모양과 이미지 비교

이미지 왜곡 없는 '투명 스트레처블 기판' 개발, 차세대 디스플레이 혁신 기대 - 푸아송 비 극복, 완전 투명하면서 왜곡 없는 무변형 디스플레이 기판 구현 - 전단압연 공정으로 대면적·고투명성 스트레처블 기판 상용화 가능성 제시 차세대 디스플레이 시장에서 주목받고 있는 '탄성을 지닌 디스플레이 소재'는 자유롭게 펼치고 구부릴 수 있다는 장점이 있지만, 기존 소재의 한계로 인해 화면이 일그러지거나 착용감이 떨어지는 문제가 있었다. 일반 탄성체 기판은 한쪽 방향으로 늘리면 수직 방향으로 오그라드는 ‘푸아송 비(Poisson’s ratio)’ 현상 때문에 화면이 왜곡되기 쉽다. 특히 웨어러블 기기처럼 피부와 밀착되는 전자 제품은 늘어나거나 줄어드는 과정에서 주름이 생기거나 피부를 당겨 착용감과 성능이 저하될 위험이 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 손정곤 박사팀과 서울대학교 홍용택 교수팀이 공동으로 ‘푸아송 비’를 극적으로 낮춘 '나노구조 정렬 스트레처블 기판'을 개발했다. 이번 연구는 푸아송 비를 낮추면서도 투명성을 유지해, 화면 왜곡과 빛의 산란 문제를 동시에 해결한 점에서 큰 주목을 받고 있다. 연구진은 두 가지 핵심 아이디어를 결합해 이번 성과를 달성했다. 첫 번째 아이디어로, 고분자 블록이 연결된 블록 공중합체를 활용해 내부 나노 구조를 정렬했다. 이 블록 공중합체는 딱딱한 '폴리스티렌(PS)'과 부드러운 '폴리부틸렌(PIB)'으로 이루어져 있으며, 이를 한 방향으로 배열하면 인장 방향과 수직 방향의 탄성 차이를 극대화해 수축을 감소시킬 수 있다. 기존 탄성체의 푸아송 비는 0.4~0.5 정도인데, 연구진은 늘리는 방향에서도 기판 수직 방향 수축이 거의 없고, 화면 왜곡도 크게 줄어든 푸아송 비 0.07 이하로 낮췄다. 두 번째 아이디어로는 나노 구조를 기판 전체에 고르게 정렬하기 위해 전단압연(Shear-Rolling) 공정을 도입했다. 이는 고온 상태에서 롤러와 스테이지 간 속도 차이를 이용해 균일한 전단력을 가하는 방식이다. 이 공정을 통해 두꺼운 기판에도 나노 구조가 투명도를 저하시키지 않고 안정적으로 정렬되었다. 실험에서는 기판의 가로방향으로 50% 이상 늘렸을 때도 세로 방향 수축이 거의 발생하지 않는 것을 확인했다. 연구진은 개발한 기판을 실제 소자에 적용해 픽셀 배열 변화를 관찰했다. 기존 탄성체 기판은 50% 늘리면 픽셀 간 간격이 들쭉날쭉하거나 세로 픽셀이 붙는 왜곡이 발생했다. 반면, 나노구조 정렬 기판은 픽셀이 고르게 배열되어 이미지가 깨지지 않고, 주름이나 거친 표면이 생기지 않아 투명도도 유지됐다. 개발된 새로운 스트레처블 기판은 차세대 디스플레이, 웨어러블 전자기기, 태양전지 등 다양한 분야의 핵심 소재로 사용될 전망이다. 또한, 이번에 사용된 전단압연 공정은 다른 블록 공중합체나 고분자 필름에도 적용이 가능해 간단한 방식으로 대면적 처리에 적합한 기술로 평가받고 있다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구는 나노구조를 정밀하게 제어하여 왜곡이 없으면서도 완전하게 투명한 스트레쳐블 기판을 개발하는 새로운 방식을 제안하였으며 이를 구현하기 위한 전단압연 기술은 대량생산과 산업화에 쉽게 적용할 수 있다.”라고 말하며, “현재 이 기판을 활용하여 디스플레이 발광 소자를 전사하여 인장 시에도 왜곡 없는 실제 디스플레이 디바이스를 구현하는 연구를 수행중이다”라고 강조했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임) KIST 주요사업, 중견연구자지원사업(2022R1A2B5B02001597) 및 STEAM사업(RS-2024-00451691)의 지원을 받아 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Advanced materials」 (IF 27.4 JCR 분야 상위 2.4%) 최신호에 게재됐다. * (논문명) Fully Transparent and Distortion-Free Monotonically Stretchable Substrate by Nanostructure Alignment [그림 1] (상) 엘라스토머 소재에서 발생하는 인장 시 왜곡 문제와 왜곡 없는 인장 (하) 엘라스토머 소재의 큰 푸아송 비율과 0의 푸아송 비율을 가지고 있는 섬유 일 방향 배향 복합체 [그림 2] (상) SIBS 블록공중합체의 고분자 구조 (하) SIBS 블록공중합체에서 상 분리에 의한 나노구조 형성 [그림 3] 쉬어-롤링 공정을 통한 블록공중합체 나노구조 일방향 배향 [그림 4] (상) 전단압연 SIBS 필름의 기계적 이방성, 투명도, 푸아송 비율 측정 (중),(하) 일반적인 SIBS 필름과 전단압연 SIBS 필름의 인장 시 모양과 이미지 비교

이미지 왜곡 없는 '투명 스트레처블 기판' 개발, 차세대 디스플레이 혁신 기대 - 푸아송 비 극복, 완전 투명하면서 왜곡 없는 무변형 디스플레이 기판 구현 - 전단압연 공정으로 대면적·고투명성 스트레처블 기판 상용화 가능성 제시 차세대 디스플레이 시장에서 주목받고 있는 '탄성을 지닌 디스플레이 소재'는 자유롭게 펼치고 구부릴 수 있다는 장점이 있지만, 기존 소재의 한계로 인해 화면이 일그러지거나 착용감이 떨어지는 문제가 있었다. 일반 탄성체 기판은 한쪽 방향으로 늘리면 수직 방향으로 오그라드는 ‘푸아송 비(Poisson’s ratio)’ 현상 때문에 화면이 왜곡되기 쉽다. 특히 웨어러블 기기처럼 피부와 밀착되는 전자 제품은 늘어나거나 줄어드는 과정에서 주름이 생기거나 피부를 당겨 착용감과 성능이 저하될 위험이 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 손정곤 박사팀과 서울대학교 홍용택 교수팀이 공동으로 ‘푸아송 비’를 극적으로 낮춘 '나노구조 정렬 스트레처블 기판'을 개발했다. 이번 연구는 푸아송 비를 낮추면서도 투명성을 유지해, 화면 왜곡과 빛의 산란 문제를 동시에 해결한 점에서 큰 주목을 받고 있다. 연구진은 두 가지 핵심 아이디어를 결합해 이번 성과를 달성했다. 첫 번째 아이디어로, 고분자 블록이 연결된 블록 공중합체를 활용해 내부 나노 구조를 정렬했다. 이 블록 공중합체는 딱딱한 '폴리스티렌(PS)'과 부드러운 '폴리부틸렌(PIB)'으로 이루어져 있으며, 이를 한 방향으로 배열하면 인장 방향과 수직 방향의 탄성 차이를 극대화해 수축을 감소시킬 수 있다. 기존 탄성체의 푸아송 비는 0.4~0.5 정도인데, 연구진은 늘리는 방향에서도 기판 수직 방향 수축이 거의 없고, 화면 왜곡도 크게 줄어든 푸아송 비 0.07 이하로 낮췄다. 두 번째 아이디어로는 나노 구조를 기판 전체에 고르게 정렬하기 위해 전단압연(Shear-Rolling) 공정을 도입했다. 이는 고온 상태에서 롤러와 스테이지 간 속도 차이를 이용해 균일한 전단력을 가하는 방식이다. 이 공정을 통해 두꺼운 기판에도 나노 구조가 투명도를 저하시키지 않고 안정적으로 정렬되었다. 실험에서는 기판의 가로방향으로 50% 이상 늘렸을 때도 세로 방향 수축이 거의 발생하지 않는 것을 확인했다. 연구진은 개발한 기판을 실제 소자에 적용해 픽셀 배열 변화를 관찰했다. 기존 탄성체 기판은 50% 늘리면 픽셀 간 간격이 들쭉날쭉하거나 세로 픽셀이 붙는 왜곡이 발생했다. 반면, 나노구조 정렬 기판은 픽셀이 고르게 배열되어 이미지가 깨지지 않고, 주름이나 거친 표면이 생기지 않아 투명도도 유지됐다. 개발된 새로운 스트레처블 기판은 차세대 디스플레이, 웨어러블 전자기기, 태양전지 등 다양한 분야의 핵심 소재로 사용될 전망이다. 또한, 이번에 사용된 전단압연 공정은 다른 블록 공중합체나 고분자 필름에도 적용이 가능해 간단한 방식으로 대면적 처리에 적합한 기술로 평가받고 있다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구는 나노구조를 정밀하게 제어하여 왜곡이 없으면서도 완전하게 투명한 스트레쳐블 기판을 개발하는 새로운 방식을 제안하였으며 이를 구현하기 위한 전단압연 기술은 대량생산과 산업화에 쉽게 적용할 수 있다.”라고 말하며, “현재 이 기판을 활용하여 디스플레이 발광 소자를 전사하여 인장 시에도 왜곡 없는 실제 디스플레이 디바이스를 구현하는 연구를 수행중이다”라고 강조했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임) KIST 주요사업, 중견연구자지원사업(2022R1A2B5B02001597) 및 STEAM사업(RS-2024-00451691)의 지원을 받아 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Advanced materials」 (IF 27.4 JCR 분야 상위 2.4%) 최신호에 게재됐다. * (논문명) Fully Transparent and Distortion-Free Monotonically Stretchable Substrate by Nanostructure Alignment [그림 1] (상) 엘라스토머 소재에서 발생하는 인장 시 왜곡 문제와 왜곡 없는 인장 (하) 엘라스토머 소재의 큰 푸아송 비율과 0의 푸아송 비율을 가지고 있는 섬유 일 방향 배향 복합체 [그림 2] (상) SIBS 블록공중합체의 고분자 구조 (하) SIBS 블록공중합체에서 상 분리에 의한 나노구조 형성 [그림 3] 쉬어-롤링 공정을 통한 블록공중합체 나노구조 일방향 배향 [그림 4] (상) 전단압연 SIBS 필름의 기계적 이방성, 투명도, 푸아송 비율 측정 (중),(하) 일반적인 SIBS 필름과 전단압연 SIBS 필름의 인장 시 모양과 이미지 비교

이미지 왜곡 없는 '투명 스트레처블 기판' 개발, 차세대 디스플레이 혁신 기대 - 푸아송 비 극복, 완전 투명하면서 왜곡 없는 무변형 디스플레이 기판 구현 - 전단압연 공정으로 대면적·고투명성 스트레처블 기판 상용화 가능성 제시 차세대 디스플레이 시장에서 주목받고 있는 '탄성을 지닌 디스플레이 소재'는 자유롭게 펼치고 구부릴 수 있다는 장점이 있지만, 기존 소재의 한계로 인해 화면이 일그러지거나 착용감이 떨어지는 문제가 있었다. 일반 탄성체 기판은 한쪽 방향으로 늘리면 수직 방향으로 오그라드는 ‘푸아송 비(Poisson’s ratio)’ 현상 때문에 화면이 왜곡되기 쉽다. 특히 웨어러블 기기처럼 피부와 밀착되는 전자 제품은 늘어나거나 줄어드는 과정에서 주름이 생기거나 피부를 당겨 착용감과 성능이 저하될 위험이 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 손정곤 박사팀과 서울대학교 홍용택 교수팀이 공동으로 ‘푸아송 비’를 극적으로 낮춘 '나노구조 정렬 스트레처블 기판'을 개발했다. 이번 연구는 푸아송 비를 낮추면서도 투명성을 유지해, 화면 왜곡과 빛의 산란 문제를 동시에 해결한 점에서 큰 주목을 받고 있다. 연구진은 두 가지 핵심 아이디어를 결합해 이번 성과를 달성했다. 첫 번째 아이디어로, 고분자 블록이 연결된 블록 공중합체를 활용해 내부 나노 구조를 정렬했다. 이 블록 공중합체는 딱딱한 '폴리스티렌(PS)'과 부드러운 '폴리부틸렌(PIB)'으로 이루어져 있으며, 이를 한 방향으로 배열하면 인장 방향과 수직 방향의 탄성 차이를 극대화해 수축을 감소시킬 수 있다. 기존 탄성체의 푸아송 비는 0.4~0.5 정도인데, 연구진은 늘리는 방향에서도 기판 수직 방향 수축이 거의 없고, 화면 왜곡도 크게 줄어든 푸아송 비 0.07 이하로 낮췄다. 두 번째 아이디어로는 나노 구조를 기판 전체에 고르게 정렬하기 위해 전단압연(Shear-Rolling) 공정을 도입했다. 이는 고온 상태에서 롤러와 스테이지 간 속도 차이를 이용해 균일한 전단력을 가하는 방식이다. 이 공정을 통해 두꺼운 기판에도 나노 구조가 투명도를 저하시키지 않고 안정적으로 정렬되었다. 실험에서는 기판의 가로방향으로 50% 이상 늘렸을 때도 세로 방향 수축이 거의 발생하지 않는 것을 확인했다. 연구진은 개발한 기판을 실제 소자에 적용해 픽셀 배열 변화를 관찰했다. 기존 탄성체 기판은 50% 늘리면 픽셀 간 간격이 들쭉날쭉하거나 세로 픽셀이 붙는 왜곡이 발생했다. 반면, 나노구조 정렬 기판은 픽셀이 고르게 배열되어 이미지가 깨지지 않고, 주름이나 거친 표면이 생기지 않아 투명도도 유지됐다. 개발된 새로운 스트레처블 기판은 차세대 디스플레이, 웨어러블 전자기기, 태양전지 등 다양한 분야의 핵심 소재로 사용될 전망이다. 또한, 이번에 사용된 전단압연 공정은 다른 블록 공중합체나 고분자 필름에도 적용이 가능해 간단한 방식으로 대면적 처리에 적합한 기술로 평가받고 있다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구는 나노구조를 정밀하게 제어하여 왜곡이 없으면서도 완전하게 투명한 스트레쳐블 기판을 개발하는 새로운 방식을 제안하였으며 이를 구현하기 위한 전단압연 기술은 대량생산과 산업화에 쉽게 적용할 수 있다.”라고 말하며, “현재 이 기판을 활용하여 디스플레이 발광 소자를 전사하여 인장 시에도 왜곡 없는 실제 디스플레이 디바이스를 구현하는 연구를 수행중이다”라고 강조했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임) KIST 주요사업, 중견연구자지원사업(2022R1A2B5B02001597) 및 STEAM사업(RS-2024-00451691)의 지원을 받아 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Advanced materials」 (IF 27.4 JCR 분야 상위 2.4%) 최신호에 게재됐다. * (논문명) Fully Transparent and Distortion-Free Monotonically Stretchable Substrate by Nanostructure Alignment [그림 1] (상) 엘라스토머 소재에서 발생하는 인장 시 왜곡 문제와 왜곡 없는 인장 (하) 엘라스토머 소재의 큰 푸아송 비율과 0의 푸아송 비율을 가지고 있는 섬유 일 방향 배향 복합체 [그림 2] (상) SIBS 블록공중합체의 고분자 구조 (하) SIBS 블록공중합체에서 상 분리에 의한 나노구조 형성 [그림 3] 쉬어-롤링 공정을 통한 블록공중합체 나노구조 일방향 배향 [그림 4] (상) 전단압연 SIBS 필름의 기계적 이방성, 투명도, 푸아송 비율 측정 (중),(하) 일반적인 SIBS 필름과 전단압연 SIBS 필름의 인장 시 모양과 이미지 비교

이미지 왜곡 없는 '투명 스트레처블 기판' 개발, 차세대 디스플레이 혁신 기대 - 푸아송 비 극복, 완전 투명하면서 왜곡 없는 무변형 디스플레이 기판 구현 - 전단압연 공정으로 대면적·고투명성 스트레처블 기판 상용화 가능성 제시 차세대 디스플레이 시장에서 주목받고 있는 '탄성을 지닌 디스플레이 소재'는 자유롭게 펼치고 구부릴 수 있다는 장점이 있지만, 기존 소재의 한계로 인해 화면이 일그러지거나 착용감이 떨어지는 문제가 있었다. 일반 탄성체 기판은 한쪽 방향으로 늘리면 수직 방향으로 오그라드는 ‘푸아송 비(Poisson’s ratio)’ 현상 때문에 화면이 왜곡되기 쉽다. 특히 웨어러블 기기처럼 피부와 밀착되는 전자 제품은 늘어나거나 줄어드는 과정에서 주름이 생기거나 피부를 당겨 착용감과 성능이 저하될 위험이 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 손정곤 박사팀과 서울대학교 홍용택 교수팀이 공동으로 ‘푸아송 비’를 극적으로 낮춘 '나노구조 정렬 스트레처블 기판'을 개발했다. 이번 연구는 푸아송 비를 낮추면서도 투명성을 유지해, 화면 왜곡과 빛의 산란 문제를 동시에 해결한 점에서 큰 주목을 받고 있다. 연구진은 두 가지 핵심 아이디어를 결합해 이번 성과를 달성했다. 첫 번째 아이디어로, 고분자 블록이 연결된 블록 공중합체를 활용해 내부 나노 구조를 정렬했다. 이 블록 공중합체는 딱딱한 '폴리스티렌(PS)'과 부드러운 '폴리부틸렌(PIB)'으로 이루어져 있으며, 이를 한 방향으로 배열하면 인장 방향과 수직 방향의 탄성 차이를 극대화해 수축을 감소시킬 수 있다. 기존 탄성체의 푸아송 비는 0.4~0.5 정도인데, 연구진은 늘리는 방향에서도 기판 수직 방향 수축이 거의 없고, 화면 왜곡도 크게 줄어든 푸아송 비 0.07 이하로 낮췄다. 두 번째 아이디어로는 나노 구조를 기판 전체에 고르게 정렬하기 위해 전단압연(Shear-Rolling) 공정을 도입했다. 이는 고온 상태에서 롤러와 스테이지 간 속도 차이를 이용해 균일한 전단력을 가하는 방식이다. 이 공정을 통해 두꺼운 기판에도 나노 구조가 투명도를 저하시키지 않고 안정적으로 정렬되었다. 실험에서는 기판의 가로방향으로 50% 이상 늘렸을 때도 세로 방향 수축이 거의 발생하지 않는 것을 확인했다. 연구진은 개발한 기판을 실제 소자에 적용해 픽셀 배열 변화를 관찰했다. 기존 탄성체 기판은 50% 늘리면 픽셀 간 간격이 들쭉날쭉하거나 세로 픽셀이 붙는 왜곡이 발생했다. 반면, 나노구조 정렬 기판은 픽셀이 고르게 배열되어 이미지가 깨지지 않고, 주름이나 거친 표면이 생기지 않아 투명도도 유지됐다. 개발된 새로운 스트레처블 기판은 차세대 디스플레이, 웨어러블 전자기기, 태양전지 등 다양한 분야의 핵심 소재로 사용될 전망이다. 또한, 이번에 사용된 전단압연 공정은 다른 블록 공중합체나 고분자 필름에도 적용이 가능해 간단한 방식으로 대면적 처리에 적합한 기술로 평가받고 있다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구는 나노구조를 정밀하게 제어하여 왜곡이 없으면서도 완전하게 투명한 스트레쳐블 기판을 개발하는 새로운 방식을 제안하였으며 이를 구현하기 위한 전단압연 기술은 대량생산과 산업화에 쉽게 적용할 수 있다.”라고 말하며, “현재 이 기판을 활용하여 디스플레이 발광 소자를 전사하여 인장 시에도 왜곡 없는 실제 디스플레이 디바이스를 구현하는 연구를 수행중이다”라고 강조했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임) KIST 주요사업, 중견연구자지원사업(2022R1A2B5B02001597) 및 STEAM사업(RS-2024-00451691)의 지원을 받아 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Advanced materials」 (IF 27.4 JCR 분야 상위 2.4%) 최신호에 게재됐다. * (논문명) Fully Transparent and Distortion-Free Monotonically Stretchable Substrate by Nanostructure Alignment [그림 1] (상) 엘라스토머 소재에서 발생하는 인장 시 왜곡 문제와 왜곡 없는 인장 (하) 엘라스토머 소재의 큰 푸아송 비율과 0의 푸아송 비율을 가지고 있는 섬유 일 방향 배향 복합체 [그림 2] (상) SIBS 블록공중합체의 고분자 구조 (하) SIBS 블록공중합체에서 상 분리에 의한 나노구조 형성 [그림 3] 쉬어-롤링 공정을 통한 블록공중합체 나노구조 일방향 배향 [그림 4] (상) 전단압연 SIBS 필름의 기계적 이방성, 투명도, 푸아송 비율 측정 (중),(하) 일반적인 SIBS 필름과 전단압연 SIBS 필름의 인장 시 모양과 이미지 비교

이미지 왜곡 없는 '투명 스트레처블 기판' 개발, 차세대 디스플레이 혁신 기대 - 푸아송 비 극복, 완전 투명하면서 왜곡 없는 무변형 디스플레이 기판 구현 - 전단압연 공정으로 대면적·고투명성 스트레처블 기판 상용화 가능성 제시 차세대 디스플레이 시장에서 주목받고 있는 '탄성을 지닌 디스플레이 소재'는 자유롭게 펼치고 구부릴 수 있다는 장점이 있지만, 기존 소재의 한계로 인해 화면이 일그러지거나 착용감이 떨어지는 문제가 있었다. 일반 탄성체 기판은 한쪽 방향으로 늘리면 수직 방향으로 오그라드는 ‘푸아송 비(Poisson’s ratio)’ 현상 때문에 화면이 왜곡되기 쉽다. 특히 웨어러블 기기처럼 피부와 밀착되는 전자 제품은 늘어나거나 줄어드는 과정에서 주름이 생기거나 피부를 당겨 착용감과 성능이 저하될 위험이 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 손정곤 박사팀과 서울대학교 홍용택 교수팀이 공동으로 ‘푸아송 비’를 극적으로 낮춘 '나노구조 정렬 스트레처블 기판'을 개발했다. 이번 연구는 푸아송 비를 낮추면서도 투명성을 유지해, 화면 왜곡과 빛의 산란 문제를 동시에 해결한 점에서 큰 주목을 받고 있다. 연구진은 두 가지 핵심 아이디어를 결합해 이번 성과를 달성했다. 첫 번째 아이디어로, 고분자 블록이 연결된 블록 공중합체를 활용해 내부 나노 구조를 정렬했다. 이 블록 공중합체는 딱딱한 '폴리스티렌(PS)'과 부드러운 '폴리부틸렌(PIB)'으로 이루어져 있으며, 이를 한 방향으로 배열하면 인장 방향과 수직 방향의 탄성 차이를 극대화해 수축을 감소시킬 수 있다. 기존 탄성체의 푸아송 비는 0.4~0.5 정도인데, 연구진은 늘리는 방향에서도 기판 수직 방향 수축이 거의 없고, 화면 왜곡도 크게 줄어든 푸아송 비 0.07 이하로 낮췄다. 두 번째 아이디어로는 나노 구조를 기판 전체에 고르게 정렬하기 위해 전단압연(Shear-Rolling) 공정을 도입했다. 이는 고온 상태에서 롤러와 스테이지 간 속도 차이를 이용해 균일한 전단력을 가하는 방식이다. 이 공정을 통해 두꺼운 기판에도 나노 구조가 투명도를 저하시키지 않고 안정적으로 정렬되었다. 실험에서는 기판의 가로방향으로 50% 이상 늘렸을 때도 세로 방향 수축이 거의 발생하지 않는 것을 확인했다. 연구진은 개발한 기판을 실제 소자에 적용해 픽셀 배열 변화를 관찰했다. 기존 탄성체 기판은 50% 늘리면 픽셀 간 간격이 들쭉날쭉하거나 세로 픽셀이 붙는 왜곡이 발생했다. 반면, 나노구조 정렬 기판은 픽셀이 고르게 배열되어 이미지가 깨지지 않고, 주름이나 거친 표면이 생기지 않아 투명도도 유지됐다. 개발된 새로운 스트레처블 기판은 차세대 디스플레이, 웨어러블 전자기기, 태양전지 등 다양한 분야의 핵심 소재로 사용될 전망이다. 또한, 이번에 사용된 전단압연 공정은 다른 블록 공중합체나 고분자 필름에도 적용이 가능해 간단한 방식으로 대면적 처리에 적합한 기술로 평가받고 있다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구는 나노구조를 정밀하게 제어하여 왜곡이 없으면서도 완전하게 투명한 스트레쳐블 기판을 개발하는 새로운 방식을 제안하였으며 이를 구현하기 위한 전단압연 기술은 대량생산과 산업화에 쉽게 적용할 수 있다.”라고 말하며, “현재 이 기판을 활용하여 디스플레이 발광 소자를 전사하여 인장 시에도 왜곡 없는 실제 디스플레이 디바이스를 구현하는 연구를 수행중이다”라고 강조했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임) KIST 주요사업, 중견연구자지원사업(2022R1A2B5B02001597) 및 STEAM사업(RS-2024-00451691)의 지원을 받아 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Advanced materials」 (IF 27.4 JCR 분야 상위 2.4%) 최신호에 게재됐다. * (논문명) Fully Transparent and Distortion-Free Monotonically Stretchable Substrate by Nanostructure Alignment [그림 1] (상) 엘라스토머 소재에서 발생하는 인장 시 왜곡 문제와 왜곡 없는 인장 (하) 엘라스토머 소재의 큰 푸아송 비율과 0의 푸아송 비율을 가지고 있는 섬유 일 방향 배향 복합체 [그림 2] (상) SIBS 블록공중합체의 고분자 구조 (하) SIBS 블록공중합체에서 상 분리에 의한 나노구조 형성 [그림 3] 쉬어-롤링 공정을 통한 블록공중합체 나노구조 일방향 배향 [그림 4] (상) 전단압연 SIBS 필름의 기계적 이방성, 투명도, 푸아송 비율 측정 (중),(하) 일반적인 SIBS 필름과 전단압연 SIBS 필름의 인장 시 모양과 이미지 비교

이미지 왜곡 없는 '투명 스트레처블 기판' 개발, 차세대 디스플레이 혁신 기대 - 푸아송 비 극복, 완전 투명하면서 왜곡 없는 무변형 디스플레이 기판 구현 - 전단압연 공정으로 대면적·고투명성 스트레처블 기판 상용화 가능성 제시 차세대 디스플레이 시장에서 주목받고 있는 '탄성을 지닌 디스플레이 소재'는 자유롭게 펼치고 구부릴 수 있다는 장점이 있지만, 기존 소재의 한계로 인해 화면이 일그러지거나 착용감이 떨어지는 문제가 있었다. 일반 탄성체 기판은 한쪽 방향으로 늘리면 수직 방향으로 오그라드는 ‘푸아송 비(Poisson’s ratio)’ 현상 때문에 화면이 왜곡되기 쉽다. 특히 웨어러블 기기처럼 피부와 밀착되는 전자 제품은 늘어나거나 줄어드는 과정에서 주름이 생기거나 피부를 당겨 착용감과 성능이 저하될 위험이 있다. 한국과학기술연구원(KIST, 원장 오상록) 손정곤 박사팀과 서울대학교 홍용택 교수팀이 공동으로 ‘푸아송 비’를 극적으로 낮춘 '나노구조 정렬 스트레처블 기판'을 개발했다. 이번 연구는 푸아송 비를 낮추면서도 투명성을 유지해, 화면 왜곡과 빛의 산란 문제를 동시에 해결한 점에서 큰 주목을 받고 있다. 연구진은 두 가지 핵심 아이디어를 결합해 이번 성과를 달성했다. 첫 번째 아이디어로, 고분자 블록이 연결된 블록 공중합체를 활용해 내부 나노 구조를 정렬했다. 이 블록 공중합체는 딱딱한 '폴리스티렌(PS)'과 부드러운 '폴리부틸렌(PIB)'으로 이루어져 있으며, 이를 한 방향으로 배열하면 인장 방향과 수직 방향의 탄성 차이를 극대화해 수축을 감소시킬 수 있다. 기존 탄성체의 푸아송 비는 0.4~0.5 정도인데, 연구진은 늘리는 방향에서도 기판 수직 방향 수축이 거의 없고, 화면 왜곡도 크게 줄어든 푸아송 비 0.07 이하로 낮췄다. 두 번째 아이디어로는 나노 구조를 기판 전체에 고르게 정렬하기 위해 전단압연(Shear-Rolling) 공정을 도입했다. 이는 고온 상태에서 롤러와 스테이지 간 속도 차이를 이용해 균일한 전단력을 가하는 방식이다. 이 공정을 통해 두꺼운 기판에도 나노 구조가 투명도를 저하시키지 않고 안정적으로 정렬되었다. 실험에서는 기판의 가로방향으로 50% 이상 늘렸을 때도 세로 방향 수축이 거의 발생하지 않는 것을 확인했다. 연구진은 개발한 기판을 실제 소자에 적용해 픽셀 배열 변화를 관찰했다. 기존 탄성체 기판은 50% 늘리면 픽셀 간 간격이 들쭉날쭉하거나 세로 픽셀이 붙는 왜곡이 발생했다. 반면, 나노구조 정렬 기판은 픽셀이 고르게 배열되어 이미지가 깨지지 않고, 주름이나 거친 표면이 생기지 않아 투명도도 유지됐다. 개발된 새로운 스트레처블 기판은 차세대 디스플레이, 웨어러블 전자기기, 태양전지 등 다양한 분야의 핵심 소재로 사용될 전망이다. 또한, 이번에 사용된 전단압연 공정은 다른 블록 공중합체나 고분자 필름에도 적용이 가능해 간단한 방식으로 대면적 처리에 적합한 기술로 평가받고 있다. KIST 손정곤 박사는 “본 연구는 나노구조를 정밀하게 제어하여 왜곡이 없으면서도 완전하게 투명한 스트레쳐블 기판을 개발하는 새로운 방식을 제안하였으며 이를 구현하기 위한 전단압연 기술은 대량생산과 산업화에 쉽게 적용할 수 있다.”라고 말하며, “현재 이 기판을 활용하여 디스플레이 발광 소자를 전사하여 인장 시에도 왜곡 없는 실제 디스플레이 디바이스를 구현하는 연구를 수행중이다”라고 강조했다. 본 연구는 과학기술정보통신부(장관 유상임) KIST 주요사업, 중견연구자지원사업(2022R1A2B5B02001597) 및 STEAM사업(RS-2024-00451691)의 지원을 받아 수행됐다. 이번 연구 성과는 국제 학술지 「Advanced materials」 (IF 27.4 JCR 분야 상위 2.4%) 최신호에 게재됐다. * (논문명) Fully Transparent and Distortion-Free Monotonically Stretchable Substrate by Nanostructure Alignment [그림 1] (상) 엘라스토머 소재에서 발생하는 인장 시 왜곡 문제와 왜곡 없는 인장 (하) 엘라스토머 소재의 큰 푸아송 비율과 0의 푸아송 비율을 가지고 있는 섬유 일 방향 배향 복합체 [그림 2] (상) SIBS 블록공중합체의 고분자 구조 (하) SIBS 블록공중합체에서 상 분리에 의한 나노구조 형성 [그림 3] 쉬어-롤링 공정을 통한 블록공중합체 나노구조 일방향 배향 [그림 4] (상) 전단압연 SIBS 필름의 기계적 이방성, 투명도, 푸아송 비율 측정 (중),(하) 일반적인 SIBS 필름과 전단압연 SIBS 필름의 인장 시 모양과 이미지 비교