압력강도까지 감지하는 3D 터치스크린 기술 개발

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국내 연구진이 큰 면적의 투명전극과 이를 이용해 압력 강도까지 감지하는 3D 터치스크린 기술을 개발했습니다.

투명하고 유연한 전극 소재 “은 나노와이어(silver Nanowire)”를 규칙적으로 정렬시켜 개발한 큰 면적(대면적·20×20㎝ 이상)의 투명전극이 그 기반이 됐습니다.

울산과학기술원(UNIST) 에너지 및 화학공학부의 고현협 교수팀은 미국 듀크대의 스테픈 크래익(Stephene L. Craig) 교수팀과 공동으로 은 나노와이어로 이뤄진 “플렉시블 역학변색형 압력감지 터치스크린”을 개발했다고 18일 밝혔습니다.

이 터치스크린은 누르는 힘의 위치뿐 아니라 강도까지 감지할 수 있는 3차원 압력 센서를 기반으로 합니다.

특히, 사용자의 누르는 강도와 필기 패턴까지 인식해 이를 색깔의 진하기로 나타낼 수 있는 기술을 담았습니다.

지금까지 나온 터치스크린은 손으로 화면을 누르기만 하지만, 이번에 개발된 3D 터치스크린은 누르는 힘의 차이를 감지하고 화면 색깔도 달라집니다.

일반 터치스크린이 할 수 없는 보안 분야를 비롯한 다양한 분야에서 기능을 활용할 수 있을 것이라는 전망입니다.

이는 최근 주목받는 다기능 플랙시블 전자기기나 광전자 소자 시장 등의 분야에 응용이 가능한 기술이라는 평가입니다.

연구팀이 개발한 플렉시블 역학변색형 압력감지 터치스크린은 큰 면적에 교차 정렬된 은 나노와이어 기반의 투명전극과 힘을 받으면 색깔이 변하는 역학변색형(mechanochnromic) 고분자를 결합한 구조입니다.

은 나노와이어는 단면 지름이 나노미터(㎚) 단위인 아주 작은 선입니다.

이 물질은 유연하면서 전도성이 뛰어나 투명전극의 재료로 주목받습니다. 하지만 그동안 은 나노와이어를 제어하기가 까다로워 큰 면적으로 균일한(uniform) 필름을 만들기는 어려웠습니다.

고 교수팀은 이런 한계를 극복하기 위해 산업계 인쇄 공정에서 이용되는 “바 코팅 방법”을 활용해 은 나노와이어를 규칙적으로 교차 정렬시키는 기술을 개발한 것입니다.

이 기술로 만든 가로세로 각 20cm인 큰 면적의 은 나노와이어 기반 투명전극은 전기가 잘 통하고 투명하며, 매끄러운 표면을 가집니다.

조승세 UNIT 에너지 및 화학공학부 석·박사통합과정 연구원은 “기존 기술 나노와이어 투명전극 제조법은 무질서하고 불균일한 필름을 만드는 데 그쳤고 대면적화도 어려웠다”며 “이번 기술은 상용화된 바 코팅 기술을 응용해 대면적 은 나노와이어 필름을 쉽고 빠르게 제조할 수 있다”고 설명했습니다.

공동 제1저자인 강세원 UNIST 에너지 및 화학공학부 박사과정 연구원은 “사람이 터치스크린에 글씨를 쓸 때 누르는 접촉 강도를 정밀하게 인식해 사람마다 다른 필기 패턴을 분석할 수 있다”고 했습니다.

고 교수는 “바 코팅에 기반한 대면적 은 나노와이어 정렬 기술은 산업계에서 겪고 있는 은 나노와이어 투명전극의 한계를 획기적으로 극복한 만큼 상용화를 앞당길 원천기술이 될 것”이라며 “누르는 힘과 위치를 동시에 인식하는 3차원 터치스크린 개발은 중요한 미래 기술이 될 것”이라고 전망했습니다.

연구 성과는 나노공학 분야 국제 학술지 에이씨에스 나노(ACS Nano) 최신호에 발표됐습니다.
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