ETRI 그래핀 이용, 휘는 디스플레이 투명전극 개발
ETRI는 면저항·투과도 특성을 동시에 제어 가능한 4인치 크기의 대면적·고품질의 그래핀 합성기술을 개발, 사이언티픽 리포트(Scientific Report)에 지난 15일자로 게재되었다.
연필심의 재료인 흑연 한 개 층을 말하는 ‘그래핀’은 탄소원자들이 벌집모양으로 배열된 얇은 막 형태의 나노소재로 두께가 0.3nm(나노) 크기다. 사람 머리카락 두께의 1백만분의 1 수준이다. 전기가 잘 전달되는 전도성, 높은 투과도, 우수한 유연성 등의 특성을 가지고 있다.
현재 휘어지는 디스플레이에는 주로 인듐 주석 산화물(ITO)이 많이 쓰인다. 하지만 ITO는 소재의 한계성과 휠 때 깨짐현상 등의 문제점이 있다.
이의 대체재로 급부상 중인 것이 그래핀, 메탈 메쉬(Metal mesh), 나노와이어(Nano wire) 등이 있다. ETRI는 지난 7일, 나노와이어에 이어 그래핀을 투명전극으로 적용하는데 성공했다.
그동안 그래핀은 원자 한 층의 두께로 인해 투과도면에서는 우수한 특성을 보여주었지만 면저항을 낮추는데는 어려움이 있어 왔다. 면저항이 높으면 전기 전도도가 좋지 않아 디스플레이를 터치 할 때 정확한 위치에 잘 눌러지지 않으며, 높은 전압이 요구되는 단점이 있어왔다.
이에 따라 그동안 그래핀 촉매로 구리(Cu)를 이용해 왔었는데 이런 문제점 해결을 위해 ETRI 연구진은 니켈(Ni)을 같이 사용, 구리-니켈 합금 메탈 촉매를 이용해 그래핀을 합성하였다.
ETRI가 성공한 그래핀 합성법은 구리-니켈 합금 메탈 촉매의 비율을 제어해 목적에 맞는 면저항·투과도 특성을 가지는 대면적 고품질 그래핀을 합성하는 기술이다. 기존 단일층 그래핀을 반복적으로 적층하는 방법을 통해 원하는 특성의 다층 그래핀을 형성하는 방법에 비해 공정상의 효율과 수율 면에서 큰 장점을 가지고 있다.
따라서 본 기술이 투명전극으로 활용되어 패터닝을 통해 증착하면 바로 원하는 투과도와 면저항을 자유롭게 만들 수 있게 된다. 최근 각광받는 투명하고 유연한 웨어러블 디바이스에 응용 가능한 투명전극 시트를 원하는 특성, 크기, 디자인으로 적용 가능한 최신 나노 소재 기술이다.
향후 본 기술은 휠 수 있는 디스플레이나 전극이 사용되는 태양전지, 각종 단말기기 등에 널리 쓰일 수 있게 될 전망이다.
본 기술의 연구책임자인 ETRI 최춘기 박사는 “현재 수준은 투과도는 좋지만 면저항이 커서 화학물질이나 금속입자를 넣어 결함을 없애고 면저항을 낮추는 연구가 추가적으로 필요하다. 저가의 터치패널 제조사와 기술이전을 협의중에 있는데 빠른 상용화를 위해 노력하겠다”고 말했다.
ETRI, 위성통신 시스템 상용화 수준 개발
ETRI는 20Mbps급 초소형기지국(VSAT) 및 단말기 통합 위성 시스템 개발에 성공했다.
또한, ETRI와 공동개발업체인 ㈜넷커스터마이즈는 지난달 7일부터 10일간 Ka 대역 천리안 위성을 이용, 캠코더 영상 및 CCTV 등 영상전송 시험과 인터넷 전화, 인터넷 접속 등 다양한 위성전송 시험을 통해 기술 검증을 완료했다.
ETRI는 통신 모뎀과 접속절차 핵심기술을 ㈜넷커스터마이즈는 상용급 초소형기지국(VSAT) 시스템 제품을 개발했다.
현재, 날씨에 따라 적응형 전송이 가능한 위성통신기술은 미국의 아이다이렉트(iDirect)와 유럽의 뉴텍(Newtec) 등의 일부 기업만 보유한 첨단기술로, 국내 위성 산업체는 신규 위성통신 시장 진입에 어려움을 겪어왔다.
하지만, 이번에 ETRI와 ㈜넷커스터마이즈가 공동 개발한 시스템은 날씨에 따라 전송방식 뿐만 아니라 전송속도까지 변경이 가능하여 통신의 효율성 및 위성망 안정성을 더욱 높였다.
즉 날씨가 좋을 때, 구름이 끼었을 때, 비가 올 때 등 기상상황에 따라 전송속도와 전송방식을 바꿀 수 있다.
또한, 본 시스템은 위성 통신이 끊기지 않고 안정적으로 서비스가 가능해, Ka 대역에서도 날씨와 상관없이 연간 위성서비스 가용율을 99.9% 이상 향상시킬 수 있다.
연구진은 위성과의 전송속도도 기존 1세대의 최대 송신 속도 4Mbps 수준을 20Mbps 급으로 업그레이드 시켰다. 본 송신 속도는 10메가 용량의 동영상을 4초에 보낼 수 있는 수준이다. 통신방식은 시분할 다중접속(TDMA) 방식이다.
본 연구는 미래창조과학부의 ‘적응형 위성방송통신 전송기술 개발’ 과제로 2014년부터 2년간 ㈜넷커스터마이즈와 공동으로 진행되었으며, 논문 52건, 기술이전 4건, 특허 28건을 출원하였다.
ETRI 오덕길 위성방송통신연구실장은 “외산 장비 의존도가 높은 국내 위성 초소형기지국(VSAT) 시장에서 위성통신 시스템 전체를 100% 국산화하여 관련 기술을 확보했다는 점에서 의미가 크다”고 설명했다.
한편, ETRI는 본 시스템이 긴급재난 구호에 유익할 것으로 내다봐 관련기관 및 통신사, 위성통신 장비 제조업체 등에 추가 기술이전 한다는 계획이다.
연구진은 향후 위성 무선 연동 및 단말 대 단말 간 통신 기능 보완과 주파수 대역 효율화, 대역확산 기술 등의 후속 연구를 진행할 예정이다. 아울러 ETRI의 통신관련 핵심 원천기술과 연동, 재난이나 통신망 붕괴에 대비, 새로운 통신방식의 결합을 통한 기술 경쟁력 강화에도 힘쓰고 있다.
ETRI는 지난해 ㈜넷커스터마이즈에 중소기업 지원 프로그램을 통해 연구원을 파견, 산업체의 조기 상용화를 위한 기술지원을 한 바 있으며, 향후 다양한 위성접속 기술, 저전력 전송 기술 분야도 지속적인 기술협력을 추진할 예정이다.
