그래핀 액정 배열의 비밀, 국내 연구진이 풀었다
그래핀 액정 배열의 비밀, 국내 연구진이 풀었다
  • 김진솔
  • 승인 2018.08.20 12:10
  • 조회수 3819
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국내 연구팀이 그래핀을 이용해 배향막이 필요 없는 LCD 기술의 길을 열었다는 소식입니다. 한국연구재단은 성균관대학교의 송장근 교수와 황동목 교수, 그리고 아주대학교 이재현 교수 공동연구팀이 단결정 그래핀 전극 위에서 액정 분자의 배열 방향이 결정되는 원리를 규명했다고 밝혔습니다.

 

그래핀의 시대가 다가오고 있습니다. 출처: fotolia
그래핀의 시대가 다가오고 있습니다. 출처: fotolia

투명하고 유연하며 전기전도성도 뛰어난 그래핀 전극을 액정 디스플레이(LCD)에 적용하는 시도가 활발합니다. 그래핀 위에 액정을 코팅하면 막대모양의 액정 분자들은 한 방향으로 배열되는 특징이 있다고 알려져 있습니다. 액정을 씻어내고 다시 코팅해도 여전히 같은 방향으로만 배열되죠.

 

이론상 액정 배열은 세 가지 방향이 가능합니다. 그러나 실제로는 그 중에서 한 방향으로만 배열됩니다. 그리고 액정을 코팅해보기 전에 액정 배열 방향을 예측할 수 없었기 때문에 응용기술 개발도 이루어지기 어려웠는데요.

 

연구팀은 액정 배열 방향이, 액정과 그래핀 표면이 최초로 만나는 순간의 액정 분자 방향에 의해 결정된다는 것을 밝혔습니다.

 

그래핀 액정 배열 원리 출처: 한국연구재단
그래핀 액정 배열 원리. 출처: 한국연구재단

기존 한 방향으로만 배열되는 실험 결과들은 그래핀 표면의 이물질에 따른 오류였으며, 청결도가 매우 높은 순수 그래핀 위에서는 세 방향으로 액정 배열 확률이 동일하다는 점이 증명됐습니다.

 

액정 배열 상태를 확인함으로써 그래핀 표면의 청결도를 판단할 수도 있습니다. 그래핀에 붙는 이물질의 양이 극히 작아 일반적인 방법으로는 그래핀 청결도를 측정할 수 없었던 문제를 해결했습니다.

 

또한 연구팀은 대면적 단결정 그래핀에서 원하는 방향으로 균일한 액정 배열을 얻는 기술을 개발해 LCD 소자에 적용했습니다. 그래핀 전극이 배향막 기능을 담당하므로 별도의 배향막으로 인한 화질저하 현상을 방지하고, 공정단계도 획기적으로 줄일 수 있습니다.

 

뿐만 아니라 단순한 스탬핑 방법을 이용해 그래핀 위의 복잡한 구조의 액정 배열을 다른 그래핀 기판으로 옮기는 액정 배열 복제 기술도 시연했습니다.

 

연구를 주도한 송장근 교수 연구팀은 산화그래핀 액정을 이용한 디스플레이 기술을 최초로 개발한 이력이 있고, 황동목 교수‧이재현 교수는 대면적 단결정 그래핀을 최초로 합성한 연구팀입니다. 이 연구는 재료과학 분야 국제학술지 <어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)>에 8월 2일자로 게재됐습니다.

 

##참고자료##

 

Shen, Tian‐Zi, et al. "Selectivity of Threefold Symmetry in Epitaxial Alignment of Liquid Crystal Molecules on Macroscale Single‐Crystal Graphene." Advanced Materials (2018): 1802441.



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