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문제 정의
- 본 연구의 목적은 유연 광섬유 직물 디스플레이의 구현 방식을 연구하는 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 첫째, 유연 광섬유의 가공방법, 직물의 디스플레이 반사구조, 광원 색채에 따른 고유 휘도를 분석하고 이를 토대로 둘째, 발광효과가 높은 광섬유 직물 디스플레이의 최적의 조건을 도출하고자 한다.
- 본 연구의 의의는 유연 광섬유를 적용한 직물 디스플레이의 구현 조건을 연구함으로써 발광기능 스마트 포토닉 의류 영역의 응용 자료를 제시한 것에 있다.
제안 방법
- 한편 배면소재 변인은 광섬유 직물의 아래층에 제 2 레이어를 설치하여 반사효과를 일으키는 방식을 의미하며, 본 연구에서는 배면소재로서 ‘백색 직물(White Fabric)’과 ‘재귀반사 직물(Reflective Fabric)’을 사용한 두 경우를 비교하였다. 광원 색채는 RGB(Red, Green, Blue)의 3가지 색채로 구성하여 휘도값을 비교함으로써, 유연 광섬유 가공방법과 배면소재에 따른 휘도값 차이를 3개 광원 색채별로 비교 분석하였다.
- 83cd/㎡를 유지하였다. 광원의 색채는 Red, Green, Blue의 3가지였고, 측정점은 시료의 가로방향으로 위, 아래를 등분한 정중앙의 선 위에 2cm 간격으로 5개점의 점을 마킹하였다. 광원 반대쪽 끝부터 1cm 지점을 no.
- 본 연구에서는 유연 광섬유의 가공방법, 직물의 디스플레이 반사구조, 광원 색채에 따른 고유 휘도를 비교·분석하였다.
- 시료의 유형은 표 1에서와 같이 광섬유 가공방법(2가지) 및 배면소재(2가지)에 따라 총 4가지(2×2)로 구성되었다.
- 자료 분석은 직물화 요건에 따른 유연 광섬유 직물의 발광효과를 휘도값(cd/㎡)을 통하여 비교하였으며, 이러한 비교를 통해 가장 높은 발광효과를 보이는 유연 광섬유의 직물화 방식을 도출하였다. 이를 위해 각 직물화 요건에 따른 유연 광섬유 직물의 휘도값의 산술평균을 산출하였다.
- 이를 위해 본 연구에서는 첫째, 유연 광섬유의 가공방법, 직물의 디스플레이 반사구조, 광원 색채에 따른 고유 휘도를 분석하고 이를 토대로 둘째, 발광효과가 높은 광섬유 직물 디스플레이의 최적의 조건을 도출하고자 한다.
- 이상의 각도에 따른 휘도 결과를 토대로 'C, I, N, O, S'의 6개의 알파벳의 밝기 특성을 도출하고 유연 광섬유 자수를 적용한 스마트 의류용 로고 디자인의 사례를 제시하였다(김남희, 2012).
- 자료 분석은 직물화 요건에 따른 유연 광섬유 직물의 발광효과를 휘도값(cd/㎡)을 통하여 비교하였으며, 이러한 비교를 통해 가장 높은 발광효과를 보이는 유연 광섬유의 직물화 방식을 도출하였다. 이를 위해 각 직물화 요건에 따른 유연 광섬유 직물의 휘도값의 산술평균을 산출하였다.
- 한편 배면소재 변인은 광섬유 직물의 아래층에 제 2 레이어를 설치하여 반사효과를 일으키는 방식을 의미하며, 본 연구에서는 배면소재로서 ‘백색 직물(White Fabric)’과 ‘재귀반사 직물(Reflective Fabric)’을 사용한 두 경우를 비교하였다.
대상 데이터
- 광원은 RGBW(Red, Green, Blue, White)의 총 4가지 LED를 사용하였다. 이 광원은 RGB 및 RGB의 혼합색채인 W(White)까지 4개 색이 표현 가능한 칩 타입으로 광원의 세부 사양은 표 3과 같다.
- 직물조직은 위사주자직으로 경사 1올에 광섬유사 3올의 1:3 비율로 제직되었다. 시료의 가로방향 길이는 10cm, 세로방향 길이는 2.5cm이다(그림 5).
- 시료의 경사는 레이온 50%, Silk Acryl 50%의 혼용률로 90데니어 2합의 레이온사를 사용하였고 위사는 직경 0.25mm인 유연 광섬유사를 사용하였다. 직물조직은 위사주자직으로 경사 1올에 광섬유사 3올의 1:3 비율로 제직되었다.
- 측정기기는 휘도계(Minolta CS-200)와 Data Management Software용 CS-S10w Professional Ver.1.5(Konica Minolta)를 사용하여 휘도값(단위: cd/㎡)을 측정하였다(그림 6). 측정은 1초마다 5번 측정 후 자동으로 평균값을 산출하는 KS C 7613 방법을 실시하였으며, 실험실 내 휘도는 약간 어두우나 시각적으로 물체 식별이 가능한 정도인 2.
성능/효과
- ‘직물화전 에칭’ב백색 직물 배면’(Pre-WT) 요건의 광원 색채별 발광효과를 분석한 결과, ‘직물화후 에칭(Post)’을 적용한 두 경우(Post-RF, Post-WF)(그림 11, 12)와 ‘직물화전 에칭’ב재귀반사 직물 배면’(Pre-RF)(그림 13) 요건과 마찬가지로 가장 높은 휘도를 보인 광원 색채는 Green으로 나타났다.
- ‘직물화전 에칭’ב재귀반사 직물 배면’(Pre-RF) 요건의 광원 색채별 발광효과를 분석한 결과, ‘직물화후 에칭(Post)’을 적용한 두 경우(Post-RF, Post-WF)와 마찬가지로 가장 높은 휘도를 보인 광원 색채는 Green으로 나타났다.
- 3개의 측정점에서 Blue 광원의 휘도가 Red 광원의 휘도보다 더 높은 값을 보여 ‘직물화후 에칭’을 적용한 두 경우(Post-RF, Post-WF)(그림 11, 12)와는 차이를 보였다(그림 14).
- 8cm ~ 16cm 길이와 80º ~ 100º 각도인 조건에서 유연 광섬유 자수는 적절한 휘도를 유지하면서 비교적 고른 밝기 특성을 나타내어 의류용 로고 디자인에 적합한 것으로 분석되었다.
- 가장 고휘도인 Green 광원의 경우 직물화 요건별 발광효과를 비교한 결과, Red 광원과 마찬가지로 ‘직물화후 에칭(Post)’을 적용한 두 경우(Post-RF, Post-WF)가 나머지 ‘직물화전 에칭(Pre)’을 적용한 두 경우(Pre-RF, Pre-WF)에 비하여 전반적으로 더 높은 휘도값을 나타내었다(그림 9).
- 각 광원 색채별 휘도의 산술평균을 기준으로 볼 때, Green(4.82cd/㎡), Red(2.77cd/㎡), Blue(2.62cd/㎡) 광원의 순위로 높은 휘도값을 보였으나, ‘직물화후 에칭(Post)’을 적용한 두 경우(Post-RF, Post-WF)(그림 11, 12)에 비해 Red와 Blue 광원간 산술평균기준 휘도값의 차이가 비교적 작게 나타났다.
- 각 광원 색채별 휘도의 산술평균을 기준으로 볼 때, Green(4.85cd/㎡), Blue(2.91cd/㎡), Red(2.71cd/㎡) 광원의 순위로 높은 휘도값을 보였다. ‘직물화후 에칭’을 적용한 두 경우(Post-RF, Post-WF)(그림 11, 12)와 ‘직물화전 에칭’ב재귀반사 직물 배면’(Pre-RF)(그림 13)의 직물화 요건과는 Blue, Red 광원의 휘도에 있어서 다른 경향을 보이는 것으로 나타났다.
- 각 광원 색채별 휘도의 산술평균을 기준으로 볼 때, 측정점별 휘도 결과와 마찬가지로 Green(6.47cd/㎡), Red(4.27cd/㎡), Blue(1.79cd/㎡)의 순위로 높은 휘도값을 보였다.
- 각 광원 색채별 휘도의 산술평균을 기준으로 볼 때, 측정점별 휘도 결과와 마찬가지로 Green(8.48cd/㎡), Red(5.12cd/㎡), Blue(2.48cd/㎡)의 순위로 높은 휘도값을 보였다.
- 각 직물화 요건별 휘도의 산술평균을 기준으로 볼 때, ‘직물화후 에칭’ב재귀반사 직물 배면’(Post-RF)(5.12cd/㎡), ‘직물화후 에칭’ב백색 직물 배면’(Post-WF)(4.27cd/㎡), ‘직물화전 에칭’ב재귀반사 직물 배면’(Pre-RF)(2.77cd/㎡), ‘직물화전 에칭’ב백색 직물 배면’(Pre-WF)(2.17cd/㎡)의 순위로 높은 휘도값을 보였다.
- 각 직물화 요건별 휘도의 산술평균을 기준으로 볼 때, ‘직물화후 에칭’ב재귀반사 직물 배면’(Post-RF)(8.48cd/㎡), ‘직물화후 에칭’ב백색 직물 배면’(Post-WF)(6.47cd/㎡), ‘직물화전 에칭’ב백색 직물 배면’(Pre-WF)(4.85cd/㎡), ‘직물화전 에칭’ב재귀반사 직물 배면’(Pre-RF)(4.82cd/㎡)의 순위로 높은 휘도값을 보였다.
- 그러나 ‘직물화전 에칭’ 방식을 적용한 경우에는 고휘도인 Green 광원의 영향은 유지되었으나, Red, Blue 광원의 휘도차이는 유연 광섬유 직물 디스플레이에서는 크게 줄어드는 것을 관찰할 수 있었다.
- 둘째, 직물의 디스플레이 반사구조에서는 전반적으로 ‘재귀반사 직물’ 배면이 ‘백색 직물’ 배면에 비해 유연 광섬유 직물의 발광효과를 높이는데 더 효과적인 것으로 나타났다.
- 또한 광섬유 직물의 아래층에 설치한 배면소재의 두 종류인 ‘백색 직물(WF)’과 ‘재귀반사 직물(RF)’의 발광효과를 비교해본 결과, ‘직물화후 에칭’의 경우에는 ‘재귀반사 직물(RF)’을 배면한 경우의 측정점별 휘도가 ‘백색 직물(WF)’을 배면한 경우에 비하여 전반적으로 더 높은 휘도값을 나타내었다.
- 또한 광섬유 직물의 아래층에 설치한 배면소재의 두 종류인 ‘백색 직물(WF)’과 ‘재귀반사 직물(RF)’의 발광효과를 비교해본 결과, ‘직물화후 에칭’의 경우에는 Red 광원과 마찬가지로 ‘재귀반사 직물(RF)’을 배면한 경우의 측정점별 휘도가 ‘백색 직물(WF)’을 배면한 경우에 비하여 전반적으로 더 높은 휘도값을 나타내었다.
- 또한 유연 광섬유의 가공방법 중에서는 ‘직물화후 에칭’ 방식이 ‘직물화전 에칭’ 방식보다 광섬유 직물의 발광효과를 높이는데 좀 더 주요한 것으로 나타났다.
- 본 연구를 통하여 유연 광섬유 직물 디스플레이의 발광효과에 더욱 지배적인 영향을 미친 요인은 유연 광섬유의 가공방법이었고, 유연 광섬유 직물 디스플레이의 발광효과를 높이기 위한 최적의 구현 조건은 유연 광섬유의 ‘직물화후 에칭’ 방식과 ‘재귀반사 직물’의 배면 배치가 조합되는 경우인 것을 알 수 있었다.
- 본 연구에서 사용한 위의 유연 광섬유사는 스크래치면이 형성된 광섬유 원사의 표면에 합성수지를 코팅하여 내수성을 갖도록 함으로써 절단 및 훼손을 방지할 수 있고 세탁이 가능하다. 또한 0.
- 본 연구의 두 독립변인 중 유연 광섬유 직물의 발광효과에 더욱 지배적인 영향을 미친 요인은 Red 광원과 마찬가지로 유연 광섬유의 가공방법인 것으로 분석되었다.
- 셋째, ‘직물화후 에칭’ 방식의 경우는 Red, Green, Blue 3개 광원 전반에 걸쳐, 광원의 원 휘도가 광섬유 직물 휘도에 지배적인 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 이상을 통해 볼 때 본 연구의 두 독립변인 중 유연 광섬유 직물의 발광효과에 더욱 지배적인 영향을 미친 요인은 유연 광섬유의 가공방법인 것으로 분석되었다.
- 첫째, 유연 광섬유의 가공방법과 직물의 디스플레이 반사구조의 두 직물화 방식의 변인 중 유연 광섬유의 가공방법이 직물의 디스플레이 반사구조보다 더 지배적인 영향을 미치는 것으로 나타났다. 그러나 Green과 Red 광원에서는 관찰된 이 같은 경향은 Blue 광원의 경우에서는 발견되지 않았다.
- 5(Konica Minolta)를 사용하여 휘도값(단위: cd/㎡)을 측정하였다(그림 6). 측정은 1초마다 5번 측정 후 자동으로 평균값을 산출하는 KS C 7613 방법을 실시하였으며, 실험실 내 휘도는 약간 어두우나 시각적으로 물체 식별이 가능한 정도인 2.83cd/㎡를 유지하였다. 광원의 색채는 Red, Green, Blue의 3가지였고, 측정점은 시료의 가로방향으로 위, 아래를 등분한 정중앙의 선 위에 2cm 간격으로 5개점의 점을 마킹하였다.
후속연구
- 본 연구에서 사용한 위의 유연 광섬유사는 스크래치면이 형성된 광섬유 원사의 표면에 합성수지를 코팅하여 내수성을 갖도록 함으로써 절단 및 훼손을 방지할 수 있고 세탁이 가능하다. 또한 0.25㎜의 두께로 기존의 광섬유사에 비해 가늘고 유연하며, 내구성과 내수성이 향상되어 다양한 용도의 직물 제품에 적용될 수 있다.
- 그러나, 유연 광섬유사를 적용한 스마트 포토닉 의류에 관한 연구와 이를 위한 유연 광섬유사의 발광효과에 관련된 연구가 미비한 실정이다. 또한 유연 광섬유사의 특성상, 구성조건에 따라 상이한 발광효과를 가진 직물이 발현될 수 있으므로 유연 광섬유 기반 직물 디스플레이 적용 의류의 연구를 위해서는 직물화 방식 및 요건에 관한 체계적인 연구가 요구된다.
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