[Report] 차량 외장 조명 통합을 위한 전계 발광 필름 기술의 발전과 응용 가능성

1. 서론

미래형 자동차 산업은 점차 ‘움직이는 전자제품’으로 진화하고 있으며, 단순한 외장 소재를 넘어 조명, 센서, 디스플레이 등 기능을 통합한 표면 기술이 핵심 경쟁 요소로 부각되고 있다. 특히 전기차와 자율주행차의 부상은 차량 디자인에서의 차별화 요소를 더욱 중요하게 만들고 있으며, 외장에 조명 기능을 통합하는 기술은 실용성과 감성적 요소를 동시에 충족시킬 수 있는 유망한 해법으로 평가받고 있다.

이러한 배경 속에서 DGIST(대구경북과학기술원) 연구팀이 개발한 전계 발광(Field-Induced Electroluminescent, FIEL) 필름 소자는 차량 외장 조명 기술의 새로운 가능성을 제시한다. 이 기술은 실버 나노박막 전극과 황화아연(ZnS) 기반의 전계 발광 입자를 기반으로 하며, 높은 유연성과 신축성을 갖추고 있어 곡면이 많은 자동차 외장에 자연스럽게 적용 가능하다. 본 보고서에서는 해당 기술의 작동 원리, 구조적 특징, 자동차 외장 적용 시 기대 효과, 산업적 활용 가능성 및 향후 발전 방향을 분석한다.

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2. 전계 발광 필름의 기술 개요

전계 발광 기술은 전기장을 가해 전계에 의해 형광 물질이 빛을 내는 원리를 이용한 조명 기술로, 기존의 LED나 OLED와는 다른 구조적 장점이 있다. 특히 무기물 기반 발광 입자를 활용할 수 있어 내열성 및 내구성이 우수하며, 높은 발광 균일성과 시야각 확보가 용이하다.

DGIST 연구팀이 개발한 전계 발광 필름은 다음과 같은 핵심 구성 요소를 포함한다.
• 실버 나노박막 전극(Silver Nanofilm Electrode)
투명하면서도 전도성이 높은 실버 나노박막은 기존의 ITO(Indium Tin Oxide)보다 유연성과 기계적 안정성이 뛰어나며, 곡면 적용이 가능하다.
• 황화아연(ZnS) 기반 전계 발광 층
고효율 황화아연 입자에 불순물을 첨가하여 특정 파장의 발광(예: 백색, 청색, 녹색 등)을 유도하며, 낮은 전력에서도 높은 발광 효율을 구현할 수 있다.
• 유연한 절연층 및 보호층
탄성 고분자 기반의 절연막과 하드코팅층은 장기 내구성과 외부 환경 저항성을 확보한다.

이러한 다층 구조는 100마이크론 이하의 두께로 제작 가능하며, 전체 필름은 구부림, 압력, 인장에 강하여 자동차의 복잡한 외관 형상에도 적용할 수 있다.

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3. 차량 외장에 조명 기능을 통합할 때의 이점

전계 발광 필름 기술이 차량 외장에 적용될 경우 다음과 같은 디자인 및 기능상의 이점을 기대할 수 있다.
1. 외장 일체형 조명 디자인 실현
별도의 조명 장치를 부착하지 않고 차량 표면 자체에 빛을 내는 필름을 적용할 수 있어, 디자인 유연성과 브랜드 정체성을 강화할 수 있다.
2. 주야간 시인성 및 안전성 향상
야간이나 악천후 환경에서 차량의 존재감을 높이고, **자율주행 환경에서 차량 간 의사소통(V2X)**을 위한 시각적 신호 기능으로 활용될 수 있다.
3. 에너지 소비 효율
전계 발광 필름은 LED 대비 저전력 구동이 가능하며, 대기 상태에서도 최소 전력으로 조명을 유지할 수 있어 전기차 에너지 관리에 유리하다.
4. 광고·개인화 구현 가능
전도성 필름과 마이크로컨트롤러를 결합하면, 동적인 패턴 또는 문구를 구현할 수 있어 이동식 광고, 개인 맞춤형 외장 디자인으로 활용 가능하다.
5. 곡면 적용 및 내구성
차량의 복잡한 곡면, 범퍼, 측면, 루프 등에 주름 없이 부착 가능하며, 외부 충격이나 세차 등의 마찰에도 안정적인 내구성을 보인다.

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4. 산업 적용 사례와 동향

전계 발광 필름 기술은 아직 상용화 초기 단계에 있으나, 글로벌 자동차 OEM 및 부품업체들 사이에서는 차세대 외장 설계 요소로 주목받고 있다.
• BMW, Audi, Hyundai 등은 일체형 라이트바, 점등형 엠블럼, 프론트 마스크 조명 등 브랜드 고유의 라이팅 시그니처를 만들기 위해 조명 일체형 소재를 연구 중이며, 전계 발광 기반 필름 기술은 이에 적합한 솔루션으로 검토되고 있다.
• CES, IAA Mobility 등 글로벌 모빌리티 전시회에서도 조명 기능이 통합된 외장 패널이 대거 등장하고 있으며, 이 중 일부는 플렉서블 발광 필름이 적용된 컨셉트카로 제시되고 있다.
• 디스플레이 산업에서 축적된 나노소재, 박막 증착, 마이크로패터닝 기술이 전계 발광 필름의 양산화 기술로 이전되고 있으며, 이에 따라 자동차-전자-소재 산업 간 융합이 본격화되고 있다.

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5. 기술적 과제 및 향후 발전 방향

전계 발광 필름이 실제 차량 외장에 상용화되기 위해서는 다음과 같은 기술적 과제를 해결해야 한다.
• 발광 균일성 확보: 곡면이나 넓은 면적에 적용 시 밝기 차이가 발생하지 않도록 고도화된 전극 설계 및 입자 분산 기술이 필요하다.
• 내후성 및 내구성 개선: 자외선, 열, 습기, 기계적 스트레스에 노출되는 자동차 외부 조건을 견딜 수 있는 복합 보호층 개발이 필수적이다.
• 전력 제어 시스템과의 통합: 차량의 전자제어 시스템(ECU)과 연결하여, 점멸/밝기 조절/애니메이션 기능을 제어할 수 있는 스마트 회로 설계가 병행돼야 한다.
• 비용 절감과 양산성 확보: 고기능성 소재와 공정이 포함된 만큼 생산 원가를 낮추고 대량 양산 체계를 갖추는 것이 상용화의 핵심 관건이다.

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6. 결론

DGIST 연구팀의 전계 발광 필름 기술은 차량 외장에 조명 기능을 직접 통합할 수 있는 획기적인 소재 솔루션으로, 자동차 디자인의 미래를 바꾸는 잠재력을 지니고 있다. 실버 나노박막 전극과 황화아연 기반 발광층을 조합한 이 기술은 기존 조명 모듈이 가지던 디자인 제약을 제거하며, 곡면 적용, 저전력 소비, 외관 일체화 등 다양한 장점을 통해 전기차, 자율주행차, 프리미엄 브랜드에 적합한 새로운 표준이 될 가능성이 크다.

향후에는 전계 발광 필름이 차량 외장뿐 아니라 모빌리티 광고, 스마트 시티 인프라, 건축 외장 등 다양한 분야로 확장되며, 기능과 디자인을 동시에 만족시키는 핵심 인터페이스 기술로 자리잡을 것으로 기대된다. 이 기술은 결국 ‘빛나는 외장’이라는 새로운 개념을 가능하게 하며, 자동차 디자인의 진화를 주도할 것이다.