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ICT 융합 섬유소재 및 제품의 연구개발 동향

1. ICT융합 섬유·패션 산업 동향

ICT융합 섬유·패션은 섬유 고유의 화학적, 물리적인 특성에 광학적, 전기적, 에너지

기능성을 부가한 섬유·패션 제품으로서, 인터랙티브한 직물/의류의 구성요소이거나,

IT 제품의 소재 부품으로 사용되는 첨단 섬유 기반 제품군을 의미한다. 구체적인 제

품군으로는 다음과 같이 분류 할 수 있다.

(A) 전기전자소재를 직물/의류와 결합한 인터랙티브 섬유·패션 제품

- 센싱/액츄에이팅, 에너지 생성/저장, 데이터 전송/처리 등의 기능이 적용된

직물, 의류 및 패션 (가방, 모자, 벨트 등 소품 포함) 제품

(B) 필라멘트 혹은 직물에 ICT 관련 기능이 부여된 전자 섬유 소자

- 섬유기반 전원소자(연료가스저장장치, 염료감응형 태양전지, 수퍼커패시터)

- 섬유기반 센서(생체신호센서, 환경감지센서, 입력장치)

- 섬유기반 프로세서(신호처리, 연산, 절연, 차폐)

- 섬유기반 정보표시소자(디스플레이 및 조명)

이 분야의 세계 시장 현황은 산업기술의 발전에 따라 섬유분야의 기술혁신과 더불

어 IT, NT, BT 등의 기술이 융합되어 산업용 첨단 섬유소재 수요가 확대되고, 산업자

재의 경량화, 고기능화, 다양화 경향으로 산업전반에서 기존의 플라스틱, 금속소재에

대한 대체섬유 수요 증가 및 용도 확대, 섬유산업등의 주력산업에서 IT 비중이 점차

확대되고, 부가가치 제고 수단으로 IT 중요성 증가됨에 따라 향후크게 성장 할 것으

로 기대된다.

하지만, ICT 섬유 시장은 다양한 소비자 제품의 시도를 통하여, 스마트폰 이후의 잠

재적 대안인 웨어러블 디바이스 제품의 플랫폼으로서의 가능성을 모색하고 있는 것으

로 여겨지며, 용도별로 세계시장 규모를 추정하면, 모든 분야에서 2021년까지 높은 성

장이 기대된다.

특히 스포츠와 피트니스 분야에서 2016년까지 주목할 만한 성장, 2016년~2021년까

지 의료와 헬스 케어 분야에 긍정적인 전망을 던지고 있다. 또한, 2021년에는 의류/

헬스케어 분야가 패션/엔터테인멘트 분야를 제치고 가장 큰 시장을 차지할 것으로

예상되며, 지금은 작은 규모를 차지하는 건축분야에서는 발열바닥재를 중심으로 큰

성장이 예상된다.

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구분 2011년 2016년성장률(’11→’16)

2021년성장률(’16→’21)

Fashion & Entertainment 21.5 97.0 35.2% 472.0 37.2%

Sports & Fitness 29.0 79.0 22.2% 211.0 21.7%

Medical & healthcare 11.5 42.0 29.6% 640.0 72.4%

Transportation 27.0 103.0 30.7% 215.0 15.9%

Protection & Safety/military 57.2 130.0 17.9% 310.0 19.0%

Home/architecture/other 42.0 74.0 12.0% 96.0 5.3%

합계 188.2 525.0 22.8% 1,944.0 29.9%

<표 1> ICT 섬유 세계시장 규모 (단위 : 백만유로)

출처: Adrian Wilson, The Future of Smart Fabrics, 2011

향후, ICT 섬유의 가장 큰 시장은 북미시장이 될 것은 확실시되며, 유럽 지역에서는

스포츠/피트니스 분야가, 아시아권에서는 일본, 한국, 중국이 매스 마켓으로 자리잡고

있다. 2016년까지는 스포츠/피트니스 모니터링 시장이 전 세계적으로 자리 잡으면서

북미가 의료·헬스케어 상품으로 상업화된 매스 마켓을 최초로 구축하게 될 것이다.

역시 2021년까지 의료/ 헬스케어 상품이 급속히 출시될 것이며, 미국이 그 시장을 리

드하게 될 것으로 예측된다.

지역 북미 유럽 아시아 기타연도 ’11 ’16 ’21 ’11 ’16 ’21 ’11 ’16 ’21 ’11 ’16 ’21

Fashion/Entertainment 8.1 36.9 170.2 7.6 29.1 132.0 5.5 26.2 146.2 0.3 4.8 23.6Sports/Fitness 10.2 27.7 71.7 11.3 26.9 59.3 6.1 20.5 65.3 1.4 3.9 14.7Medical/healthcare 8.4 27.3 345.6 1.7 8.8 179.2 1.2 5.1 96.0 0.02 0.8 19.2Transportation 8.4 28.8 51.6 13.5 45.4 73.1 3.7 23.6 81.7 1.4 5.2 8.6

Protection/Safety/military 34.9 78.0 186.0 13.8 29.9 65.1 5.1 14.3 37.2 3.4 7.8 21.7Home/architecture 32.0 47.3 60.4 7.0 12.0 16.3 1.4 8.8 11.5 1.6 5.9 7.8

평균 81 214.7 846.1 58.9 156.1 529.7 32.6 105.7 447.4 17.52 38.5 108.8

<표 2> ICT 섬유 세계시장 연도별, 지역별 규모 추산(단위: 백만유로)

출처: Adrian Wilson, The Future of Smart Fabrics, 2011

Gartner group의 기술성숙단계를 표시하는 사이클 곡선에 ICT 섬유를 적용하면 다

음과 같이 나타낼 수 있으며, 가장 앞서 제품화에 성공한 온도 조절 제품군은 이미

계몽기를 거쳐서 안정기에 접어들고 있으며, 발광 응용 제품군과 신체보호 제품군이

그 뒤를 이어서 제품화에 성공하고, 향후 다양한 형태의 미래 융합 제품군이 빠른 속

도로 시장에 진입할 것으로 예측된다.

섬유산업과 IT기술과의 융합 방향으로는 섬유소재의 IT화, 섬유공정의 IT화 및 서비

스의 IT화로 구분할 수 있으며, 이들 기술 분야 간 유기적 연계를 통해 섬유산업의

IT화가 지속될 것으로 전망된다. 반도체, 디스플레이, 캐패시터등 전자소자의 섬유 형

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태 구현기술로 가능한 ICT 섬유는 IT분야의 국가 경쟁력을 바탕으로 섬유기술과 융

합시킴으로서 고부가가치 섬유산업 육성이 기대되며, 아직까지 섬유와 융합된 기술

개발은 미개척 분야로서 국가 정책적으로 원천기술 확보를 통해 국가 경쟁력을 향상

시킬 수 있는 전략 산업으로 볼 수 있다.

한국은 세계 최고의 IT 및 Digital 기술과 기존 섬유기술이 융합하여 IT 산업용 소

재, 웨어러블 섬유, 스마트 섬유 및 유비쿼터스 섬유제품의 창출이 가능한 잠재력을

갖고 있으며, 국내 IT융합기술은 전반적으로 발전 초기단계로서, 선진국 대비 50 ∼

80% 수준으로 볼 수 있다.

디지털 의류관련 ICT 섬유

제품의 국내 개발동향을 살펴

보면 크게 전도성 원천소재개

발, 융합과 커넥팅을 위한 원

천기술개발, 그리고 융합형 의

류제품개발로 나눌 수 있는데,

전도사와 디지털밴드를 개발

하는 전도성 원천 소재 개발

분야에서는 금속사, 도금사,

코팅사 등 다양한 기술 및 제

품들이 이미 개발되었으며, 커넥팅과 기타 응용기수 및 융합형 의류 제품 개발 분야

에 있어서는 IT, 의료기기 등을전도성 소재와 연결하여 제품을 개발하는 분야로써 디

자인과 결합되어 소비자 지향적인 제품 개발이필요한 분야로써 향후 엔지니어와 디자

이너가 협업을 통하여 집중해야 하는 분야이다.

ICT 섬유는 산업용 부품 소재로의 활용 가치뿐만 아니라 전자패션에의 적용을 통한

고부가가치화가능성과 응용 애플리케이션이 풍부하며, 다양한 산업 분야에서 IT융합

이 적극 도입되고 있는 환경이므로 ICT 섬유의 적용 범위는 전방위적으로 지속 확대

될 것으로 전망된다. 현재 전세계적으로 ICT 섬유의 개발 시점은 2000년대부터 시작

된 신규 시장으로서, 선진국과 비교하여 기술적 수준에 격차는 크지 않다.

또한, 한국기업이 보유한 섬유기술과 IT기술을 바탕으로, 미래시장에서 세계 최고

기업과 경쟁 시 기술우위를 점할 가능성을 충분히 보유하고 있으며, 전자패션 및 섬

유기반 소자 기술은 wearable technology의 한 갈래로서, wearable device와 대체 가

능한 경쟁적 관계이자 상호보완적 관계로 파악될 수 있다.

특히 전자패션 측면은wearable device가 갖지 못한 쾌적성, 유연성, 활동성, 인체 친

화적 측면에서의 강점을 바탕으로 상당한 국내외 산업 경쟁력을 가지고 있다. 섬유산

업과 IT의 접목에 따라 ICT 섬유를 중심으로 기존의 산업들이 구성될 수 있기 때문

에, ICT 섬유의 연계 산업이 패션을 비롯해, 자동차, 조선, 건설, 기계, 에너지, 조명,

국방에 이르기까지 각종 산업으로의 파급이 매우 큰 분야라고 할 수 있다.

<그림 1> ICT 섬유의 기술성숙단계

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2. ICT융합 섬유의 개발 동향

기술 분석의 편의를 위하여 입력, 출력, 처리, 전원기술 등으로 구분하고 선진국 개

발 사례를 상세히 서술한다.

웨어러블 입력기술 분야

최근 미국 Georgia Tech.에서는 직물 특성을 반영한 직물 인터페이스를 개발 하였

으며, MIT에서는 모바일 프로젝터와 카메라를 이용하여 디스플레이와 인터랙션 공간

을 실세계로 확장하여 다양한 웨어러블 컴퓨팅 응용의 가능성을 제시한 ‘Sixth Sense’

를 발표하였다. 또한 사람의 감정을 감지하여 반응하는 컴퓨터, 기기 등의 기술을 연

구 중이다.

<그림 2> MIT Media Lab.의 ‘Sixth Sense’ 기술

미국 CMU대학에서는 ATM 및 자동차의 대쉬보드 등에 사용가능한 형태로 라텍스

재질의 버튼에 공기를 조절하여 필요한 버튼만 부풀려서 실제적인 버튼의 형태 및 촉

감을 느낄 수 있는 Prototype을 제작하였고, 국토안보부에서는 실제 소방관들의 요구

사항에 맞추어 소방관의 생존과 생명 구조에 도움이 될 정보(산소 보유량, 주변 온도,

탈출구 위치, 팀원들의 상태와 교신 등)를 HMD에 디스플레이하고 이를 효율적으로

제어할 사용자 인터페이스 컨셉을 제안하고 연구 개발 중이다.

또한 Microsoft사에서는 키넥트(Kinect)와 피코 프로젝터를 이용하여 어디든 투사하

고 맨손으로 터치 및 다양한 제스처를 사용할 수 있는 웨어러블 멀티터치 프로젝터를

연구 중이다.

유럽의 ETH에서는 눈의 움직임을 분석하여 의도를 파악하기 위하여 눈의 안전도를

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이용하여 Wearable EOG고글을 개발하고 다양한 응용 모델을 구현하였고,

Fraunhofer IZM 연구소에서는 웨어러블 컴퓨팅을 위한 전자소자 직물 실장 및 집적

기술인 SoT(System on Textile) 연구를 지속하고 있으며, 최근 플렉시블 전자공학으로

기술 영역을 확대중인 상황이다.

스위스 취리히 공대 (ETHZ)의 Wearable Computing Lab에서는 1990년대부터 전도

성 섬유에 대한 연구를 진행하여, 전도성 섬유를 이용한 직물형 안테나, 트랜지스터,

압력센서 등을 개발하고 있으며, 유럽 핀란드의 OULU대학에서는 PAULA(Personal

Acess and User Interface for Multimodal Broadband Telecommunication) 프로젝트

의 일환으로 씨스루(See Through) 디바이스를 이용하여 맨손을 통해 사용자의 입력

을 받는 시스템을, 일본 Tsukuba 대학에서는 FEELEX라는 프로젝터를 통하여 하나의

장치에서 컴퓨터 그래픽과 함께 촉감을 느낄 수 있는 기술을 개발 중이다.

반면, 국내 웨어러블 디바이스 하드웨어 기술은 초반에는 손목시계와 같은 액세서

리형과 MP3 점퍼와 같은 의류 내장형 컴퓨터 기술이 주로 이루었으나, 최근에는 섬

유 IT 융합 기술이 어느 정도 성과를 보이면서 SoT 기반의 회로보드 기술, 의류 일체

형 컴퓨터 기술, 플렉시블 직물 멀티터치 기술이 상당한 진전을 이루고 있다.

한국전자통신연구원(ETRI)에서는 2004년부터 웨어러블 컴퓨터 플랫폼을 개발해오고

있으며, 최근 SoT 기술을 적용한 엔터테인먼트 의류, 양방향 직물 안테나, 직물 터치

패널, 직물 오디오, 직물 시계 등을 개발하였고, 한국과학기술원(KAIST)에서는 직물

위에 전극 및 회로 기판을 직접 인쇄할 수 있는 P-FCB (Planar Fashionable Circuit

Board)기술을 개발하였다. 이를 응용한 스마트 파스를 개발 하였다. 웨어러블 디바이

스 입력장치용 공간인식 기술은 주로 접촉식 방법이 유력하며, 착용하는 사용자의 움

직임을 감지할 수 있는 센서나 장치를 사람의 몸이나 옷에 부착해 데이터를 획득한

다. 사용자가 직접 착용해야 하는 불편함은 있지만 센서를 직접 부착하기 때문에 비

교적 정확한 동작 정보를 얻을 수 있다.

동작인식 센서는 단말의 현재 위치와 이동속도, 흔들림 등을 인지하여 단말의 이동

패턴을 산출하는 장치이며, MEMS 기술을 기반으로 자이로 센서, 가속도 센서, 관성

센서 등 다양한 동작인식용

스마트 센서가 개발되고 있

으며, 미국 워싱턴대학,

Microsoft연구소, 캐나다 토

론토 대학의 공동 연구진은

2009년 UIST 학회에서 인

간의 근육 움직임을 감지해

단말 컨트롤에 활용하는 기

술을 발표하였다. 이 기술 <그림 3> 근전도센서를기반으로한제스처인식웨어러블디바이스입력장치

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은 손의 움직임에 따라 팔뚝 근육이 달라진다는 점에 착안 팔찌 형태의 센서를 팔뚝

부분에 부착한 뒤, 팔뚝 근육 움직임을 추적함으로써 다양한 손의 움직임을 인식해

내는 접촉형 방식의 동작인식 기술이다.

웨어러블 출력기술 분야

하나의 기판 상에 구현된 접이식 디스플레이의 경우에는 주요 디스플레이 학회에서

시제품 형태로 전시가 되거나 논문으로 발표된 적이 있으나, 모두가 1축 접이식 형태

의 디스플레이이며 2축 이상 접이식 형태의 플렉시블 디스플레이 기술은 보고된 바

없으며, 아래의 그림과 같이 디자인 측면에서 응용 제품에 대한 예만 보고되고 있다.

<그림 4> 삼성 전자 2개의 패널을 이용한 1축 접이식 디스플레이 시제품과 Inventables 사의

다축 접이식 DVD 플레이어 컨셉 디자인 예

접이식 디스플레이 기술의 경우 발광 소자 자체를 접는 기술은 아직 초기 발전 단

계에 있어, 실제적인 접이식 디스플레이 구현을 위해서는 획기적인 픽셀 구조의 디자

인과 디스플레이 구현 방법 개발등 지속적인 연구 개발이 필요한 상황이며, 직물/의

류 일체형의 디스플레이 기술은 기존의 무기 LED 나 LCD 디스플레이 기술이 의류

에 내장된 형태의 기술이 주를 이루고 있으며 섬유 일체형으로 OLED나 TFT 등을

바탕으로 구현된 기술은 그 시제품이 아직 발표된 바가 없다.

기능성 섬유의 단순 연결을 통한 기본 트랜지스터 소자의 경우는 논문을 통해 기술

이 보고되고 있으며, 주로 미국, 스웨덴, 이탈리아 등의 연구 그룹에서 극히 초보적인

단계 (유기 기반 TFT 이동도 0.0-0.5 cm/Vs, on/off ratio ~ 1000) 의 소자 성능을 보

고하고 있으며, 기능성 섬유를 이용한 발광 소자의 경우는 주로 섬유에 전도성 물질

을 코팅하여 전극으로 활용하여 진공공정을 이용하여 발광 소자를 직접 증착하거나

LED에 연결된 형태로 기능성 섬유의 성능을 검증하는 형태로 기술이 보고되고 있을

뿐, 실제 섬유일체형 정보표시 소자로 활용하기에는 기술 발전이 초기 단계에 있다.

네덜란드 필립스 루마리브 (Philips Lumalive)는 유연 기판 상 RGB LED를 올려 어

레이를 만든 후 섬유나 직물에 삽입시켜 20 cm2 넓이에 14×14 픽셀 어레이를 가지는

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fabric display를 구현하고, LED 보호를 위한 water repellent 섬유로 둘러 싼 기술과

USB 연결 가능, 그리고 Li ion 배터리를 장착한 기술을 선보였으며, 한국의 코오롱

스포츠는 전도성 섬유를 이용하여 발열하는 섬유 소재와 광섬유를 이용하여 빛을 외

부로 내보내는 기술을 이용하여 스마트 재킷 제품을 출시하였다.

영국의 큐트서킷 (CuteCircuit & Ballantine)은 세계 최초로 초박형 RGB LED 디스

플레이를 내장하여 tshirtOS라는 셔츠를 판매하고 있으며 앱을 통한 디스플레이 프로

그래밍, 세탁 가능, USB 통한 충전, 카메라 키트 등 가장 완성도가 높은 의류 일체형

기술을 선보인 바 있다.

<그림 5> 필립스, 코오롱스포츠, 큐트서킷 사 시제품의 예

웨어러블 처리기술 분야

반도체 fiber 기반의 field effect transistors(fiber-embedded FETs)의 개발은 미국을

중심으로 섬유기반의 field effect transistors (fiber- embedded FETs) 및 이의 집적화

개발이 시도되어지고 있으나 현재로서는 기초적인 연구 단계에 머무르고 있으며,

2003년 버클리대학에서 일반적인 반도체공정을 전혀 사용하지 않고 편조과정을 통해

섬유에 직접 플렉시블 트랜지스터를 제작해 20VDD에서 전자이동도 10-2 cm2/Vs를

달성하였다. 이것은 기존 원단제

작 공정을 그대로 사용할 수 있어

의복에 집적된 능동소자의 가능성

을 열었다. 2006년 이태리 칼리아

리대학에서는 직물형 트랜지스터

를 위해 펜타신을 원사에 직접 증

착하고 금과 PDMS로 전극을 구

성하는 방식을 발표하여 이동도

0.04~0.06cm2/Vs를 보였다.<그림 6> 버클리대학의 편조형 트랜지스터

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<그림 7> 칼리아리대학의 직물형 트랜지스터와 구동 특성

2004년 프린스턴대학 Wagner교수는 편조형 인버터 회로를 발표하여 원단 제조기술

에 적용 가능한 전자회로의 가능성을 보였다.

<그림 8> 프린스턴대학에서 개발한 편조형 인버터 회로

또한, Wagner는 기판에 a-Si 박막트랜지스터로 인버터를 구성하고 1방향에 대해서

12%까지 변형을 가해도 인버터 특성을 유지하도록 하여 트랜지스터로 구성된 게이트

회로의 가능성을 보여주었다.

<그림 9> 트랜지스터로 구성된 게이트회로 특성

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웨어러블 디바이스를 구현하기 위하여 의복 또는 플렉서블 회로기판이 필요하며 특

히 구부림과 당김에 강한 인터커넥트 회로가 필요하다. 이를 위해서는 20~30% 정도

의 연신율을 갖는 스트레처블 기판에 물결무늬 모양의 배선에 대한 연구가 진행되고

있으며 배선 형성 단계를 지나 당김이나 구김 등의 변형을 가했을 때 failure에 대한

연구가 진행되고 있다.

<그림 10> 물결무늬 배선의 스트레처블 배선 사례

스위스 취리히공대의 Daniel Roggen교수 실험실에서는 FP7의 FLEXIBILITY과제에

참여하고 있으며 2011년에는 a-InGaZnO를 사용하여 5mm 반경의 구부림 변형이 가

능한 1-bit SRAM을 발표하여 메모리소자에 대해서도 가능성을 보였고, 최근에는 플

렉시블 기판에 구현한 DAC도 발표하였다.

<그림 11> 구부림이 가능한 메모리 소자

2012년 오하이오 주립대에서는 전도성 파이버와 폴리머를 70stitch/cm2 편직조형으

로 구성하여 4GHz까지 0.2dB/cm 의 손실의 50Ω 전송선, 2.2GHz에서 5.7dB 이득의

안테나를 제작하여 RF에서 응용 가능함을 보였다.

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<그림 12> 편직 조형으로 구성된 안테나와 특성

2007년 일리노이대학에서는 플렉시블기판에 적용 가능한 전사형 RF 트랜지스터 제

조공정을 사용한 GaAs NOR 게이트 등도 발표하였다.

<그림 13> 일리노이대학에서 개발한 전사형 게이트

2007년 위스콘신대학에서는 플렉시블 기판에 1GHz RF 증폭기를 발표하였고,

fT=2GHz, fmax=7.8GHz급 플렉시블 TFT를 발표하였다.

<그림 14> 위스콘신대학에서 개발한 플렉시블 증폭기와 TFT

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웨어러블 전원기술 분야

웨어러블 및 휴대형 IT Device의 에너지원으로 각광받는 것은 리튬이차전지로 이동

성과 휴대가 편리한 형태와 형태변형이 가능한 유연하고 가벼운 소재로 기술개발을

추진하고 있으며, Flexible 디스플레이 기기, 웨어러블 컴퓨터, e-paper 등의 전자기기

등의 등장에 따라 flexible 이차전지에 대한 관심이 높아지고 있지만, 안정적으로 전원

을 공급하기 위한 flexible 이차전지는 상용화되지 않고 있는 상황이다. 최근 들어

flexible 전자기기를 넘어선 Augmented reality glasses, Haptics device, Wearable

computing device 등 의류형 전자기기에 대한 관심이 급증하고 있으며, 이러한 추세

에 맞추어 국내에서 연구가 진행되고 있다. LG화학에서는 Hollow multi-helix형의 전

극을 개발하여 flexible 전자기기에 적용할 수 있는 cable-type의 flexible 이차전지에

대한 연구를 발표하였다.

공주대에서는 유연성이 있는 이차

전지에 적용할 수 있는 flexible 집전

체와 나노구조를 가지는 fiber형의 Si

음극소재를, UNIST에서는 형상을 자

유롭게 제어할 수 있는 polymer 전

해질에 대한 연구를 진행하고 있으

며, 전극에 printing할 수 있고 굽힐

수 있는 특성으로 flexible 이차전지

에 적용할 수 있는 특징이 있었다.

삼성전자 종합기술원에서는 2007년부

터 인쇄 가능한 플렉서블 이차전지

연구를 진행하고 있으며 나노 전극

재료, 전극 인쇄용 수계 및 비수계

잉크 조성 개발 등을 내용으로 하는

“모바일 IT용 Rollable 소형 이차전지

기술개발“의 연구과제를 2010년 3월

부터 2012년 2월까지 수행하였고, KAIST에서는 휘어지는 이차전지와 텍스타일형 이

차전지 관련 연구를 수행하고 있으며, LG화학과 부산대에서는 휘어지는 전극 가닥

(Strand)형 전지를 개발하고 있다. 또한, UNIST가 주관하고 있는 차세대 전지기술 융

합연구단에서는 Wearable 이차전지 기술 (LG화학)과 필름형 플렉스블 전지기술 (한

국전자통신연구원, 전자부품연구원)을 개발 진행 중에 있다.

<그림 15> Hollow multi-helix형태의플렉서블이차전지 (LG화학)

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<그림 16> 차세대 전지기술 융합연구단의 성과물

(a) cable type 이차전지 (LG화학), (b) 신규 집전체와 음극소재를 적용한 flexble 이차전지(공주대), (c) polymer 전해질을 적용한 flexible 이차전지 (UNIST)

Wearable 이차전지에 대한 연구는 미국을 중심으로 2007년도부터 연구가 진행되었

으며, 상용화를 위한 다양한 연구가 현재 진행 중이며, 국외의 경우 국내보다 이른 시

점에 flexible 이차전지에 대한 연구가 진행되었으나, 대부분의 연구가 탄소나노튜브

또는 그래핀을 활용한 전도성 집전체에 대한 연구에 집중되어 있어 전극의 대면적화

가 어려우며 가격 경쟁력이 없어 상용화에는 이르지 못하고 있는 상황이다.

2007년 textile에 탄소나노튜브를 코팅하여 전도성을 가지는 집전체가 제안되었으며,

2009년 Stanford 대학교의 Yi Cui 그룹에서는 탄소나노튜브를 활용한 다양한 flexible

이차전지에 대한 연구가 진행되고 있고, 2013년 미국 Illinois대학의 John A. Rogers

그룹에서는 기존의 탄소나노튜브의 한계점을 극복한 stretchable 이차전지에 대한 연

구를 진행하고 있다.

<그림 17> Illinois 대학의 이차전지 연구 성과물

(a) CNT 집전체를 이용한 flexible 이차전지, (b) stretchable 이차전지

일본 NEC사에서는 유기 라디칼을 이용하여, 내 변형성을 갖는 이차전지에 대한 연

구결과를 발표하였으나, 기존 리튬이온전지와 비교하여 에너지 밀도가 낮아 제품적용

성에 한계가 있었고, 이스라엘 Power Paper사에서는 일차전지용 전극 재료를 사용하

여 일회용 Paper Battery를 실용화하여 Estee Lauder 등의 화장/미용업체의 주름살

제거용 패치의 전원으로 적용 중이다.또한, 에너지 하베스팅은 주위 환경에서 에너지

(열, 진동, 빛, 전파 등)를 수확(Harvesting)하여 전기에너지로 변환하는 기술이다.

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<그림 18> 에너지 하베스팅 기술 영역

태양전지를 섬유형태로 구현한 기술은 전무한 상태이며, 필름 기반의 OPV (organic

photovoltaic)가 개발되어 6% 정도의 효율을 보이는 단계이며, 미국의 Stanford

Research Institute (SRI), Artificial Muscle, 일본의 Hyper Drive 사 등은 최근 관심이

모아지는 유전 탄성중합체(Dielectric Elastomer)를 사용한 청정에너지 수확을 핵심 연

구 개발 분야로 선정하여 추진 중이다.

현재 실험 중인 파력 발전 장치는 평균 5W, 의복형 군용 에너지 생성장치는 이동

중 최대 20W 의 전력 생성이 가능한 것으로 보고된 바 있다. 유럽과 미국에서는 진

동 에너지 수확의 현실화를 위해, 세라믹 압전 소자로부터 섬유 복합체(Fiber

Composite), 나노 섬유, 기능성 고분자 중합체(Electro-active Polymer)에 이르는 다양

한 소재를 사용하여 에너지 변환 효율과 사용량을 높이기 위한 연구가 활발히 진행

중이다.

현재 Konarka社(미)가 1차 전극을 코어로 하고, 활성소재/투명전극/투명 막을 외장

막으로 하는 코어-외장 막(core-sheath) 구조의 섬유를 개발 중에 있다. 한편, 미국 조

지아공대 연구진은 광섬유 주위에 나노미터급 전선을 솔처럼 쌓는 방법으로 집광 면

적을 최대화해 열 생산 효율을 높이는데 성공했다고 독일의 안게반테 케미(응용화학)

지 2009년 최신호에 발표한 바 있으며, 국내에는 섬유형태 태양전지 제조기술은 전무

하며, 한국화학연구원에서 필름 기반의 OPV시제품이 4%대의 효율을 나타내는 기술

을 보유하고 있으며, 발광 소자를 이용한 섬유화 기술은 Sarnoff社(G.E)에서 OLED를

섬유형태에 구성하는 연구를 검토하고 있다.

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3. ICT융합 섬유 완제품의 개발 동향

전 세계적으로 섬유분야의 기술 개발은 주로 전도성 섬유 및 광섬유를 기반으로 단

순한 기술 개발과제들이 제안, 수행되어 왔지만, 센서, 하베스팅, 에너지 저장 관련된

주요 소자의 형태로 개발되지못하여, 상업화에 필요한 기술들이 확보 되지 못하고 있

는 상태이다. 다만, 의류나 패션 제품에 단순 부착된 디지털 패션의 제한적인 형태로

시장에 진입하고 있다.

국내의 경우, 삼성전자, 제일모직, 코오롱 등 전자 및 패션 대기업을 중심으로 시제

품 개념의 제품들이 출시된 바 있으며, 대량으로 판매된 사례는 전무 하다고 볼 수

있다. 반면, 해외의 경우에는 군용, 특수복용등 극한 환경에서 요구되는 산업용 제품

을 기본으로 상대적으로 다양한 제품군들이 시장에 출시되어 있으며, 혁신적인 기술

보다는 개발된 기술의 창의적 융합과 혁신적 디자인이 구현된 제품들이 대부분이라고

볼 수 있다.

웨어러블 기술은 2013년 MIT선정 세계 10대 기술로 선정, 벤처투자 및 소비자의 관

심이 증대되는 사회적 관심 폭증하는 융합 신산업이며, 스마트기기의 주요회로 및 소

자를 섬유 및 화학소재로 구현하여 편의, 패션, 기능성을 갖춘 디바이스를 지향하고,

인체중심으로 소재, 부품, 제품 및 서비스를 구현하는 새로운 모습의 융합산업으로 각

광받고 있다.

또한 최근 각광받고 있는 전자직물은 섬유산업이 IT, BT, NT, ET, ST 등 첨단기술

과의 융합화가 하여 빠른 속도로 진전되고 있으며 생각하는 섬유, 건강복지섬유, 극한

환경 섬유, 융합기능 섬유 등을 포함하는 ‘스마트 섬유’가 되어 미래유망산업이 될 것

으로 판단하고 있음에 따라 전자직물과 결합되는 웨어러블 산업의 주요한 분야가 될

것으로 판단되고 있다. 하지만, 스마트기기와 섬유산업은 상호 해결해야 하는 단점을

내포하고 있음을 알 수 있다.

현재의 웨어러블 산업은 초기 개발단계로 사용자의 편의성과 휴대성을 내재하고 있

는 전자직물과 결합하기에는 기본적인 기술이 개발되어 있지 않은 상태이며 섬유산업

의 전자직물은 데이터의 입력, 처리, 저장등의 기본적인 속성인 전자소자의 특성을 그

대로 반영하지 못하고 있는 기술의 단계로 상호약점을 보유하고 있는 현실이다.

따라서 두 산업의 상호 장점을 보완하고 단점을 개선하는 기술의 개발이 절실하며,

일상생활용 의류 보다는 특수용 의류, 신발등의 산업은 웨어러블 산업의 성장발전을

자연스럽게 추구할 수 있는 주요한 디자인 분야 중의 하나가 될 것으로 판단되며 고

부가가치화를 위해서는 전자섬유 및 웨어러블 기술이 신발산업과 함께 첨단기술 IT,

BT, NT등의 기술이 융합되는 형태의 다양한 제품화 기술 개발이 필요한 실정이다.

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해외 선도기업의 기술경쟁력 조사현황

업체명 사업영역 및 주요 내용

ESA(European SpaceAgency_유럽)

∙Smart Sock(스마트 양말)∙우주공간에서 무중력 상태에서 우주비행사의 근육 변성을 최소화하고 훈련성과를 모니터링 할 수 있는 스마트 양말을 개발∙핵심요소기술 : 근육의 전기적 활성을 기록하고(EMG) 근육주변과 근육 내부의 산소포화도 등을 검출할 수 있는(NIRS)센서를 양말에 장착하는 기술

Carré Technology(캐나다)

∙Astroskin(Smart T-shirt)∙실시간으로 우주비행사의 활력 징후를 측정한 데이터를 지구에있는 의료팀에게 무선으로 전송하여 작업 환경에 대응하는티셔츠 개발∙핵심요소기술 : 근육의 전기적 활성을 기록하고(EMG) 근육주변과 근육 내부의 산소포화도 등을 검출할 수 있는(NIRS)센서를 양말에 장착

아디다스(독일)

∙MiCoach(엘리트축구 시스템)∙운동 중인 선수의 심박수를 실시간으로 모니터링해서 코치에실시간으로 정보를 전달∙핵심요소기술 : 운동선수의 운동복에 심장박동 센서 장착기술,무선 신호 송수신 기술

Katy Perry(영국)

∙Cute Circuit(오뜨꾸뛰르 발광드레스, Space)∙LED를 의류에 적용하여 의식적인 표현과 패션을 결합한 의류개발(300파운드)∙핵심요소기술 : LED와 서킷, 배터리 등을 유연하게 접목시키는기술, 무게 배분을 통한 쾌적성 향상 기술 등

QIO system(미국)

∙QIO System Inc.는 Flexible textile Keypad 개발∙Crag Hoppers, Kenpo, Dope+Drakkar, Koyono, Spyder, ErmenegildoZegna, O'neill, Norrona, Urban Tool, Westcomb, Bagir, Pearl Izumi,Thaler+Protective, Marks & Spencer, Bergans Belkin 등 Smart 의류제조및관련기업에 Flexible Keypad 섬유소재제공∙핵심요소 기술 : ISY 제직 기술, Quantum tunnelling material

Infinion Technologies(독일)

∙독일의 반도체 업체인 Infinion Technologies는 의복에 봉제가능한 반도체칩과 센서 전도성 섬유 소재 기술을 기반으로MP3 Player 장착 의류제품 뿐만 아니라 인체의 열에 의해 자가전력 생산이 가능한 Thermogenerator 개발 중∙핵심요소기술 : 통합 섬유제품화 기술

MegaWave(미국)

∙은 코팅된 나일론사를 자수하여 만든 군용 광대역 텍스타일안테나를 개발

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국내 선도기업의 기술경쟁력 조사현황

구분 사업영역 및 주요내용

삼성전자 ∙Gear Live : "Android Wear"기반의 웨어러블 스마트워치 개발∙핵심기능 : 가속, 회전, 방위, 심박센서, IP67수준의 생활방수, 방진,구글 모바일 서비스 등

제일모직/삼성전자

∙전도사이용정전용량변화센서제작, 보안용카펫, 낙상방지용침대,자동온열시트등의압력센서로활용∙핵심요소기술 : Interactive Textile, IT 기기 내장가능 Fabrication 기술,섬유제품화 기술

∙전도성원사사용, 종전 FPCB보다 Flexible한 Textile Circuit 구현, 유비쿼터스환경에적합한스마트의류에일체형전자회로기판구현가능∙핵심요소기술 : Textile Circuit 제조기술

∙光섬유(POF)를 소재로 光인터페이스 직물을 이용하여 인체에 무해하며비접촉식 신호전달방식을 채택으로 전자기기 사용시 편리∙핵심요소기술 : Textile Circuit 제조기술, Textile Circuit 제조기술, IT 기기내장가능Fabrication 기술

제일모직

∙전도성 원사나, 수지를 사용하여 직물화시킨 다음 체내 미세전류 및압력에 의해 사용자 정보를 측정할 수 있는 직물형 터치센서 개발∙핵심요소기술 : 압력센싱의 감도가 좋은 전도사 제조기술(횡탄력소재및 전도사Coring) 및 제어Module기술

∙Brand Logo의 고급성과 흥미를 유발하기 위해 태양전지 등 의류 내 자체에너지원 및 OLED를 이용하여 발광로고 장착된 제품 개발∙야간에 사용되는 다양한 상품에 적용∙핵심요소기술 : 부품간커넥팅기술,실링기술, 의류디자인을고려한IT부품의부․탈착기술등

∙Flexible 태양전지를 의류나 배낭에 부착, 현대인의 생활패턴 수요에맞추어 스마트폰, iPad, 발열의류, 등산용 배낭 등에 적용∙핵심요소기술 : 대용량 Flexible 태양전지 기술, 제품간 호환기술 등

∙등산용 의류에 위치추적장치(chip)를 부착, 조난시 능동형 Reflector로긴급번호(119)로 위치를 송신하는 System 개발∙핵심요소기술 : Active Recco system 및 Infra기술

∙웨어러블 디바이스를 손쉽게 휴대/착용이 편리한 과도기적 형태의SMART SUIT 개발(로가디스)∙핵심요소기술 : 스트래치성능의 섬유소재, 신축소재 봉제기술, 스마트폰주머니-전자파차폐소재, 특수 염료코팅으로 인한 Cool기능 소재기술,QR코드 연결Chip(브랜드앱 연결으로 음악이나 이벤트 참가 기능) 등

삼성SDI∙스마트밴드용 Curved Battery 개발∙웨어러블 배터리 수요 : 기존 정형화된 배터리에서 벗어나 다양한모양과 크기를 갖는 플렉서블 배터리수요의 증가∙핵심요소기술 : 배터리적층기술, V-Bending기술, 패킹 및 실링 강화 기술 등

코오롱글로텍∙미세전류에의해발열성능이발현되는물질을회로및필름화하여아웃도어 의류나 자동차 시트에 적용한 히텍스(HeaTex)제품을 개발하여 판매 중∙핵심요소기술 : 미세전류에 반응하는 안전한 발열성능 물질 발굴, 수지물질의 전자회로 및 필름화 기술, 팩킹 기술, 커넥팅 및 기기제어기술

코오롱인더스트리

∙웨어러블 디바이스용 유기태양전지 개발∙핵심요소기술 : 유기태양전지를 이용한 섬유소재를 사용하여 기존 무기태양전지에 비해 가볍고, 형태 및 색상구현이 자유로워 의류 등 다양한분야에 적용이 가능한 에너지 하베스팅 배터리기술 구현

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4. 맺음말

ICT 융합섬유분야는 시장이 지금 초기 단계에 있으며, 스마트폰 이후 차기 전략분

야로 세계적인 경쟁이 치열한 분야이다. 하지만 이 분야는 다른 섬유 기술 분야와 달

리 완전히 상이한 기술 간의 융합으로 이루어져 있어 융합의 난이도가 높고, 제품의

완성도를 높이기가 매우 어려운 분야이다. 또한 두 분야를 동시에 이해하는 인력이

매우 부족하고, 새롭게 교육 배출하기도 수월하지가 않은 분야이다. 또한, 새롭게 개

발되는 ICT 융합섬유제품을 개발해서 판매를 하려는 제조사들도 성능, 내구성, 안전

성에대한 확신을 가지지 못해 적극적인 사업화를 진행하지 못하고 있는 상황이며, 두

분야의 제조사중 어느 쪽이 최종적으로 제품을 생산하여야 하는지에 대한 명확한 해

답도 찾기가 쉽지 않은 상황이다.

이를 위하여, 섬유 소재를 기본으로 전기전자 공학 기술 및 공작 기술을 교육할 수

있는 적극적인 인력 양성이 필요하며, 융합의 속성상 메디컬, 안전보호, 토목 등 유사

분야 융합과는 달리 전기전자와의융합은 그 상이성이 너무 강해 대학교와 같은 전문

교육기관에 인력 양성 센터를 설립하여, 전자관련 연구원 및 섬유관련 단체등과 같은

기관의 협조를 받아 탄력적으로 운영하는 것이 최상의 방법이다. 이러한 기관들의 시

제품 개발 등을 통한 상업화 등을 통하여 전기전자 분야 업체들의 고용 등을 유도하

는 선순환 체제의 확립이 매우 시급하다.

섬유 산업의 특성상 고급 인력의 확보가 어렵고, 전기전자 분야에 대한 이해도가

매우 떨어져 신제품 개발이 현실적으로 불가능하기 때문에 대학이나 연구소등의 지원

센터를 설립하고, 섬유와 전자를 동시에 이해하고 있는 전문 연구원들에 의하여 다양

한 제품 설계, 시제품 제작 등의 지원이 실질적으로 이루어 져야 한다. 또한, 기술 및

제품 개발의 방향도 기존의 섬유 소재(예: 전도성 섬유) 에 집중된 점을 변경하여, 섬

유 전자 소자(예: 센서, 스위치, 배터리, 슈퍼 캐패시터, 인덕터, 솔라셀등) 개발 중심

으로 집중적으로 기술 개발이 이루어져야 하며, 소재 단일 성능보다는 최종 제품 또

는 모듈의 성능을 기술 개발 목표로 정하고, 실제 소비상화에서 사용될 수 있는 완제

품 형태에서의 성능을 기술 개발 목표로 하여 기술 개발을 진행하여야 한다.

ICT 관련 수요 기업과의 정보 교류를 강화하여, ICT 섬유 제품의 상품화를 위한 성

숙기간 필요성 인지하고, 지속적인 교류를 통하여 이에 필요한 반도체, ICT, 디스플레

이, 모바일 등의 기술 등 융합 사업 추진의 충분한 동력 확보하고, 피트니스와 웰니

스, 인포테인먼트, 보건과 의료, 산업 및 군수 분야 등에 활용될 수 있는 가상의 사례

들을 확보하여, 향후 본격화되는 웨어러블

디바이스의 플랫폼 지원 산업으로써의 ICT

융합 섬유 산업을 발전시켜 나가야 할 것이

다.

김주용 교수숭실대학교 유기신소재․파이버공학과