뇌구조 모방한 전자소재로 팔색조 컬러 구현…디스플레이 기술의 진보 앞당길 듯

노준석 포스텍 교수

정윤영 포스텍 교수

포스텍(포항공대) 기계공학과·화학공학과 노준석 교수, 기계공학과 통합과정 김인기 씨, 전자전기공학과 정윤영 교수, 석사과정 윤주영 씨 연구팀은 인듐, 갈륨, 아연, 산소로 구성된 디스플레이 패널인 IGZO를 이용해 구조색을 임의로 변경할 수 있는 기술을 개발했다.

IGZO가 나노광학 분야에 접목되긴 이번이 처음으로, 구체적 연구결과는 국제 권위지 '포토닉스 리서치' 1일자에 발표됐다.

구조색 기술은 염료를 사용하지 않기 때문에 색이 바래지 않고, 외부의 강한 광원 없이 저전력 디스플레이를 가능하게 하는 미래 기술로 주목받고 있다. 하지만 소자를 한 번 제작하면, 특성을 바꿀 수 없어 재현할 수 있는 색이 고정된다는 점이 구조색 기술의 한계로 인식됐다.

이에 연구팀은 플렉서블 디스플레이뿐만 아니라 인간의 뇌구조를 모방해 만든 반도체 칩 '뉴로모픽' 전자소자에도 활발히 이용되고 있는 물질인 IGZO를 주목했다.

IGZO는 수소 플라즈마 처리 공정을 거쳐 층 안에 전자 농도를 임의로 조절할 수 있고, 이를 통해 가시광선 전 영역에서 굴절률을 조절할 수 있다. 또 가시광선 영역에서 매우 선명한 색을 투과시킬 수 있는 가변형 컬러필터를 구현할 수 있다는 사실도 나노광학 시뮬레이션을 통해 검증했다.

연구팀이 개발한 IGZO 기반의 컬러필터 기술은 4층의 멀티레이어로 구성돼 있으며, 특정한 파장만 투과시키는 파브리-페로 공진 특성을 이용해 선명한 색을 만들어 낼 수 있다.

이러한 설계 방식은 대면적 디스플레이용 컬러필터에 접목될 수 있는데다 마이크로(100만분의 1) 또는 나노(10억분의 1) 크기의 컬러프린팅 기술에도 접목가능하다.

노준석 교수는 "연구는 IGZO를 나노광학 구조색 디스플레이 기술에 적용한 첫 사례라는 점에서 의미있다"며 "투과되는 빛을 임의로 걸러낼 수 있는 이 기술은 위변조 방지 디스플레이 기술 등에 다양하게 접목될 수 있다"고 했다.