햇빛에서도 선명한 디스플레이 기술 개발

오팔 보석이 갖고 있는 나노 구조 모방

햇빛 아래에서도 선명한 디스플레이 원천 기술을 국내 연구진이 개발했다. 차세대 광학소재인 광결정의 실용적 패턴화 기술이 주요 내용이다.

연구는 색소는 없지만 사람 눈에 다채로운 빛깔로 보이는 오팔(Opal) 보석에서 착안했다. 표면의 규칙적인 나노 구조로 인해 특정 파장의 빛만이 반사되는 점을 따온 것이다. 나노 구조에 의해 빛의 선택적 반사가 일어나는 물질을 ‘광결정’이라고 한다.

KAIST는 생명화학공학과 故 양승만 교수 연구팀이 광식각 공정을 이용해 차세대 광학소재로 주목받는 광결정의 상용화를 앞당길 수 있는 미세패턴 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.

故 양승만 교수는 콜로이드와 유체역학 분야 대가다. 이같은 기술 내용을 담은 생전 마지막 논문이 재료 분야 세계적 권위지인 ‘어드밴스드 머터리얼스’에 지난달 게재됐다.광결정 미세패턴은 햇빛 아래에서도 선명하게 볼 수 있는 차세대 반사형 디스플레이의 핵심 소재로 사용될 전망이다. 별도 광원을 사용하지 않기 때문에 한번 충전으로 수일 이상 사용할 수 있다.

그간 많은 과학자들이 광결정을 인공적으로 제조하기 위해 노력해 왔지만 대부분 덩어리 형태로 만들어 제작 효율성이 떨어졌다. 또 형성된 구조의 기계적 안정성이 낮아 상용화가 어려웠다.

연구팀은 오팔 보석이 갖고 있는 나노 구조를 모방했다. 자외선에 의해 광경화가 일어나는 물질 위에 오팔 보석과 동일한 나노 구조로 유리구슬을 배열하고 고분자 물질 내부로 함침했다. 자외선을 미세영역에 선택적으로 노출한 다음 나머지 영역을 현상해내는 광식각 공정을 이용해 광결정을 미세한 패턴으로 제조하는데 성공했다.

연구 공동저자인 KAIST 생명화학공학과 김신현 교수는 “반도체 공정 기술을 광결정 패턴기술과 결합해 광결정의 실용화 기술 확보가 가능할 것”이라며 “향후 전력소모가 매우 낮은 차세대 반사형 컬러 디스플레이 소자를 구성하는 핵심 광학소재로 사용될 수 있다”고 설명했다.

한편, 이 연구는 미래창조과학부에서 지원하는 창의적연구진흥사업으로의 일환으로 KAIST 광자유체집적소자 연구단이 진행했다.