KAIST, 햇빛 아래에서도 또렷한 디스플레이 기술 개발

오팔보석과 오팔보석 내부의 나노 유리구슬 배열 구조/사진=KAIST

국내 연구진이 햇빛 아래에서도 선명하게 볼 수 있는 차세대 반사형 디스플레이 핵심 소재를 개발했다.

KAIST 생명화학공학과 고(故) 양승만 교수 연구팀은 광식각 공정을 이용해 차세대 광학소재로 주목받는 광결정의 상용화를 앞당길 수 있는 미세패턴 기술을 개발했다고 7일 밝혔다.


광결정이란 나노 구조에 의해 빛의 선택적 반사가 일어나는 물질을 말한다.

이번에 개발된 광결정 미세패턴은 별도의 광원을 사용하지 않기 때문에 한번 충전으로 수일 이상 사용할 수 있을 것으로 예상된다.

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

광식각 기반의 광결정 미세패턴 형성 공정도/사진=KAIST

이에 연구팀은 '오팔(Opal)' 보석이 갖고 있는 나노 구조를 모방했다.

오팔 보석은 색소가 없지만 우리 눈에는 다채로운 빛깔로 보인다. 표면의 규칙적인 나노 구조로 인해 특정 파장의 빛만이 반사되기 때문.

연구팀은 자외선에 의해 광경화가 일어나는 물질 위에 오팔보석과 동일한 나노 구조로 유리구슬을 배열하고 고분자 물질 내부로 함침했다.

이어 자외선을 미세영역에 선택적으로 노출한 다음 나머지 영역을 현상해내는 광식각 공정을 이용해 광결정을 미세한 패턴으로 제조하는데 성공했다.

이번 연구의 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.

故 양승만 교수/사진=KAIST

고 양승만 교수는 콜로이드 및 유체역학 분야의 세계적인 대가로 지난해 9월 불의의 의료사고로 고인이 되기 직전까지 연구를 진행해왔다.

양 교수는 국제 저명학술지에 193편의 논문을 게재했으며, 듀폰 과학기술상(2007년), 올해의 KAIST인상(2008년), 경암학술상(2009년)을 수상한 바 있다. 고인이 된 후 지난 3월엔 대통령 표창을 받았다. 연구진들은 고인을 기리며 이번 연구 결과를 고 양승만 교수에게 헌정했다.

이번 연구성과는 재료 분야의 세계적 권위지 ‘어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)’ 지난달 16일자에 게재됐다.

◆용어설명

▶광결정: 빛의 파장의 절반 수준에서 굴절률이 규칙적으로 변하는 물질로써 특정 에너지를 갖는 광자가 물질 내에 존재할 수 없는 광밴드갭 (photonic bandgap)을 갖는 물질을 말함. 광밴드갭에 해당하는 파장이 가시광선 영역에 있을 때, 외부에서 입사하는 백색광 중 광밴드갭에 해당하는 파장의 빛이 선택적으로 반사되어 금속 광택과 흡사한 느낌의 색깔을 보임.

▶광식각법: 반도체 공정에서 주로 사용되는 패턴 형성법으로, 자외선 노출에 의해 광경화가 일어나는 감광성 고분자(photoresist)에 선택적인 자외선 노출 후 노출되지 않은 부분을 현상함으로써 미세 패턴을 형성하는 방법.

▶함침: 가스 상태나 액체로 된 물질을 물체 안에 침투하게 해 그 물체의 특성을 사용 목적에 따라 개선함.