포스텍(총장 김무환)은 노준석 기계공학과·화학공학과 교수와 김인기 기계공학과 통합과정생 연구팀이 인간 뇌 구조를 모방해 만든 반도체 칩을 활용해 염료를 사용하지않고 팔색조 컬러를 구현하는데 성공했다고 1일 밝혔다. 정윤영 전자전기공학과 교수와 윤주영 석사과정 연구팀이 함께 참여한 이번 연구결과는 국제 권위지 '포토닉스 리서치' 1일자에 발표됐다.
![노준석 포스텍 교수](https://img.etnews.com/photonews/2009/1333039_20200901095803_148_0001.jpg)
연구팀은 산화물 반도체 일종인 IGZO(Indium-Gallium-Zinc-Oxide)를 이용해 구조색을 임의로 변경할 수 있는 기술을 개발했다. 특히 IGZO는 플렉서블 디스플레이뿐만 아니라 뉴로모픽 전자소자에도 활발히 이용되고 있는 물질이다. 연구팀은 이를 나노광학 분야에 처음으로 접목했다.
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 흡광 계수는 거의 제로(0)에 근접하기 때문에 빛 손실이 극히 적어 매우 선명한 색을 투과시킬 수 있는 투과 형태의 가변형 컬러필터를 구현할 수 있음을 나노광학 시뮬레이션 및 실험을 통해 검증했다.
연구팀이 개발한 IGZO 기반 컬러필터 기술은 4층의 멀티레이어로 구성되어 있고, 파브리-페로(Fabry-Perot) 공진 특성을 이용해 선명한 색을 투과시킬 수 있다.
![IGZO 기반 가변형 컬러필터 기술 모식도 및 마이크로 컬러픽셀 실험 결과](https://img.etnews.com/photonews/2009/1333039_20200901095803_148_0002.jpg)
이러한 설계 방식은 대면적 디스플레이용 컬러필터에 접목될 수 있을 뿐만 아니라 마이크로(100만분의 1)나 나노(10억 분의 1) 사이즈 컬러프린팅 기술에도 접목할 수 있다. 연구팀은 이를 검증하기 위해 마이크로미터(μm) 사이즈 픽셀 크기를 갖는 컬러프린팅 기술을 구현했다.
그 결과 IGZO 층의 전하 농도에 따라 센티미터 또는 마이크로미터 크기 컬러픽셀에서 나오는 색을 임의로 조절할 수 있음을 확인했다. 그리고 기존 다른 전고체 가변형 재료들에 비해 전자 농도를 통해 굴절률을 변화시키기 때문에 더욱 안정적이고 빠르게 구조색을 변화시킬 수 있다는 것을 확인했다.
노준석 교수는 “플렉서블 디스플레이나 뉴로모픽 전자 소자 등에 활용되고 있는 차세대 산화물 반도체인 IGZO를 나노광학 구조색 디스플레이 기술에 적용한 첫 사례”라며 “차세대 저전력 반사형 디스플레이, 위변조 방지 디스플레이 기술 등에 접목할 수 있을 것”이라고 말했다.
포항=정재훈기자 jhoon@etnews.com