IGZO 기반 가변형 컬러필터 기술 모식도 및 마이크로 컬러픽셀 실험 결과.[포스텍 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 국내 연구진이 인간의 뇌 구조를 모방해 만든 반도체 칩을 활용해 색상을 자유자재로 바꿀 수 있는 디스플레이 기술을 개발했다.

포항공과대학교(포스텍) 기계공학과·화학공학과 노준석 교수 연구팀은 산화물 반도체 일종인 IGZO(Indium-Gallium-Zinc-Oxide)를 이용해 구조색을 임의로 변경할 수 있는 기술을 개발했다고 1일 밝혔다. IGZO는 수소 플라즈마 처리 공정을 거쳐 층 안에 전자 농도를 임의로 조절할 수 있고, 이를 통해 가시광선 전 영역에서 굴절률을 조절할 수 있다.

연구팀이 개발한 IGZO 기반의 컬러필터 기술은 4층의 멀티레이어(Ag-IGZO-SiO2-Ag)로 구성되어 있으며, 선명한 색을 투과시킬 수 있다. IGZO 층의 전하 농도가 증가할수록 굴절률이 감소하고, 이는 선택적으로 투과되는 빛의 공명 특성을 변화시킬 수 있는 것을 실험적으로 확인했다.

이같은 설계 방식은 대면적 디스플레이용 컬러필터에 접목될 수 있을 뿐만 아니라, 마이크로(10-6, 100만분의 1) 또는 나노(10-9, 10억 분의 1) 사이즈의 컬러프린팅 기술에도 접목될 수 있다.

연구팀은 이를 검증하기 위해 마이크로미터(μm, 1m의 100만분의 1) 사이즈의 픽셀 크기를 갖는 컬러프린팅 기술을 구현했다.

그 결과 IGZO 층의 전하 농도에 따라 센티미터 또는 마이크로미터 크기의 컬러픽셀에서 나오는 색을 임의로 조절할 수 있음을 확인했다. 그리고 기존 다른 전고체 가변형 재료들에 비해 전자 농도를 통해 굴절률을 변화시키기 때문에 더욱 안정적으로 그리고 빠르게 구조색을 변화시킬 수 있다는 것을 확인했다.

노준석 교수는 “이 연구는 플렉서블 디스플레이나 뉴로모픽 전자 소자 등에 활용되고 있는 차세대 산화물 반도체인 IGZO를 나노광학 구조색 디스플레이 기술에 적용한 첫 사례”라며 “전하농도를 조절함에 따라 투과되는 빛을 임의로 걸러낼 수 있는 이 기술은 차세대 저전력 반사형 디스플레이, 위변조 방지 디스플레이 기술 등에 접목될 수 있을 것으로 기대된다”라고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘포토닉스 리서치’ 9월 1일자로 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com