<사진. 라이스 대학의 새로운 천연색 디스플레이 기술은 고선명 LCD 디스플레이와 비교할 만큼 풍부한 적색, 녹색, 청색 색조 등 12가지 색깔들을 만들 수 있다
출처. KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』>

선명한 천연색 디스플레이를 위한 오징어 피부 메타물질

색깔을 볼 수 있고 자동적으로 배경과 섞일 수 있는 위장 메타물질인 인공 오징어 피부를 만들는 문제는 라이스 대학 나노포토닉스 연구실 (LANP)에 의해 최근 발표된 놀라운 색깔-디스플레이 기술로 인해 실현 가능성이 높아지고 있다.

새로운 천연색 디스플레이 기술은 오늘날 최신 LCD 텔레비전과 모니터에서 보인 선명한 적색, 청색, 녹색을 만드는 알루미늄 나노입자들을 이용한다. 이 기술은 국립 과학 아카데미 학회지 (PNAS)에 최근 게재된 새로운 연구에서 잘 볼 수 있다.

이 발견은 오징어, 문어, 갑오징어 등 해양류인 두족류의 위장술을 모방할 수 있는 메타물질을 만들기 위해 2010 년 구성된 라이스 연구팀에 의한 최근의 발견들 중 최신 결과이다.

연구원들의 목표는 동물들의 피부에서 나타나는 같은 종류의 분산된 광민감 및 처리 능력을 가진 새로운 물질을 개발하기 위해 이런 놀라운 동물들을 연구하는 것이라고 PNAS 연구의 공저자인 LANP 소장 나오미 하라스 박사가 전했다. 그녀는 볼티모어에 위치한 메릴랜드 대학 해양 생물학 연구소의 해양 생물학자인 로저 한론 등 다수의 연구팀을 위해 해군 연구소 6 백만 달러 지원 연구의 주 발명자이다.

두족류들이 사람의 망막 내에서 가진 것과 같은 단백질을 가지고 있으며 직면한 문제는 두족류의 피부가 광을 보는 방법으로 광을 볼 수 있는 재료를 만드는 것이다. 또 하나의 문제는 선명한 위장 패턴들을 반응하고 보일 수 있는 시스템을 디자인하는 것이다.

LANP의 새로운 천연 디스플레이 기술은 개별 픽셀이 수 백 개의 알루미늄 나노로드들을 포함한 5마이크로 크기 사각 픽셀들에서 밝은 적색, 청색, 녹색 빛깔들을 보여주는 것이다. 나노로드의 길이와 나노로드 사이 간격을 변화시켜, LANP 연구원들은 고선명 LCD 디스플레이와 비교할 수 있을 만큼 선명한 적색, 녹색, 청색 등 12가지 색깔들을 만드는 픽셀들을 개발할 수 있다는 것을 보였다.

알루미늄은 마이크로전자소자 생산 방법에 호환되기 때문에 유용하지만, 지금까지, 플라즈몬 알루미늄 나노로드들에 의해 만들어진 색깔들은 약하고 선명하지 못했다고 PNAS 연구에서 주 연구원이며 라이스 대학 화학과 부교수인 링크 박사가 말했다. 이 연구에서 주요 진보는 정렬된 배열 내 나노로드들을 위치시키는 것이었다.

연구원들은 배열 구성이 두 가지 방법으로 픽셀의 색깔을 조절할 수 있게 해주었다고 전했다. 하나는 나노로드의 길이를 변화시키는 것이고 또 다른 하나는 나노로드 사이의 공간 길이를 조절하는 것이다. 이 정렬은 알루미늄 나노입자들에 의해 일반적으로 만들어지는 일반적인 약한 그림자들 대신 개별 색깔로 출력 스펙트럼을 좁힐 수 있었다.

5마이크로 사각 픽셀들은 상용 LCD 디스플레이에서 사용되는 픽셀들보다 40배 더 작다. 이런 픽셀들을 만들기 위해 연구원들은 40 나노미터 너비와 100 나노미터 길이로 측정된 알루미늄 나노로드들을 이용했다. 그리고 각 픽셀 내 일정한 나노로드 정렬로 배열들을 만들기 위해 전자 빔 증착을 이용했다.

연구원들은 물리학과 천문학과 교수인 피터 노르드랜더 박사와 박사후 연구원인 라이스 물리학자 알레잔드로 만자바카스 박사에 의한 이론 계산들을 이용하여 각 픽셀에 의해 만들어진 색깔을 미세 조정할 수 있었다.

연구원들은 나노로드들 사이의 원장 플라즈몬 상호작용의 자세한 모델을 만들었고 이 모델이 매우 정확하게 색깔 내 조절을 위해 이용할 수 있기 때문에 매우 중요하다고 증명했다.

연구팀은 액정, 편광판과 개별적으로 위치 지정가능한 픽셀 등 현재 디스플레이 내에서 사용되는 같은 많은 소자들을 이용하여 LCD 디스플레이를 개발하길 기대하고 있다. 포토닉 알루미늄 배열들은 대부분의 상용 디스플레이 내 발견되는 천연색 염료들을 대신하여 이용될 수 있다. 염료와 달리, 이 배열들은 광에 장시간 노출 후 변색이나 표백되지 않으며 나노로드의 고유 방향성이 또 다른 장점을 제공한다. 개별 배열 내 나노로드가 같은 방향으로 정열되기 때문에, 연구원들의 픽셀들은 평광된 빛을 제공한다.

연구원들은 디스플레이 기술을 더 개발하고 대형 폴리머 시트들 상에 패턴들을 보이고 광을 감지하도록 개발된 다른 새로운 기술들과 결합시키기 원하고 있다. 예를 들어, 연구원들은 색깔 감지를 위해 알루미늄 기반 CMOS 호환 공감지기 기술을 어드밴스드 머터리얼스 지에 게재했다. 또한 공동 주 발명자인 어바나 샴페인의 일리노이스 대학 존 로제스 박사는 주위 환경과 일치하기 위해 색깔을 변화시킬 수 있는 플렉서블 흑백 폴리머 디스플레이를 개발하는 새로운 방법을 PNAS에 개념 증명 연구로 게재했다.

연구원들은 천연색으로 광을 감지하고 천연색 위장 디스플레이로 반응하는 새로운 물질을 만들기 위해 이런 기술 모두를 결합하기를 원하고 있다.

■ KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 http://mirian.kisti.re.kr