[스마트경제=복현명 기자] 현가담 이화여자대학교 화학·나노과학전공 교수 연구팀이 색 변화와 검정색을 동시에 구현하는 구조색 기반 전자종이 디스플레이 기술을 세계 최초로 개발하는 데 성공했다.
‘전자종이(e-paper 또는 e-reader)’는 기존 LCD 디스플레이와 다르게 자체적인 광원 없이 일반 종이처럼 바깥의 빛을 반사시켜서 구동하는 디스플레이다.
아마존 ‘킨들(Kindle)’ 같은 e북 리더기로 널리 알려진 전자종이는 일반 디스플레이보다 전력소모가 매우 적고 얇으면서도 깨지지 않아 전자서적, 센서, 광고판 등 활용 가능성이 무궁무진하다.
오랜 기간 흑백에 머물렀던 전자종이는 최근 컬러 화면으로 개발되며 진화하고 있지만 색상의 밝기, 변환 대비, 채도 등 성능 면에서 개선의 여지가 큰 상황이었다.
이에 현가담 이화여대 교수팀은 세계 최초로 컬러 전자종이에서 색상 변화와 온·오프 스위칭이 높은 대비로 구현될 수 있는 동적 반사형 구조색 픽셀(화소)을 구현했다.
빛의 공명을 일으키는 나노구조를 설계한 후 전기화학적으로 최적인 구조와 결합해 동적 고대비 반사형 구조색 픽셀을 실험적으로 규명하는 데 성공한 것이다.
이번 연구성과(Active electrochemical high-contrast gratings as on/off switchable and color tunable pixels)는 문천우 박사후연구원과 김영지 박사과정생이 제1저자로 참여해 세계적 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’ 온라인 판에 6월 13일 게재됐다.
현 교수팀은 백금(Pt) 기판 위에 형성된 산화티타늄(TiOx) 그레이팅에 구리(Cu) 이온을 전기화학적 산화환원 반응으로 증착하고 녹이는 과정을 통해 색상 변화와 온·오프 스위칭을 한 시스템에서 가능하게 하는 반사형 디스플레이를 개발했다.
용매에 녹아있는 구리(Cu) 이온이 유전체 그레이팅에 붙으면 금속 그레이팅으로 구조 전환이 일어나게 돼 공명 특성이 변하고 이에 따라 색상 변화가 구현되는 원리이다. 더불어 구리 이온이 녹을 때 생성되는 다공성 구조는 검정색을 구현한다.
이런 동적 구조색은 수직으로 배열된 교차 편광자를 통해 배경과의 높은 대비를 가능하게 하여 최대 199nm의 색 변화와 최대 97%의 온·오프 색 대비를 보여줘 연구팀은 간단한 과일 소자의 색 변화, 픽셀 어레이에서의 온·오프 스위칭을 성공적으로 구현함으로써 이 시스템의 디스플레이로의 적용 가능성을 확인했다.
이번 연구는 정부(과학기술정보통신부)의 재원으로 선도연구센터와 미래소재디스커버리사업, 한국기초과학지원연구원 국가연구시설장비진흥센터의 지원으로 이뤄졌다.
복현명 기자 hmbok@dailysmart.co.kr
