국내 연구진이 나노 구조에서 관찰되는 고지향성 발광 패턴을 규명하는 데 성공했다.
한국전기연구원(KERI)은 표재연 박사 박사팀이 세계 최초로 3차원(3D) 프린팅된 나노 구조의 발광 패턴을 규명했다고 22일 밝혔다.
화소 수가 많을수록 디스플레이 장치의 해상도가 높아져 영상·사진을 더 정밀하고 섬세하게 표현할 수 있다. 화도 밀도를 높이는 발광 소자를 마이크로미터(㎛·100만분의 1ｍ)를 넘어 나노미터(㎚·10억분의 1미터)로 더 작게 제작하려는 연구가 이어지는 이유다.
발광 소자 크기가 수백㎚ 수준까지 작아지면 빛과 물질 상호작용에 특이한 변화가 발생, 기존에 일관됐던 발광 패턴과 큰 차이가 나타난다. 이같은 특이한 발광 패턴에 관한 이해는 나노 발광 소자를 실제 활용하는 데 필수적이다.
나노 포토닉 3D 프린팅 기술로 수년간 디스플레이 분야를 연구해 온 표 박사 연구팀은 그간 축적한 성과를 바탕으로 나노 구조에서 관찰되는 고지향성 발광 패턴을 규명하는 데 성공했다고 KERI는 설명했다.
일반적인 화학적·물리적 증착법으로는 발광 소재를 원하는 위치에 원하는 크기로 균일하게 제작하기가 어렵다. 하지만 KERI가 보유한 3D 프린팅 기술은 인쇄 노즐 구경으로 구조물 직경 한정이 가능해 발광 소재를 원하는 위치에 원하는 크기로 제작할 수 있다.
연구팀은 이를 활용해 발광 양상을 확인했다. 그 결과 발광 소자 크기가 직경 300㎚ 수준으로 작아지면 공간 제한으로 내부 빛 반사가 없어져 일직선의 한 방향으로만 전파되고, 이로 인해 빛이 방출될 때 높은 지향성(방향성)을 보인다는 것을 확인했다. 기본적으로 빛은 구조물 내부에서 다양한 경로로 전파돼 넓은 발광 패턴을 보이지만, 나노선 구조에서는 일직선인 단일 경로만 존재해 고지향성 발광 패턴을 나타낸다.
연구팀은 이번 성과는 디스플레이는 물론 광 저장매체, 암호화 장비 등의 성능을 높이는 데 활용할 수 있다고 설명했다. 지향성 발광 패턴을 갖는 나노선은 높은 밀도로 모여도 화소 간 구분이 명확해 정보 해석에 왜곡이 없다. 따라서 고성능 장치 구현에 쓰일 수 있다. 연구팀은 성과 응용·확산에 나서는 한편 원하는 구조물을 자유롭게 만드는 3D 프린팅 기술을 활용해 ㎚ 영역에서 생기는 다양한 광물리 현상을 계속 규명할 계획이다.
이번 연구 결과는 미국화학회(ACS)가 발행하는 나노과학 분야 최상위급 과학기술논문인용색인(SCI) 학술지인 ‘ACS 나노’의 최신호 표지논문으로 실렸다.
과학기술연합대학원대학교(UST) 부교수를 겸임하고 있는 표 박사는 “나노 영역에서 광물리 연구는 비용과 시간이 많이 드는데, 간단하고 유연한 3D 프린팅으로 나노 구조의 발광 양상을 최초로 규명했다”고 말했다. 이어 “이번 성과는 국가전략기술인 첨단 디스플레이와 양자 분야 기술 경쟁력 향상에 크게 이바지할 것”이라고 덧붙였다.
KERI는 과학기술정보통신부 국가과학기술연구회 산하 정부출연연구기관(출연연)이다.
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