미시건 대학 (University of Michigan) 의 과학자들이 기존의 한계를 뛰어넘는 초고해생도 컬러 디스플레이 기술을 선보였습니다. 물론 실용화 여부는 지켜봐야 겠지만 진화의 창조물을 모방한 기발한 아이디어라고 할 수 있습니다.
연구팀이 주목한 것은 바로 공작 수컷 (Peacock) 의 화려한 깃털이었습니다. 이 깃털은 그냥 보더라도 화려하지만 보는 각도에 따라 빛을 다르게 반사해서 다양한 색을 나타내는 신기한 기능도 가지고 있습니다. 과학자들은 공작의 깃털이 이런 형상을 띄는지 알고 있습니다. 그것은 이 깃털에 있는 미세한 홈이 특정한 파장대의 빛을 반사하므로써 나타나는 현상입니다.
제이 구오 (Jay Guo : professor of electrical engineering and computer science ) 를 비롯한 연구팀은 이를 응용해서 완전시 새로운 형식의 전자 잉크 (e ink) 나 디스플레이를 개발하려는 착상을 했습니다. 만약 이와 같은 전자 잉크가 가능하다면 자체 백라이트가 없이도 그냥 일반 종이처럼 어두운 곳만 아니면 얼마든지 읽을 수 있을 수 있습니다. 왜냐하면 디스플레이 자체가 빛을 반사하기 때문이죠. 기존의 LCD나 그 비슷한 평면 디스플레이는 밝은 태양빛 아래서는 잘 안보일 수도 있지만 이 디스플레이는 빛을 반사하는 능력이 있어 오히려 반대로 더 잘 보입니다. 주변의 광원만 있으면 별도의 백라이트 없이도 잘보이는 디스플레이는 전력 소모를 획기적으로 감소시킬 수 있습니다. 어두운 곳에서만 백라이트가 작동하면 되니까요.
또 한가지 주목할 만한 점은 이런 작은 홈을 만드는 기술이 매우 미세한 픽셀까지 표현이 가능하다는 점입니다. 미시건 대학 팀은 170 nm 깊이에 180 nm 정도 면적을 차지하는 공간에 40 nm 의 슬릿 (slit 틈세) 을 만드는 경우 붉은 색 파장 광선을 가두고 청록색 (cyan) 파장의 광선을 반사시키는 것을 발견했습니다. 또 60 nm slit 은 녹색을 가두고 자홍색 (magenta) 를 반사시키며 90 nm slit 의 경우 푸른색을 가두고 노란색을 반사시키는 현상이 있습니다. 이를 이용하면 400 - 700 nm 파장대의 대부분의 가시 광선을 표현할 수 있습니다.
연구팀은 이를 유리 기판위에 얇은 은 (silver) 층에서 구현했습니다. 각각의 소자는 슬릿으로 구성되어 있으며 빛이 작은 홈에 닿으면 특정한 파장대의 빛을 반사하는 소자가 이를 반사하도록 조절할 수 있습니다. 이를 통해 연구팀은 지금까지 존재한 적아 없을 만큼 미세한 픽셀을 지닌 정지 화면을 구현했습니다.
(20 ㎛ 막대와 비교했을 때 이 올림픽 링이 얼마나 작은 지 알 수 있을 것임. 하나의 동그라미는 일반적인 동물 세포의 몇배 크기에 불과하며 인간의 머리카락 굵기보다 작음. University of Michigan researchers created the color in these tiny Olympic rings using precisely-sized nanoscale slits in a glass plate coated with silver. Each ring is about 20 microns, smaller than the width of a human hair. They can produce different colors with different widths of the slits. Yellow is produced with slits that are each 90nm wide. The technique takes advantage of a phenomenon called light funneling that can catch and trap particular wavelengths of light, and it could lead to reflective display screens with colors that stay true regardless of the viewer's angle Credit : University of Michigan )
(올림픽 링의 디테일 이미지로 작은 홈으로 이루어진 디스플레이임 Detail images of the Olympic rings, as viewed through a scanning electron microscope. The magenta color in the bow is produced with several short lines, as small as 100nm long and 60nm wide, demonstrating ultra-high color resolution. The purple color in the gymnast's rope is produced by just two nanoscale grooves Credit : University of Michigan )
이와 같은 Nanogroove 기술은 아직은 동영상을 구현하지는 못하기 때문에 지금 당장 응용이 가능한 분야는 전자 잉크입니다. 하지만 웬만한 사진 저리가라 할 정도의 초고해상도의 컬러 전자 잉크만이라도 상용화 된다면 그 쓰임새는 적지 않을 것으로 기대됩니다. 또 동영상이 구현 가능할 만큼 반응 속도가 빨라지면 미래 디스플레이의 혁명을 일으킬 수 있는 기술입니다. 다만 실제로 산업 스케일로 대량 생산이 적당한 가격과 신뢰도 및 내구성을 가지고 가능한지는 역시 지켜봐야 알 수 있을 것입니다. 아무튼 이런 초 미세 픽셀 구현이 가능하다는 것 자체가 꽤 신기한 일이라고 하겠습니다.
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