[베리타스알파=신승희 기자] 머리카락 세 가닥에 불과한 아주 얇은 두께에서 사진처럼 선명한 컬러 이미지를 볼 수 있는 기술이 나왔다. 포스텍 연구팀은 자연에 존재하지 않는 물질인 '메타표면'으로 고성능 스마트폰의 120배에서 170배 해상도에 달하는 컬러필터를 만들어냈다고 24일 전했다.
포스텍 기계공학과/화학공학과 노준석 교수/기계공학과 박사과정 트레본 베드로(Trevon Badloe) 씨/통합과정 김주훈 씨/김인기 박사(현 성균관대 생명물리학과 교수), 화학공학과 김영기 교수/통합과정 김원식 씨, 전기전자공학과 김욱성 교수 연구팀은 이 같은 내용의 연구를 진행, 국제 학술지 '빛: 과학과 응용(Light: Science & Application)'에 최근 발표했다.
나노 구조체의 주기적인 배열로 이뤄진 메타표면은 구조색1)의 밝기가 밝을 뿐만 아니라, 색을 선명하게 표현할 수 있는 소재로 주목받고 있다. 기존에도 금속 구조체를 이용한 플라즈모닉 구조색이나, 유전체 재료를 이용한 구조색으로 선명한 컬러 이미지를 인쇄하려는 연구가 진행된 바 있다. 다만 이 기술을 상용화하기 위해서는 우선 특정 자극에 의해 색깔이 변하는 유연한 인쇄 기술이 필요했다.
연구팀은 채도와 휘도가 높은 3원색을 자유자재로 끄고 켤 수 있는 메타표면 컬러필터를 개발했다. 빨강, 초록, 파랑 등 3원색을 각각 픽셀 단위로 제어할 수 있다면 색상을 유연하게 표현할 수 있다는 점에 착안한 것이다.
이 컬러필터는 3원색의 밝기를 각각 조절하면서 서로 색깔을 섞어 다양한 색을 만들 수 있다는 게 특징이다. 따라서 블랙, 화이트를 비롯하여 다양한 색의 밝기를 연속적으로 조절할 수 있다. 밝기 조절이 불가능하고, 하나의 픽셀로 다양한 색을 표현했던 기존의 컬러필터와 크게 차별화되는 점이다.
하나의 픽셀이 420nm(, 1nm=10억분의 1m)(빨강), 360nm(초록), 300nm(파랑) 크기로 매우 작은 이 컬러필터의 해상도는 무려 60,000PPI(Pixels Per Inch, 1인치당 픽셀의 개수)(빨강), 70,000PPI(초록), 85,000(파랑)에 이른다. 우리가 흔히 쓰는 최신 스마트폰이 500PPI 정도인데, 이보다도 약 120배에서 170배 높다. 연구팀은 머리카락의 두세 가닥에 달하는 2~300마이크로미터(㎛) 두께에 선명한 이미지를 표현하는 데 성공했다.
가볍고 얇은 디스플레이에서 선명한 이미지를 표현할 수 있도록 한 이번 연구 성과에 학계에서도 관심이 집중된다. 나아가, 색상을 각각 제어할 수 있기 때문에 암호화 장치나 반사 디스플레이로도 활용할 수 있을 것으로 기대된다.
한편, 이 연구는 삼성미래기술육성센터, 포스코산학연융합연구소, 한국연구재단 등의 지원을 받아 이뤄졌다
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