고해상도 메타표면 컬러필터 개발
얇은 두께에서도 선명한 이미지 볼 수 있어
스마트폰의 120~170배에 이르는 해상도 달성
이는 머리카락 세 가닥에 불과한 아주 얇은 두께에서 사진처럼 선명한 컬러 이미지를 볼 수 있는 기술이라고 설명했다.
나노 구조체의 주기적인 배열로 이뤄진 메타표면은 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.
하지만 이 기술을 상용화하기 위해서는 우선 특정 자극에 의해 색깔이 변하는 유연한 인쇄 기술이 필요했다.
연구팀은 이번에 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 특징으로 블랙, 화이트를 비롯 다양한 색의 밝기를 연속적으로 조절할 수 있다.
밝기 조절이 불가능하고, 하나의 픽셀로 다양한 색을 표현했던 기존의 컬러필터와 크게 차별화되는 점이다.
우리가 흔히 쓰는 최신 스마트폰이 500PPI 정도인데, 이보다도 약 120배에서 170배 높다. 연구팀은 이번에 머리카락의 두세 가닥에 이르는 2~300마이크로미터(㎛) 두께에 선명한 이미지를 표현하는 데 성공했다.
이 성과는 가볍고 얇은 디스플레이에서 선명한 이미지를 표현할 수 있어 학계의 관심을 끌고 있다. 나아가, 색상을 각각 제어할 수 있기 때문에 암호화 장치나 반사 디스플레이로도 활용할 수 있을 것으로 기대되고 있다.
이 연구결과는 국제학술지 ‘빛: 과학과 응용(Light: Science & Application)’ 최근 호에 발표됐다.
이 연구는 삼성미래기술육성센터와 포스코산학연융합연구소, 한국연구재단 등의 지원을 받아 진행됐다.
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