포스텍 연구팀 "머리카락 두께 컬러 이미지 구현"

"스마트폰의 120∼170배 해상도 메타표면 필터 만드는 데 성공"
"혁신적인 디스플레이 기술 기대"

포스텍 노준석 교수

포스텍 박사과정 트레본 베드로 씨

포스텍 통합과정 김주훈

성균관대 김인기 교수

포스텍 김영기 교수

포스텍 통합과정 김원식

머리카락 세 가닥에 불과한 두께에서 사진처럼 선명한 컬러 이미지가 구현돼 미래의 디스플레이 기술에 대한 기대감이 커지고 있다.

포스텍 기계공학과·화학공학과 노준석 교수·기계공학과 박사과정 트레본 베드로 씨·통합과정 김주훈 씨·김인기 박사(현 성균관대 생명물리학과 교수), 화학공학과 김영기 교수·통합과정 김원식 씨, 전기전자공학과 김욱성 교수 연구팀은 자연에 존재하지 않는 물질인 '메타표면'으로 고성능 스마트폰의 120~170배 해상도에 달하는 컬러필터를 만드는 데 성공했다.

연구결과는 국제 학술지 '빛: 과학과 응용'에 최근 실렸다.

나노 구조체의 주기적인 배열로 이뤄진 메타표면은 구조색(투명물질의 주기적인 구조에 의해 만들어지는 색)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 진행됐지만 특정 자극에 의해 색깔이 변하는 인쇄기술이 필요해 상용화가 어려웠다.

이에 연구팀은 채도와 휘도가 높은 삼원색을 자유자재로 끄고 켤 수 있는 물질에 착안, 메타표면 컬러필터를 만들어냈다. 빨강, 초록, 파랑 등 삼원색을 각각 픽셀 단위로 제어할 수 있다면 색상을 유연하게 표현할 수 있다는 점을 기술로 실현한 것이다.

이 컬러필터는 삼원색의 밝기를 각각 조절하면서 서로 색깔을 섞어 다양한 색을 만들 수 있다는 게 특징이다.

학계에서는 밝기 조절이 불가능하고, 하나의 픽셀로 다양한 색을 표현했던 기존의 컬러필터 기술을 확연히 뛰어넘는 성과로 보고 있다.

실제로 우리가 흔히 쓰는 최신 스마트폰의 해상도는 500PPI(PPI·1인치당 픽셀의 개수) 인데, 이 컬러필터는 빨강의 경우 무려 6만PPI(PPI·1인치당 픽셀의 개수), 초록 7만PPI, 파랑 8만5천PPI 등으로 120~170배 가량 높다.

연구팀 관계자는 "머리카락의 두세 가닥에 불과한 두께에서 선명한 이미지를 표현했다는 것은 앞으로 보다 가볍고 얇은 디스플레이 개발을 의미한다"면서 "여기에다 색상까지 각각 제어할 수 있기 때문에 암호화 장치나 반사 디스플레이로도 활용가능할 것으로 기대된다"고 했다.