어둠에 빠르게 적응하는 눈 특성을 모사한 기술 최초 개발

포스텍 연구팀, 필터링 색 조절과 높은 광 투과율 가진 컬러필터기술 개발

포스텍 최수석 교수

어둠 속에서 동공확장을 통해 빠르게 환경 적응하는 눈의 특성을 그대로 모사한 기술이 개발됐다.

포스텍(포항공대) 전자전기공학과 최수석 교수·왕다희 씨(졸업) 연구팀은 전기적 신호를 이용해 필터링 색 조절이 가능하고, 높은 광 투과율을 가진 컬러 필터 기술을 최초로 개발했다.

이 연구는 우수성을 인정받아 광학 전자 분야 국제 학술지인 '어드밴스드 옵티컬 머티리얼즈'의 후면 표지 논문으로 게재됐다.

우리가 스마트폰으로 사진을 찍으면 렌즈를 통과한 빛이 이미지 센서로 들어간다. 센서는 적색과 녹색, 청색 필터를 통해 빛을 필터링하고, 다시 이들을 조합해 형형색색의 물체를 재현한다.

어두운 환경에서는 센서로 들어오는 빛의 양이 적기 때문에 인접한 픽셀을 합쳐 노이즈를 줄이고 이미지를 뚜렷하게 만드는 '픽셀 비닝' 기술을 통해야 한다.

하지만 염료형 화학물질을 사용하는 기존 필터는 외부 환경에 취약한 까닭에, 투과 중 손실되는 빛의 양이 많다. 여기에 필터링 색이 적색, 녹색, 청색 중 하나로 고정돼 있어 색상의 다양성이 제한되고, 선명도가 떨어지는 단점이 있다.

이에 업계에서는 '디지털 컬러 비닝' 기술을 이용해 인위적으로 이를 보정하고 있지만, 이미지와 색의 정확한 표현은 아직 어려운 상황이다.

연구팀은 이같은 문제점을 해결하기 위해 서로 겹치지 않는 분자의 회전 비대칭성 특성을 가진 '카이랄' 액정(이하 CLC)을 주목했다.

CLC는 특정한 파장의 빛을 선택적으로 반사하는 구조적 특성을 갖고 있기에, 화학물질 없이도 나노미터(nm) 크기의 필터를 제작하는데 활용될 수 있다. 쉽게 말해 적색 파장의 빛을 필터링하던 필터가 상황에 따라 청색 파장의 빛을 필터링할 수 있게 됐다는 것이다.

무엇보다도 1.4V(볼트)의 매우 낮은 전압으로 필터링 색상을 자유롭게 조절할 수 있다는 점에서 상용화에 대한 기대가 크다. 필터 역시 70%의 높은 광 투과율을 보였다.

연구팀은 이를 기반으로 4개의 픽셀을 하나로 합치는 '테트라 비닝' 기술 구현도 성공했다. 이 기술은 어두운 환경에서도 높은 품질의 이미지를 재현하는 기술 중 하나다.

최수석 교수는 "사람의 눈처럼 어두운 환경에서도 고품질의 이미지를 재현할 수 있는 이 기술은 앞으로 이미지 센서뿐 아니라 자율주행자동차 등 다양한 산업 분야에서 폭넓게 적용될 수 있다"고 했다.