자연 속 천연색 구현하는 '나노 3D 프린팅' 개발

표재연 한국전기연구원 박사 연구팀

표재연 박사(오른쪽)를 비롯한 KERI 연구팀. KERI 제공

미래형 투명 디스플레이와 증강현실(AR)에 활용할 수 있는 3D프린팅 기술이 개발됐다. 

한국전기연구원(KERI)은 표재연 KERI 스마트 3D프린팅 연구팀 선임연구원이 이끄는 연구팀이 '3차원 회절격자'를 구현해 자연에서 관찰되는 구조색의 원리를 첨단 디스플레이에 활용할 수 있는 나노 3D 프린팅 기술을 개발했다고 7일 밝혔다. 연구결과는 재료과학 분야 학술지 'ACS 나노(Nano)' 7월 25일자 표지논문으로 게재됐다.  

빛은 머리카락 두께의 약 100분의 1에서 1000분의 1 정도 되는 작은 미세구조를 만나면 회절(휘어져 돌아가거나 틈을 통과해 넓게 퍼지는 현상)한다. 이 때 미세 구조에 규칙성이 있다면 회절에 의해 특정 파장의 빛만 발사해 색상을 낼 수 있다. 이를 '구조색'이라고 한다. 예를 들어 공작새는 깃털 내부 미세 구조의 특징적인 배열 덕분에 화려한 구조색을 뽐낸다.

연구팀은 구조색을 정교하게 제어할 수 있는 회절 격자를 나노 3D프린팅 기술로 구현했다. 회절 격자는 빛의 회절을 제어하기 위해 평행선 등의 미세 구조를 규칙적으로 배열시킨 장치를 말한다. 회절 격자에 빛을 비추면 파장에 따라 빛이 다른 경로로 반사돼 자연적인 구조색이 발생한다. 

연구팀이 개발한 회절 격자는 3D 프린팅 노즐을 마치 바느질하듯이 움직여 다리 모양(﹇)의 회절격자를 여러 줄 인쇄하는 방식이다. 이를 통해 머리카락 두께의 1000분의 1에 불과한 미세한 빛의 회절도 제어할 수 있다.

이번에 구현한 회절격자는 스마트 창문이나 거울, 자동차의 헤드업 디스플레이 등 미래형 투명 디스플레이 분야에 활용될 것으로 보인다. 또 이미 핵심 구성 요소로 회절격자를 활용하고 있는 AR 장치에도 적용할 수 있다. 

표 선임연구원은 "기판의 소재나 형태의 제약 없이 원하는 위치에 원하는 구조색을 정확히 구현하는 세계최고 수준의 3D프린팅 기술"이라며 "정형화된 디스플레이 장치의 한계를 극복할 수 있을 것"이라고 밝혔다.

[박건희 기자 wissen@donga.com]