자유자재로 색 변화 조절하는 광소자 기술 개발

포스텍

국내 연구진이 자유자재로 색 변화를 조절할 수 있는 광소자 기술을 개발했다. 게티이미지뱅크 제공

국내 연구진이 자유자재로 색 변화를 조절할 수 있는 광소자 기술을 개발했다. 

포스텍은 최수석 전자전기공학과 교수와 남승민 박사과정생 연구팀은 구조색 기술을 이용해 빛의 파장을 자유롭게 제어할 수 있는 광소자 기술을 개발하는 데 성공했다고 28일 밝혔다. 

구조색은 물체 색상이 안료나 염료에 의해 나타나는 것이 아닌 물체가 이루는 미세한 나노 구조에 의해서 나타나는 색상이다. 구조색을 이용하면 기존 디스플레이 기기나 이미지 센서처럼 빛의 3원색(RGB)을 혼합하는 색 혼합 방식을 사용하지 않고 빛 고유 파장의 순색을 이용할 수 있어 훨씬 더 선명하고 많은 색을 표현할 수 있다.

최근 나노 구조의 제어를 통해 빛의 순색을 자유롭게 조절하는 구조색 기술인 '능동적 색 파장 조절 기술'은 나노·광 응용 산업에서 유망한 기술로 떠오르고 있다. 

문제는 지금까지 능동적 색 파장 조절 기술로 서로 다른 색으로 바꾸려고 할 때 빨간색에서 파란색으로 색으로 바꿀 수는 있지만 파란색보다 파장이 더 긴 빨간색으로 역방향으로의 색을 바꿀 수는 없었다는 점이다. 현재 기술로는 파장이 더 짧은 길이의 파장 방향으로만 조정이 가능하기 때문이다. 양방향의 자유로운 빛의 위치로 자유롭게 파장을 조절할 수 있는 새로운 광학 소자로의 기술적 도약이 필요했다. 

최 교수 연구팀은 이같은 한계를 극복하기 위해 카이랄 액정 탄성체(CLCE)와 유전 탄성체 액추에이터를 사용했다. CLCE는 이리저리 늘릴 수 있는 유연한 나노 구조색 소재, 유전 탄성체 액추에이터는 전기적인 에너지를 받아 유전체의 유연 변형을 일으키는 소자다. 

연구팀은 자유자재로 늘리고 수축할 수 있도록 유전 탄성체 액추에이터의 구조를 최적화하고 이를 CLCE와 결합해 짧은 파장에서 긴 파장으로, 긴 파장에서 짧은 파장으로 자유롭게 파장 위치를 조절할 수 있는 극대화된 능동형 색 파장 조절 기술을 개발했다. 

연구팀이 개발한 소재를 실험한 결과 전기적인 자극을 이용해 가시광을 포함하는 광범위한 영역에서 자유롭게 구조색을 조절하는 데 성공했다. 파장이 짧아지는 방향으로만 색 변환이 가능했던 기존과 달리 파장이 긴 방향으로도 파장을 조절할 수 있게 된 것이다. 실제 산업 현장 활용 가능성도 제시했다는 점에서 큰 의의가 있다.

최 교수는 “이 기술은 디스플레이, 광학 센서, 광학적 위장, 생체 모방 센서, 스마트 웨어러블 기기 등 빛과 색 및 광범위의 전자파를 응용한 다양한 분야에 사용될 수 있다”라며 “후속 연구를 통해 기술 응용 범위를 더 넓혀가겠다”라고 말했다. 
 

[이채린 기자 rini113@donga.com]