에메랄드빛 나비 모방해 양방향 디스플레이 개발

GIST, 재귀반사 디스플레이 기술 개발
어느 각도든 선명한 무지개빛 볼 수 있어

오른쪽부터 재귀반사 플랫폼을 개발한 송영민 광주과학기술원(GIST) 전기전자컴퓨터공학부 교수와 고주환 박사후연구원, 여지은 학생, 정효은 학생./GIST

국내 연구진이 나비 날개를 모방한 디스플레이 시스템을 개발했다. 이 기술을 사용하면 관측 방향에 따라 다른 이미지를 볼 수 있어 ‘양방향 디스플레이’로 활용할 수 있다. 빛이 적은 환경에서 높은 인식 기능을 보여 생체모방 센서로도 응용될 것으로 기대된다.

송영민 광주과학기술원(GIST) 전기전자컴퓨터공학부 교수 연구진은 에메랄드 제비꼬리나비의 날개를 모방한 초박막 재귀반사 플랫폼으로 다중이미지 디스플레이 시스템을 개발했다고 20일 밝혔다.

재귀반사는 빛이 어느 방향에서 들어오더라도 다시 같은 방향으로 빛을 반사하는 특성이다. 주로 교통안전 표지판과 야간 안전장비에 적용되고 있다. 기존 재귀반사 기술은 입사광 축과 관측 축이 다른 비동축 조건에서만 무지갯빛 특성을 갖는다.

연구진은 어떤 조건이든 선명한 무지갯빛을 내는 재귀반사 기술을 개발했다. 재귀반사 시스템 개발에 참고한 건 ‘에메랄드 제비꼬리나비’다. 에메랄드 제비꼬리나비의 날개에는 빛을 반사하는 비늘인 ‘광결정’이 있다. 이 나비의 광결정은 오목한 구조로 배열돼 있는데, 어느 각도에서든 재귀반사가 가능해 다양한 빛깔을 낸다.

송영민 광주과학기술원(GIST) 전기전자컴퓨터공학부 교수 연구팀이 개발한 ‘에메랄드 제비꼬리나비’의 날개를 모방한 초박막 재귀반사 플랫폼 개념도./GIST

연구진은 필름형 금속층에 다공성 층을 추가해 에메랄드 제비꼬리나비를 모방했다. 마이크로 오목 구조의 곡률에 작은 다공성 구조를 합쳤다. 이 구조는 각도에 따라 굴절률 차이를 만든다. 다양한 관측 조건에서 무지갯빛을 내도록 한 것이다. 반사하는 색의 종류가 많으면 다양한 패턴을 구현할 수 있어 디스플레이로의 확장성이 넓어진다.

연구진은 다공성 매질 층의 패턴을 서로 다른 각도에 증착해 관측 방향에 따라 패턴이 변하는 양방향 디스플레이 구현에 성공했다. 이 기술은 재귀반사 디스플레이를 만드는 데 복잡한 과정을 거치지 않고, 광학 특성을 활용하면 사용 목적에 맞게 디자인할 수 있어 범용성도 높다.

송영민 교수는 “기존 생체모방 재귀반사 플랫폼에서 갖는 구조적 복잡성을 극복하고, 다양한 조건에서 무지갯빛 색상을 보이는 시스템을 개발했다”며 “색상을 조정할 수 있는 재귀반사 디스플레이로 발전할 가능성이 크다”고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단, GIST의 지원을 받았다. 연구 결과는 생물리학 분야 국제학술지 ‘바이오센서 앤드 바이오일렉트로닉스(Biosensors and Bioelectronics)’에 지난 2일 온라인 게재됐다.

참고 자료

Biosensors and Bioelectronics, DOI: https://doi.org/10.1016/j.bios.2024.116445

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