생체 모방 반사형 디스플레이 원천기술 개발
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생체 모방 반사형 디스플레이 원천기술 개발
  • 김동효 기자
  • 승인 2012.06.28 22:17
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[물리학과 신중훈 교수팀] 구조색이 일정한 몰포나비 날개구조 이용해 신개념 박막 만들어

우리 학교 물리학과 신중훈 교수팀이 몰포나비의 날개구조를 모방해 반사형 디스플레이 원천기술을 개발했다. 이 연구는 재료분야 최고 권위 저널 중 하나인 <어드밴스드 머터리얼스(Advanced Materials)>에 지난달 8일 자 내부 표지논문으로 게재되었으며, <네이처(Nature)>에는 지난달 3일 주목받는 연구(Research Highlights)로 소개되기도 했다.

몰포나비 모방한 디스플레이 기술

아름다운 색으로 유명한 몰포나비의 날개는 어떤 각도에서 봐도 일정한 색을 유지한다. 비눗방울은 보는 각도마다 여러 색깔로 다르게 보이는데, 이를 ‘구조색’이라 한다. 이러한 특징을 이용해 시야각이 넓고 색이 아름다운 디스플레이를 개발하려던 시도는 오래 전부터 있었다. 신 교수팀은 몰포나비를 모방해 만든 박막으로 반사형 디스플레이 원천기술을 개발했다.

그림 2. 신 교수팀이 제작한 박막과 몰포나비 /신중훈 교수 제공

일정한 구조색의 비밀은 날개구조

몰포나비의 날개가 일정한 구조색을 가지는 이유는 날개의 독특한 구조 때문이다. 몰포나비의 날개는 ‘리치’가 일정하게 배열된 라멜라 리치 구조로 형성되어 있다. 리치란 빛이 회절되는 공간인 모양이 불규칙한 층이고 라멜라는 일반적으로 얇은 층상 또는 판상의 구조를 말한다. 분석 결과, 라멜라 층은 굴절률 1.4~1.5의 단백질로 이루어진 라멜라와 공기층이 각각 0.08㎛, 0.14~0.16㎛의 두께로 층층이 쌓인 구조인 것으로 알려졌다. 이런 박막의 적층구조에 의해 발현되는 간섭색이 몰포나비의 날개를 푸른색으로 보이게 한다. 라멜라 층과 공기층의 두께에 의해 나비의 날개 색도 변하게 된다.
 
날개구조를 응용한 신개념 박막

신 교수팀은 몰포나비의 날개구조를 본따 얇은 박막을 제작했다. 굴절률이 다른 두 종류의 유리를 주기적으로 반복해서 배열한 박막으로 코팅했다. 그 결과, 몰포나비의 날개와 같이 구조색이 일정한 디스플레이를 만들 수 있다는 것을 발견했다. 이 박막은 나노 크기의 구조로 튼튼하게 만들어져 있다. 박막은 나노미터 단위 이하로 작아지면서 강도가 커지는 성질이 현저히 나타나는데, 나노미터 단위는 원자 크기와 비슷해 밀도가 커지고 빈틈이 줄어들어 이를 사용할 때 유연하고 튼튼해지는 것이다. 또한, 오랜 시간이 지나도 변색하거나 색이 희미해지지 않는다. 공정에는 반도체 증착 기법을 사용해 곧 상용화할 수 있을 것으로 관측된다.

실생활에는 어떻게 쓰일까

이번 연구는 단순히 몰포나비의 날개구조를 구현했다는데만 의미가 있는 것이 아니다. 연구진은 이 구조를 재현함으로써 외부 빛을 반사해 화면을 출력하는 반사형 디스플레이를 만들었다. 반사형 디스플레이는 별도의 광원 없이 외부의 빛을 이용해 정보를 표시한다. 화면을 출력하는 전력을 필요로 하지 않고 외부의 빛을 이용하기 때문에 전력소모가 적다. 이 때문에 친환경적인 디스플레이, 즉 에코디스플레이로 주목받고 있다. 반사형 디스플레이를 사용하고 있는 태블릿 PC ‘킨들’은 액정의 화면이 바뀌지 않으면 전력소모가 없어 오랜 시간 동안 액정을 봐도 눈이 피로하지 않다. 이외에도, 몰포나비의 날개 구조를 부분 노출 은선과 코팅재 등 수많은 재료에 응용할 수 있다. 구조색을 이용해 지폐의 부분노출 은선을 만들어 위조하기 어려운 화폐를 만들거나, 기존의 색소와 달리 번쩍거리는 느낌을 더하기 위해 휴대전화나 지갑의 코팅재로 이용할 수 있다.

신 교수는 “최근 자연물을 이용한 생체 모사 기술에 관심이 집중되고 있는데, 이번 연구 성과를 이용하면 반사형 디스플레이뿐 아니라 패션 등 다양한 분야에서도 응용될 수 있을 것”라고 말했다.

그림 1. 어드밴스드 머터리얼즈 내부표지


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