이병호 교수(좌), 윤한식 박사(우)

빛의 삼원색은 빨강(R)·초록(G)·파랑(B)이다. 컬러TV 영상은 이 세 색깔 빛을 섞어 만든다. 화소(畵素) 1개당 최소 3개의 컬러 필터가 들어가고, 그 탓에 화소 크기를 줄이는 데 한계가 있었다. 국내연구진이 이런 고정형 컬러 필터의 한계를 극복할 수 있는 기술을 개발했다.

서울대 전기·정보공학부 이병호 교수팀은 금속 나노(nm, 1nm=100만 분의 1㎜)구조물을 이용해 한 개의 컬러 필터로 여러 색상을 표현할 수 있는 기술을 개발했다고 25일 밝혔다. 
연구팀이 개발한 금속 나노구조물은 공진기(cavity) 구조와 나노구멍 구조를 결합한 형태다. 공진기는 길이에 따라 특정 파장의 빛을 정상파 형태로 만들거나 가두어 둘 수 있는 공간을 가리킨다. 기타나 리코더를 연주할 때 손가락으로 정해주는 길이에 따라 소리의 파장이 결정되는 것과 같은 원리다. 나노 구멍은 말 그대로 나노 크기의 초미세 구멍이다. 일반적으로 빛은 그 파장보다 더 작은 나노 크기의 구멍을 통과하지 못한다. 

하지만 자유전자가 풍부한 금속의 경우는 다르다. 빛의 파장이 자유전자의 진동에 맞춰 변하기 때문에, 마치 깔때기로 액체를 모으듯 빛을 모아 나노 구멍으로 통과시킬 수 있다. 

연구팀은 이 점에 착안했다. 공진기 구조로 여러 가지 빛을 파장과 세기별로 분류한 다음, 나노 구멍을 이용해 원하는 빛 하나를 고를 수 있게 한 것이다. 

이 기술을 실용화되면 화소 한 개 당 컬러 필터 숫자를 한 개로 줄일 수 있다. 이렇게 되면 수십~수백 마이크로미터(㎛, 1㎛=1000분의 1㎜) 크기였던 화소를 수 ㎛ 크기까지 줄일 수 있다. 화소 크기가 줄면 같은 면적의 화면에 훨씬 더 많은 화소를 배치할 수 있고 그만큼 높은 해상도를 구현할 수 있다. 연구팀은 “기존 방식보다 약 50배 이상 화질을 개선할 수 있다”고 밝혔다. 연구결과는 최근 세계적인 과학저널 ‘네이처’의 자매지인 ‘네이쳐 커뮤니케이션스’에 소개됐다. 

김한별 기자 kim.hanbyul@joongang.co.kr