포스텍 전자전기공학 박사과정 남승민 (제 1저자), 정원태, 신준혁 (지도교수: 최수석 교수)으로 구성된 최수석 교수 연구팀이 기존연구의 색 파장 조절 한계의 난제를 뛰어넘어, 직접적인 색의 파장을 단파장/장파장 방향 어느 파장 방향으로도 자유자재로 조절할 수 있는 나노 색파장 조절 광소자를 최초로 개발했다.

연구팀은 구조색을 가지면서도 유연·스트레쳐블한 카이랄 액정 탄성체 (chiral liquid crystal elastomers, 이하 CLCE)의  유전 탄성체 액추에이터 (dielectric elastomer actuator)을 이용하여 길어지거나 짧아지게 하는 자유로운 CLCE 나노 길이의 변화를 통해서 나노 구조색의 파장과 색의 위치를 어느쪽으로 든 양방향으로 자유롭게 조절하는 기술을 최초로 개발하여, 광학 분야 세계 최고 권위의 저널 중 하나인 Nature Publish Group 의 Light: Science & Applications (LSA, IF: 19.4, JCI 98.74% (상위1.26%))  온라인 게재되었다.

빛의 색과 전자파의 파장길이의 다양한 조절의 Color Wavelength Tuning 기술은 디스플레이, 반도체 이미지센서, 바이오 소자을 비롯한 광/전자 소자의 모든 분야의 산업과 기술에서 매우 중요한 기술이다. 그러나, 일반적으로 Color 와 특정한 파장의 광학소자는 전자 광학소자의 설계에 따라 선택된 특정한 색과 파장에서 변화가 제약된다. 특히, 색의 표현에서는 R/G/B 의 3원색의 염료나 발광체를 간접적으로 Color Mixing 등의 방법이 대부분의 전자기기에서 사용되고 있으나, 직접적인 색의 파장의 표현의 한계로 여러 제품의 성능과 응용에서 제한이 되고 있다. 최근 빛의 파장길이에 해당하는 수백나노 미터 길이의 나노구조체를 이용한 직접적인 색의 고유 파장을 구현하는 나노 구조색 기술이 급격히 연구적 관심을 받고 있다.  이러한 나노구조색 기술은 나노길이에서의 빛과 파장의 나노 파장 반응을 통해서 염료와 발광체가 없이 나노 구조를 형성함으로써 빛과 파장의 표현과 제어가 가능하다는 장점을 가진다. 이에 최근의 최첨단의 나노구조색의 연구에서는 나노구조의 길이을 변화시킴으로써 하나의 소자에서 여러파장의 색을 자유 조절하고 전자파의 디바이스 반응 범위를 조절하는 기술이 가장 중요한 기술로 발전하고 있다. 그러나, 현재의 이러한 나노구조색의 기술의 난제는 나노구조체를 주로 길이가 긴 방향에서 짧은쪽으로만 한방향성으로 조절이 가능하여, 색의 파장도 장파장애서 단파장으로만 변화가 가능하고, 변화 범위를 크게 가져가야만 하는 난제를 극복하고 있지 못하고 있던 상황이었다.

금번연구팀은 나노구조색 특성을 가지고 유연·스트레쳐블한 CLCE 를 유연 탄성 유전체의 전기적 제어를 통해서 빛 파장 반응 길이를 늘리거나, 혹은 줄이는 것을 자유롭게 할 수 있는 기술을 개발하여, 기존 나노구조색과 파장 조절의 Tunable Wavelength Control 기술의 자유도를 극대화 하였다. 이번 연구는 단순한 나노 구조색의 표현을 넘어 다양한 조건의 빛과 색, 파장의 조절이 필요한 Display, 반도체, 전자파 제어, 암호 code 제어, 바이오 모사 , Wearable 등의 광/전자소자의 전분야 파급과 수백 nm 길이의 나노구조체를 수nm 단위의 수준으로 다양한 여러 구조로의 정밀 조절을 통한 나노 구조 제어 기술에서 큰 파급이 기대되고 있다. 이연구의 기술적 의미와 산업적 파급의 중요성등이 LSA 저널을 통해 Highlight 될 예정이다.

본 연구는 삼성미래기술육성재단의 지원사업과 산업기술 평가원 디스플레이 혁신 공정 사업의 지원으로 연구가 진행되었다.