한양대·서울대 공동연구팀, 세계 최고 해상도 컬러필터 개발

[이데일리 김응열 기자] 한양대는 김성환 바이오메디컬공학과 교수와 전헌수 서울대 물리천문학부 교수 공동연구팀이 실크 단백질 전자빔 레지스트를 이용해 세계 최고 수준의 8만DPI(1인치당 약 8만 개의 점) 해상도를 구현한 초고해상도 컬러필터를 개발했다고 4일 밝혔다.

(왼쪽부터)김성환 한양대 바이오메디컬공학과 교수, 전헌수 서울대 물리천문학부 교수, 이태윤 서울대 박사, 조재강 한양대 박사과정생. (사진=한양대)

최근 디스플레이와 이미지 센서의 해상도가 급격히 높아지면서 빛의 파장 단위(나노미터)에서 색을 정밀하게 구현할 수 있는 고해상도 컬러필터 기술이 주목받고 있다. 그러나 기존 염료나 안료 기반 컬러필터는 수백 나노미터 단위로 미세화하기 어렵고 금속 나노구조를 이용한 방식은 공정이 복잡하고 비용이 높다는 한계가 있었다.

연구팀은 이를 극복하기 위해 실크 단백질 전자빔 레지스트를 이용한 친환경 나노공정 기술을 도입했다. 실크 단백질은 누에고치에서 추출되는 천연 단백질인 ‘피브로인(Fibroin)’으로 전자빔에 노출되면 에너지를 흡수해 열화한다.

연구팀은 전자빔의 세기를 조절해 실크 박막의 두께를 수십 나노미터까지 정밀하게 제어했다. 이후 회색조(grayscale) 전자빔 리소그래피를 이용해 은(Ag) 박막 위에 실크 박막의 두께를 위치별로 정밀하게 조절하고 다시 은을 증착해 금속–절연체–금속(MIM) 구조를 형성했다.

연구팀은 이 기술을 활용해 컬러필터의 픽셀 크기를 300나노미터 수준으로 줄이고 빈센트 반 고흐의 명화 ‘별이 빛나는 밤’을 8만DPI 해상도로 재현하는 데 성공했다. 연구팀은 해당 기술로 초고해상도 보안 암호화 패턴을 구현해 빛을 이용한 정보 저장·판독이 가능한 신개념 광학 암호화 기술도 함께 시연했다.

김성환 교수는 “실크 단백질은 생체적합성과 광학적 특성이 우수한 친환경 소재로 물리학과 생물학의 연결고리가 될 수 있는 핵심 재료”라며 “생체소재와 나노광학의 융합을 통해 초고해상도 컬러필터의 새로운 방향성을 제시했다”고 말했다.