장호성 KIST 책임연구원 연구진

한국과학기술연구원(KIST) 연구진이 3D 체적 디스플레이를 구현할 수 있는 '상향 변환 나노입자'를 개발했다. 적외선 파장에 따라 적색, 녹색, 청색 등 삼원색을 모두 낼 수 있는 입자다./한국과학기술원

국내 연구진이 디스플레이로 공간 정보까지 구현해 3차원(D) 영상을 상영하는 ‘3D 체적 디스플레이’에 필요한 나노입자를 개발했다.

장호성 한국과학기술연구원(KIST) 극한물성소재연구센터 책임연구원이 이끄는 연구진은 고색순도의 발광을 구현하는 ‘상향 변환 나노입자’를 개발했다고 30일 밝혔다.

발광 소재는 스스로 빛을 내는 재료를 말한다.TV, 태블릿, 모니터, 스마트폰 등 다양한 디스플레이 장치에 사용돼 우리가 다양한 이미지와 영상을 볼 수 있게 한다. 하지만 기존의 2D 평면 디스플레이는 현실 세계의 3D 입체감을 완전히 전달하거나 깊이감을 표현하는 데 한계가 있다. 일부 영화가 3D로 제작되지만, 관객들은 입체감을 느끼기 위해 특수 안경을 착용해야 한다는 한계가 있다.

최근에는 3D 체적 디스플레이 기술이 개발되며 이 같은 문제를 해결하려는 시도가 진행 중이다. 3D 체적 디스플레이는 공간에 입체적인 영상 정보를 구현하는 차세대 디스플레이 기술이다. 이를 구현하려면 적외선을 흡수하고 가시광선을 내는 ‘상향 변환 나노입자’가 필요하다. 특히 하나의 입자에서 적색(R), 녹색(G), 청색(B)을 모두 내는 입자가 필요하다. 하지만 기존 소재는 입자 하나에서 색 하나만 낼 수 있거나, 3가지 색을 모두 낼 수 있더라도 밝기가 약하고 순도가 낮다는 문제가 남아 있다.

KIST 연구진은 세 가지 파장의 적외선에 따라 RGB 발광이 모두 가능한 나노 입자를 개발했다. 입자 중심인 코어와 바깥쪽 껍질인 쉘의 물질 조성을 제어해 이 같은 특성을 구현했다. 특히 코어에서 녹색, 쉘 안쪽에서 적색, 쉘 바깥쪽에서 청색이 나오도록 해 색 순도와 발광 강도를 높였다.

연구진이 개발한 나노입자는 동시에 여러 파장의 적외선을 쬐면 다양한 색을 구현할 수 있으며, 넓은 색 재현 범위를 구현했다. 또 나노입자를 투명 고분자 복합체와 혼합해 3D 체적 디스플레이 구현 가능성을 제시했다.

장호성 책임연구원은 “적외선을 흡수해 고색재현 풀컬러 발광을 나타낼 수 있는 상향 변환 나노입자는 진정한 3D 영상을 볼 수 있는 3D 체적 디스플레이의 상용화를 가능하게 할 것”이라며 “디스플레이 분야뿐만 아니라 위조와 변조를 막을 수 있는 보안용 소재로도 활용할 수 있을 것”이라고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’에 지난달 26일 소개됐다.

참고 자료

Advanced Functional Materials(2025), DOI: https://doi.org/10.1002/adfm.202415687

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