안녕하세요 시제품 개발 전문기업 디자인웨일입니다.
인간은 감각으로 받아들이는 정보의 80%가량을 시각에 의존합니다.
물체의 모양과 밝기 그리고 색을 파악합니다.
이 중 색은 어떻게 구분하는 걸까요?
오늘은 이러한 빛과 나노미터에 대해 알아보겠습니다.
1.빛의 파장
눈의 망막에 있는 원추세포는 총 세 종류입니다. 각기 받아들이는 빛의 파장이 다릅니다.
전체적으로 400~700㎚(나노미터) 정도의 빛을 감지하는데
700㎚ 정도의 빛은 빨간색으로 400㎚ 정도의 빛은 보라색으로 감지합니다.
그리고 중간인 550㎚ 정도의 빛은 녹색으로 받아들입니다.
그래서 사물의 색은 어떤 파장을 반사하느냐에 따라서 달라집니다.
하지만 우리가 보는 색 중에는 다른 방식으로 발산되는 빛도 있습니다.
바로 불이나 전등 별, 태양 등의 색이죠.
이들은 외부의 빛을 반사하는 것이 아니라 스스로 빛을 냅니다.
2. 크기에 따른 색깔 차이
우리가 보통 보는 사물의 빛은 이렇게 반사된 빛과 스스로 내는 빛으로 나뉘는데 크기가 아주 작은 물체는 또 다릅니다.
금은 노란색을 띕니다. 금괴처럼 좀 커도 아니면 반지에 쓰일 때처럼 아주 작아도 모두 노란색입니다.
그런데 금의 크기가 수 ㎚로 작아지면 색이 변합니다.
금의 크기가 7㎚이면 빨간색이 되고 다시 5㎚가 되면 초록색 그리고 3㎚가 되면 파란색이 됩니다.
이는 입자의 크기가 빛의 파장보다 작을 때 나타나는 국소 표면 플라스몬 공명효과라는 특성 때문입니다.
금이나 은과 같은 금속은 표면에 원자핵에 구속되지 않는 자유전자를 가지고 있습니다.
이 자유전자와 빛이 만납니다. 빛은 원래 입자의 성질도 가지고 있고
파동의 성질도 가지고 있는데 이때는 파동의 성질이 중요합니다.
빛은 원래 전기장과 자기장이 상호 교차하며 일정한 파동을 만듭니다.
그런데 가시광선 영역의 빛의 파동에 전자가 공명을 하게 되면 집단으로 진동을 하게 됩니다.
이런 전자의 집단적 진동을 플라스몬이라고 합니다.
이런 전자의 공명에 의해 발생한 빛의 파장으로 인해 기존의 큰 금속일 때와 색이 달라집니다.
그런데 이때 나노입자의 크기가 커지면 공명이 넓어지면서 발생하는 빛의 파장이 조금씩 넓어지는 거죠.
그래서 3㎚에서는 파란색이었다가 조금씩 크기가 커지면 점차 빨간색 쪽으로 바뀌게 됩니다.
3. 디스플레이 발광소자 자체가 색을 갖고 있다면?
TV나 모니터 그리고 휴대폰 등의 디스플레이는
기본적으로 빨간색과 파란색 그리고 녹색의 세 가지 색으로 여러 가지 색을 표현합니다.
아주 예전에 쓰였던 브라운관이나 액정디스플레이 LCD 그리고 발광다이오드 LED도 마찬가지입니다.
이중 브라운관이나 LCD는 광원이 따로 있고 디스플레이 표면에 세 가지 색깔을 입혀 색을 표현했습니다.
그러나 21세기 들어 새롭게 선보인 발광다이오드 LED의 경우
빛을 내는 발광소자 자체가 이미 세 가지 색을 가지고 있습니다.
이렇게 발광소자가 색을 가지게 되면 디스플레이의 두께도 더 얇아지고 다양한 곡면으로 제작하는 것도 가능합니다.
색의 표현도 더 세밀하게 되고요. 전력 소모가 줄어드는 것도 커다란 장점입니다.
그러나 더 세밀한 표현을 위해 LED 자체의 크기를 줄이면 빛의 양도 같이 감소합니다.
이를 보충해야합니다. 또한 거기다 발광소자 사이의 간격을 줄이는 것도 쉽지 않는데요.
이에 대한 대안으로 삼성디스플레이에서 선보인 것이 퀀텀닷(QD) 기술인데,
이것이 앞에서 이야기한 나노 크기 반도체의 크기에 따른 밴드갭을 이용하는 것입니다.
나노 발광 반도체는 2㎚ 수준에선 파란색을, 3㎚ 수준에선 녹색을, 그리고 7㎚ 수준에선 붉은색을 띱니다.
이를 가장 가운데 중심체(Core)에 놓고 그 바깥을 외부와 차단하는 껍질(Shell)로 둘러싼 후
다시 그 바깥쪽에 리간드(또는 LIPID)를 부착한 것이 퀀텀닷의 기본적인 구조입니다.
퀀텀닷 자체가 워낙 작다 보니 한층 더 세밀한 색 표현이 가능해진 것이지요.
퀀텀닷은 명암 단계별로 광범위하고 세밀하게 정확한 색 구현이 가능하며,
효율적인 빛의 활용과 간단한 구조로 차세대 대형 디스플레이로 주목받고 있습니다.
오늘은 빛과 나노미터에 대해서 알아봤는데요.
사물의 색마저 우리가 아는 상식과 전혀 다른 방식으로 구현되는 나노 스케일의 세계가 꽤 흥미롭지 않나요?
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지금까지 시제품 개발전문기업 디자인웨일이었습니다.
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