콜레스테릭(cholesteric) 액정, 혹은 카이랄 네마틱(chiral nematic) 액정은 네마틱 액정에 주기적인 나선 구조를 유도하는 카이랄 첨가물(chiral dopant)이 첨가된 액정으로, 네마틱 액정의 방향자가 나선 축을 따라 꼬이면서 배열된 나선형의 구조를 가집니다. 이는 콜레스테릭 액정으로도 부르는데, 이는 처음 발견된 액정인 콜레스테롤이 카이랄 네마틱 액정이었기 때문입니다. 참고로 콜레스테릭(cholesteric)은 그리스 어원으로 ‘쓸개, 담’의 뜻을 가집니다. 여하튼 발견된 후로 네마틱 액정에 카이럴 첨가물을 섞어 동일한 분자 구조를 갖는 액정을 만들게 되었고 이를 카이럴 네마틱 액정이라 명하게 되었죠. 두 액정상의 분자 구조가 동일하므로 두 단어는 동일한 의미로 사용됩니다.
콜레스테릭 액정의 나선 방향은 카이랄 단위에 의해 결정되는데, 그 주기를 나선 피치라고 부릅니다. 피치가 작은 경우, 나선축이 광학적 축으로의 역할을 하죠. 따라서 콜레스테릭 액정의 광학적 특성은 나선 축의 방향에 의해 결정됩니다. 즉, 나선 피치에 상당하는 파장의 빛에 대해 카이랄성(chirality), 편광 및 빛의 선택적인 반사와 색상 조절 특성을 나타내며, 이러한 성질을 이용하여 광학 장치를 생산하려는 시도가 진행 중입니다. 예를 들어 콜레스테릭 액정이 300 ~ 1100 nm 카이랄 피치를 가지게 되면 그 범위 대에 상응하는 파장 범위의 자외선, 가시광선 및 근적외선을 반사할 수 있습니다. 즉, 카이랄 피치를 조절함으로써 광결정 기반의 자외선이나 근적외선 차단제, 혹은 색조형 화장품 등으로 적용이 가능할 수 있습니다. 이와 함께 광메모리 소재나 광 기록 매체에 쓰이는 광학 소재로도 유망합니다. 또한 콜레스테릭 액정은 온도에 따라 색이 민감하게 변하므로, 온도 표시 소자로도 사용됩니다.
아울러 디스플레이나 스마트 윈도우 영역에서도 반사, 혹은 산란되는 색이나 빛의 투과도를 조절하여 응용이 가능합니다. 응용의 한 예로 LCD에 사용될 수 있는 반사형 편광막을 들 수 있습니다. 즉, 편광판을 통과하지 못하는 빛에 대해 콜레스테릭 반사형 편광막을 적용, 편광 상태를 변환하여 재활용할 수 있도록 하는 연구도 진행 중입니다. 이와 함께 광투과율이 높은 컬러 필터에도 활용할 수 있어 LCD의 낮은 효율을 증가시킬 수 있을 것으로 기대가 되며, 전자책용 디스플레이로도 활용이 가능합니다.
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# 더! 생각해보기
a. 콜레스테릭 액정, 카이랄 구조는 어떤 모습일까. 3차원적으로 묘사해보자
b. 이의 전기광학적 특성도 더 알아보자
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