Typically, chemical pigments that absorb specific wavelengths of light within the visible spectrum are required to produce colors. However, KAIST researchers have successfully reproduced the Joseon-era Irworobongdo [일월오봉도] painting using ultra-precise color graphics without any chemical pigments, allowing for the permanent and eco-friendly preservation of color graphics without fading or discoloration.
KAIST (represented by President Kwang Hyung Lee) announced on the 26th of February that a research team led by Professor Shinhyun Kim from the Department of Biological and Chemical Engineering had developed a technology that enables high-resolution color graphics without using any chemical pigments by employing hemisphere-shaped microstructures.
Morpho butterflies that are brilliant blue in color or Panther chameleons that change skin color exhibit coloration without chemical pigments, as ordered nanostructures within a material reflect visible light through optical interference. Since structural colors arise from physical structures rather than chemical substances, a single material can produce a wide range of colors.
However, the artificial implementation of structural coloration is highly challenging due to the complexity of creating ordered nanostructures. Additionally, it is difficult to produce a variety of colors and to pattern them precisely into complex designs.
Professor Kim’s team overcame these challenges by using smooth-surfaced hemispherical microstructures instead of ordered nanostructures, enabling the high-precision patterning of diverse structural colors.
When light enters the inverted hemispherical microstructures, the portion of light entering from the sides undergoes total internal reflection along the curved surface, creating retroreflection. When the hemisphere diameter is approximately 10 micrometers (about one-tenth the thickness of a human hair), light traveling along different reflection paths interferes within the visible spectrum, producing structural coloration.
The structural color can be tuned by adjusting the size of the hemispheres. By arranging hemispheres of varying sizes, much like mixing paints on a palette, an infinite range of colors can be generated.
To precisely pattern microscale hemispheres of different sizes, the research team employed photolithography* using positive photoresists** commonly used in semiconductor processing. They first patterned photoresists into micropillar structures, then induced reflow*** by heating the material, forming hemispherical microstructures.
*Photolithography: A technique used in semiconductor fabrication to pattern microscale structures.
**Positive photoresist: A photosensitive polymer that dissolves more easily in a developer solution after exposure to ultraviolet light.
***Reflow: A process in which a polymer material softens and reshapes into a curved structure when heated.
This method enables the formation of hemisphere-shaped microstructures with the desired sizes and colors in a single-step fabrication process. It also allows for the reproduction of arbitrary color graphics using a single material without any pigments.
The ultra-precise color graphics created with this technique can exhibit color variations depending on the angle of incident light or the viewing perspective. The pattern appears colored from one direction while remaining transparent from the opposite side, exhibiting a Janus effect. These structural color graphics achieve resolution comparable to cutting-edge LED displays, allowing complex color images to be captured within a fingernail-sized area and projected onto large screens.
Professor Shinhyun Kim, who led the research, stated, “Our newly developed pigment-free color graphics technology can serve as an innovative method for artistic expression, merging art with advanced materials. Additionally, it holds broad application potential in optical devices and sensors, anti-counterfeiting materials, aesthetic photocard printing, and many other fields.”
This research, with KAIST researcher Chaerim Son as the first author, was published in the prestigious materials science journal Advanced Materials on February 5.
(Paper title: “Retroreflective Multichrome Microdome Arrays Created by Single-Step Reflow”)
DOI: 10.1002/adma.202413143
The study was supported by the National Research Foundation of Korea through the Pioneer Converging Technology R&D Program and the Mid-Career Researcher Program.
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2025-04-03우리 대학은 대전 본원에서 대한상공회의소와 공동으로 ‘AI 미래세대와의 토크콘서트’를 개최했다. 이번 행사는 재계 · 학계 리더와 KAIST 출신의 AI 분야 창업자 및 청년 연구자들이 모여 AI가 연구 생태계와 산업 구조에 가져온 빠른 변화와 그 미래 방향성에 대해 자유롭게 소통하는 자리로 마련되었다. 이광형 총장과 최태원 대한상공회의소 회장의 인사로 막을 열었으며, 정송 김재철 AI대학원장이 좌장을 맡아 KAIST 출신 대표 AI 분야 창업자 및 청년 연구자 4인의 열띤 패널토론을 진행했다. 현장에는 KAIST 구성원 200여 명이 참석하여 다양한 인사이트를 공유하였다. AI 운영을 간소화할 수 있는 ML옵스 플랫폼*과 컨설팅을 제공하는 기업인 베슬AI의 안재만 대표는 미국 시장에서의 AI 기술을 활용한 창업 경험을 공유하며, 미국 시장에서의 성공요인으로 네트워킹과 세일즈 역량을 강조했다. *ML옵스 플랫폼 : ML(머신러닝)과 운영(
2025-04-03초정밀 광계측 기술 개발로 산업 및 우주 항공분야에 새로운 패러다임을 연 기계공학과 김승우 명예교수가 2025 삼성호암상 공학상 수상자로 선정됐다. 김 교수는 1985년부터 기계공학과 교수로 재임하며 KAIST 광화학기술연구소 소장과 한국정밀공학회 회장을 역임했고 2012년부터 10년간 국가과학자로 선정되며 연구와 교육에 헌신해 왔다. 특히, 김 교수는 펨토초 레이저를 이용해 정밀도와 안정적인 제어를 획기적으로 향상시킨 초정밀 광계측 기술을 개척한 세계적인 권위자로 평가받는다. 해당 기술은 반도체·디스플레이 생산 공정의 결함 제거와 인공위성 간 거리 측정 등에서 활용되고 있다. *펨토초: 1,000조분의 1초 호암상 수상자는 노벨상 수상자를 포함한 국내외 각 분야의 최고 전문가 46명으로 구성된 심사위원회와 전원 해외석학으로 이루어진 63명의 자문위원회가 참여하는 4개월에 걸친 심사를 거쳐 선정된다. 학술 부문에서는 혁신적인 연구와 헌신으로 과학과 기술의
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2025-04-01