음각 패턴과 양각 패턴 구조의 개구 비율에 따른 투과 스펙트럼.한국연구재단 제공
한국연구재단(이사장 조무제)은 고려대 주병권 교수팀이 상보형 플라즈몬 컬러필터를 개발했다고 2일 밝혔다.
플라즈몬 컬러필터는 주기적인 나노 패턴에서 발생하는 빛의 산란과 금속 표면에서 발생하는 플라즈몬 효과를 이용한 컬러필터다.
현재 디스플레이 산업에서 주로 사용하는 컬러필터는 안료나 염료 등 유기재료를 이용한 광흡수 방식이다. 이때문에 화학적 안정성이 낮고 RGB 필터를 각각 제조해야 하기 때문에 단가가 높다.
반면 무기재료를 사용하는 광간섭 방식의 플라즈몬 컬러필터는 저렴한 비용으로 다양한 색의 필터를 제조할 수 있다.
그러나 나노 구조물의 이차원 배열에서 발생하는 색의 간섭 현상 때문에 색 순도가 저하되는 문제점이 있다.
연구팀은 음각 패턴에 양각 패턴을 조합하는 상보형 설계방법으로 기존의 정형화된 패턴 모양을 탈피했다.
연구팀은 특정 조건에서 양각패턴이 단파장의 누설을 효과적으로 차단함으로써 순도 높은 적색 추출이 가능함을 확인했다.
그 결과, 상보형으로 설계된 플라즈몬 컬러필터에서 색을 구현하는 영역이 이전보다 30% 이상 넓어지는 것을 확인했다.
또한 상보형 플라즈몬 컬러필터는 나노 패턴의 기하학적 변수만 조절하면 적색, 녹색, 청색 등 다양한 색상 구현이 가능하다.
주병권 교수는 “이 연구가 나노광학소자를 결합시킨 차세대 디스플레이의 개발을 앞당기는 계기가 될 것으로 기대된다”라고 말했다.
이번 연구결과는 국제학술지 ‘사이언티픽 리포츠(Scientific Reports)’ 1월 13일자에 게재됐다.
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