▲ Hole(음각) 패턴과 dot(양각) 패턴 구조의 개구 비율에 따른 투과 스펙트럼. 한국연구재단 제공

국내 연구진이 선명하고 해상도가 높은 색을 나타낼 수 있는 상보형 플라즈몬 컬러 필터를 개발했다.

2일 한국연구재단에 따르면 고려대 주병권 교수 연구팀에 의해 이뤄진 이번 연구 성과는 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 1월 13일 자에 게재됐다. 

플라즈몬 컬러필터는 주기적인 나노 패턴에서 발생하는 빛의 산란과 금속 표면에서 발생하는 플라즈몬 효과를 이용한 컬러필터다. 현재 디스플레이 산업에서 주로 사용하는 컬러필터는 안료나 염료를 이용한 광 흡수 방식인데 이는 유기재료를 기반으로 하기 때문에 화학적 안정성이 낮고 RGB(Red·Green·Blue) 필터를 각각 제조해야 하기 때문에 단가가 높다.

반면 무기재료(탄수 수소 결합을 기반으로 한 유기물이 포함되지 않은 재료)를 사용하는 광(光) 간섭 방식의 플라즈몬 컬러필터는 저렴한 비용으로 다양한 색의 필터를 동시에 제조할 수 있지만 나노 구조물의 이차원 배열에서 발생하는 색의 간섭 현상 때문에 색 순도가 저하되는 한계가 있다.

연구팀은 음각 패턴에 양각 패턴을 조합하는 상보형 설계 방법으로 기존 정형화된 패턴 모양을 탈피했다.

이어 특정 조건에서 양각 패턴이 단파장의 누설을 효과적으로 차단함으로써 순도 높은 적색 추출이 가능하다는 것을 확인했다. 그 결과 상보형으로 설계된 플라즈몬 컬러필터에서 색을 구현하는 영역이 이전보다 30% 이상 넓어지는 결과를 보였다.

상보형 플라즈몬 컬러필터는 나노 패턴의 기하학적 변수만 조절하면 적·녹·청색 등 다양한 색상 구현이 가능하며 기존 재료와 제조 방법을 그대로 사용할 수 있기 때문에 추가적인 비용 발생 없이 성능을 향상시킬 수 있다고 연구팀은 설명했다. 주 교수는 “이번 연구로 나노광학소자를 결합시킨 차세대 디스플레이의 개발을 앞당길 것이다”라고 말했다.

강정의 기자 justice@ggilbo.com