광운대 연구팀, 초소형·고효율 컬러필터 개발



광운대학교(총장 천장호) 전자공학과 이상신 교수가 이끄는 연구팀이 광운대 김은수 교수 및 호주국립대 최덕용 박사와의 공동연구를 통해 반도체 공정이 가능한 물질인 실리콘과 알루미늄만을 이용하여 고효율의 컬러필터를 개발하는데 성공했다.

4일 광운대에 따르면 컬러필터는 디스플레이나 이미지 장치 등에서 다채로운 색상을 구현하는데 있어 매우 중요하다. 기존의 컬러필터는 특정한 색상을 나타내는 염료, 안료 등의 화학 물질을 통해 만들어졌는데 이러한 화학 물질은 자외선에 노출이 되거나, 온도 및 습도 변화에 취약하여 변색이 될 수 있다는 단점을 가지고 있었다. 자연계에는 이런 화학 방식의 색상 표현 외에도 나노 스케일의 반복적인 구조에 의해 특정한 색상을 나타낼 수 있는 구조색(structural color)이 존재하는데 나노 구조물에 의해 구현되는 컬러는 주변 환경에 민감하지 않고 광 특성을 자유자재로 조절할 수 있다는 장점이 있다. 이에 최근 국내외 많은 연구 그룹에서 나노 구조물이나 메타표면 등을 이용하여 컬러필터 등의 광학소자 개발에 투자하고 있다.

국내에서 수년간 나노 구조 컬러필터를 연구해 온 광운대 이상신 교수팀은 최근 실리콘 기판 상에 실리콘과 알루미늄 나노디스크를 이용해 색순도 및 반사 효율이 매우 높은 컬러필터를 개발하는 데 성공했다.

실리콘과 알루미늄은 가시광 대역에서 일부 빛을 흡수하는 특성으로 인해 고효율의 컬러필터를 구현하기가 어려운 것으로 인식되어 왔으나, 이번 연구를 통해 높은 채도를 갖는 밝은 색상의 컬러필터를 개발하는 데 성공했다. 특히, 지구상에 풍부한 물질인 동시에 반도체 공정이 가능한 실리콘과 알루미늄을 채택하여, 향후 디스플레이나 센서 등에 사용되는 컬러필터의 공정비용을 낮추고 생산성을 높이는 등 광학 및 전자산업에 크게 기여할 것으로 기대되고 있다.

이번 연구를 주도한 이상신 교수는 "현재 국내외의 많은 연구 그룹에서 나노 구조물을 통해 고효율, 초소형의 분광장치나 홀로그램장치 등을 개발하는 데 큰 관심을 갖고 있다" 며 "이번에 개발된 실리콘 및 알루미늄을 이용한 컬러필터를 통해 높은 생산성과 효율을 동시에 얻을 수 있어, 해당 연구에 박차를 가할 수 있을 것" 이라고 말했다.

한편, 이번 연구는 미래창조과학부가 지원하는 한국연구재단의 선도연구센터지원사업과 중견연구자지원사업 지원으로 수행됐다. 연구결과는 그 성과를 인정받아 와일리(Wiley)에서 발간하는 국제 전문학술지인 '레이저 및 포토닉스 리뷰' 2017년 5월호에 최종 게재됐다(온라인판 4월 7일).

※용어 설명

- 나노 구조 컬러필터 : 나노 구조물을 통해 가시광 대역의 빛을 필터링 하여 다양한 색상을 구현하는 광학 소자

- 메타표면 : 파장이하 나노 구조의 배열로 형성된 기하학적인 광학 평면을 지칭