이호진 숭실대 교수팀, 새로운 광학소자 통한 컬러필터 기술 개발

플라즈모닉 나노패턴과 에탈론 구조 이용…세계적 학술지 '나노 레터스' 8월호 게재

숭실대(총장 황준성)는 이호진 전자정보공학부 교수가 교신저자(책임저자)로 참여한 연구팀의 논문이 나노 분야의 세계적인 학술지 나노 레터스 8월호에 지난달 20일 게재됐다고 3일 밝혔다.

해당 논문 '플라즈모닉 나노그래이팅과 에탈론 구조체 기반의 극성 선택적 컬러필터'에는 가시광선 대역에서의 빛의 극성에 따라 나타나는 색과 이미지 정보를 선택할 수 있는 나노 (10-9m)크기의 패턴과 에탈론 구조체가 결합된 컬러필터 기술을 개발 결과가 담겼다.

컬러필터는 현재 가장 많이 상용화된 디스플레이 기술인 LCD, LED 디스플레이에 반드시 필요한 기술이다. 화학물질로 만든 기존 컬러필터는 자외선, 온도, 습도에 취약해 변색된다는 단점이 있다.

자연계에는 이런 화학 방식의 색상 표현 외에도 나노 크기의 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.

하지만 현재까지 빛의 극성에 따라 나타나는 색 정보를 변화시킬 수 있는 기술은 개발되지 않고 있으며 이를 이용한 최첨단 보안 및 의료, 생체 센서 등의 응용 기술 개발을 위해 유럽, 미국, 일본 등을 중심으로 활발히 연구 개발되고 있는 분야다.

이번 연구에서는 플라즈모닉스 나노패턴과 에탈론 구조체를 결합함으로써 입사되는 빛의 방향에 따라 나타나는 이미지 정보를 변화시킬 수 있는 새로운 광학소자를 개발했다.

플라즈모닉스란 나노 사이즈의 금속 구조체를 이용하여 빛의 회절 한계보다 작은 영역에서 광을 제어함으로써 다양한 스펙트럼의 가시광선의 투과를 조정할 수 있는 기술이다.

에탈론은 다중 반사판 형태의 광학 소자로써, 구조체 내의 굴절률 또는 막의 두께를 조정함으로써 이 구조체를 통과하는 빛의 간섭 패턴을 변조할 수 있는 기술이다.

두 기술을 결합함으로써, 높은 광효율을 확보함과 동시에 빛의 편광방향에 따라 특정 이미지를 선명한 컬러로 나타내거나 또는 완전히 사라지게 함으로써 기존에 보고된 바 없는 높은 편광 분리도를 구현했다.

이호진 교수는 "이번에 제안된 기술 및 방향이 효과적으로 개발된다면 가시광선 기반 비선형 이미징 시스템 및 이를 이용한 보안 및 생체 센서 시스템의 기술 개발과 상용화를 한층 앞당길 수 있을 것으로 기대된다"며 본 연구 성과의 의의를 전했다.

한편, 나노 레터스(Nano Letters, 피인용지수: 11.238)는 나노 분야 최고의 영향력을 지닌 국제학술지이며 광범위한 응용가능성을 갖는 획기적인 나노 기술과 관련된 연구결과들이 본 저널을 통해 발표되고 있으며 미국화학회에서 발행하고 있다.

세계적으로 나노 및 소재 분야 과학기술 발전에 큰 역할을 해온 저널이다. 본 연구는 한국연구재단의 선도연구센터사업과 중견연구자 지원사업의 지원으로 수행됐으며, 정현승 숭실대 박사와 최현용 서울대 물리천문학부 교수가 공동 저자로 참여했다.