국내 연구진이 LCD·OLED 등 디스플레이와 디지털 카메라 CMOS 이미지 센서 등에서 색상을 표현하는 핵심부품인 플라즈몬 상용화 기술을 개발했다.
KAIST(총장 강성모)는 최경철 전기 및 전자공학과 교수와 주병권 고려대 전기전자전파공학부 교수 연구팀이 나노 표면에서 발생하는 플라즈몬 효과를 이용한 디스플레이 컬러필터를 상용화할 수 있는 설계 및 공정기술을 개발했다고 13일 밝혔다.
컬러필터는 LCD나 OLED와 같은 디스플레이와 디지털 카메라에 사용되는 CMOS 이미지 센서 등에서 색상을 표현하는 핵심부품이다. 현재 상용화 중인 컬러필터는 투과율이 20~30%대로 알려져 있는데, 플라즈몬 효과를 이용하면 투과율을 기존보다 40% 이상까지 끌어올릴 수 있다. 전력효율을 약 두 배 향상시킬 수 있다.
기존 플라즈몬 필터 기술은 마이크로미터(㎛) 크기의 극소 면적에만 구현할 수 있었던 한계가 있었다. 그러나 이번 연구에서는 레이저 간섭 리소그래피 기술을 이용해 2.5㎝ 크기까지 구현했다. 기존에 상용화 중인 레이저 기술을 적용해 곧바로 디스플레이를 양산할 수 있는 단계라는 평가다. 이 기술을 이용해 투과율을 40% 이상 끌어올려 저전력 플라즈몬 디스플레이를 양산하는게 연구팀의 목표다. 레이저 광의 간섭현상을 통해 나노 구조를 형성하는 레이저 간섭 리소그래피 기술을 적용해 기존 컬러필터 양산기술의 단점인 복잡한 공정도 개선했다.
도윤선 박사과정 학생은 연구에 대해 “그동안 공정 비용, 시간, 수율 측면에서 플라즈몬 현상을 산업적으로 이용하는 데 한계가 있었다”며 “연구팀의 성과는 시간과 비용이 적게 들어 염료 및 안료기반 컬러필터 기술을 대체할 수 있을 것”이라고 말했다. 박정호 고려대 전기전자전파공학부 박사과정 학생은 “이번 연구는 TV화면 등 대면적에 적용이 가능하다”며 “기판 종류에 상관없이 차세대 나노 공정 기술에 폭넓게 활용될 것”으로 기대했다.
연구 성과는 나노기술 분야 학술지 `어드밴스트 옵티컬 머티리얼스` 2013년 2월호 표지논문으로 게재됐고, 6건의 관련 특허를 출원했다.
홍기범기자 kbhong@etnews.com
용어설명=플라즈몬(plasmon)
나노 크기로 형성된 금속 나노 구조체에 특정 광원이 입사되었을 때, 광원의 파장에 따라 금속 나노입자의 표면에 위치한 전자가 공진적으로 진동하는 유사입자를 지칭한다. 금속과 유전체의 경계면에서 발생하여 수십~수백 나노미터 반경 내에서의 빛의 움직임에 영향을 미친다. 공진이 일어나는 파장대역은 나노 구조체의 형태와 이루는 물질의 굴절률 등에 의해 조정이 가능하다. 금속 나노 입자에서는 플라스몬이 표면에 국부적으로 존재하기 때문에 표면 플라스몬이라고 부르기도 한다.