컬러필터는 LCD나 OLED와 같은 디스플레이와 디지털 카메라에 사용되는 CMOS 이미지 센서 등에서 색상을 표현하는 핵심부품이다. 현재 주로 사용되는 컬러필터는 투과율이 20~30%대 수준이다. 필터에 빛과 전자가 결합해 금속 표면을 따라 집단적으로 파동이 진동하는 '표면 플라즈몬' 현상을 이용하면 투과율을 기존보다 40% 이상까지 끌어올려 전력효율을 약 2배 정도 향상시킬 수 있다는 연구 성과들이 최근 발표됐다. 하지만 지금까지 발표된 플라즈몬 필터는 마이크로미터(㎛) 크기의 극소 면적에만 구현할 수 있었다.

▲도윤선 KAIST 박사과정생(좌)과 박정호 고려대 박사과정생(우). ⓒ2013 HelloDD.com

이는 기존에 상용화된 레이저 기술을 적용한 공정기술로 플라즈몬 컬러필터를 이용한 디스플레이를 양산할 수 있는 수준이라는 게 학계와 산업계의 평가다. 연구팀은 앞으로 이 기술을 이용해 투과율을 40% 이상 끌어올려 저전력 플라즈몬 디스플레이를 양산할 계획이다. 또 레이저 간섭 리소그래피 기술을 적용해 연구팀이 제시한 공정은 기존 컬러필터 양산기술의 공정이 복잡한 단점을 극복해 저렴하게 만들 수 있을 것으로 기대된다.

도윤선 KAIST 박사과정 학생은 이번 연구에 대해 "그동안 공정 비용, 시간, 수율 측면에서 플라즈몬 현상을 산업적으로 이용하는데 한계가 있었다"며 "연구팀이 제시한 컬러 필터 기술은 설계 및 공정의 간소화를 통해 시간이 단축되고 비용이 적게 들어 염료 및 안료기반 컬러필터 기술을 대체할 수 있을 것"이라고 말했다. 박정호 고려대학교 전기전자전파공학부 박사과정 학생은 "이번 연구는 레이저 간섭 리소그래피 기술을 이용해 TV화면 등 대면적에 적용이 가능하다"며 "기판의 종류에 구애받지 않아 차세대 나노 공정 기술에 폭넓게 활용될 것으로 기대된다"고 말했다. 이번 연구 성과는 나노 기술 분야 학술지 '어드밴스드 옵티컬 머터리얼스(Advanced Optical Materials)' 2013년 2월호 표지논문으로 게재됐고, 6건의 관련 특허를 출원했다.

▲'플라즈모닉 컬러필터' 의 구조 및 나노 구조 형성을 위한 핵심 공정법(레이저 간섭 리소그래피)의 모식도. ⓒ2013 HelloDD.com