화질은 높이고 가격은 낮추고..'초고화질 디스플레이 컬러필터' 기술 개발

[이데일리 김혜미 기자] 지금보다 뛰어난 색 재현율을 보이면서도 가격을 낮출 수 있는 초고화질 LCD(액정표시장치) 디스플레이 컬터필터 기술이 개발됐다.

2일 한국연구재단에 따르면 주병권 고려대 교수 연구팀은 해상도가 높은 색을 나타낼 수 있는 상보형 플라즈몬 컬러 필터를 개발했다. 플라즈몬 컬러필터는 주기적인 나노 패턴에서 발생하는 빛의 산란과 금속 표면에서 발생하는 플라즈몬 효과를 이용한 컬러필터를 말한다.

현재 디스플레이 산업에서는 안료나 염료를 이용한 광흡수 방식을 주로 사용하고 있다. 이는 유기재료를 기반으로 하기 때문에 화학적 안정성이 낮을 뿐 아니라 RGB(적·녹·청) 필터를 각각 제조하므로 단가가 높다. 반면 무기재료를 사용하는 광간섭 방식의 플라즈몬 컬러필터는 저렴한 비용으로 다양한 색 필터를 동시에 제조할 수는 있으나, 구조물의 이차원 배열에서 발생하는 색 간섭 현상 때문에 색 순도가 저하되는 문제점이 있다.

연구팀은 음각 패턴에 양각 패턴을 조합하는 상호보완적 설계방식을 이용해 기존의 정형화된 패턴 모양을 탈피하도록 했다. 학계에서는 그동안 양각 패턴이 투과형 컬러필터에 응용하기 어렵다는 시각이 지배적이었으나, 오히려 특정 조건에서 양각패턴이 단파장 누설을 효과적으로 차단해 순도 높은 적색 추출이 가능한 것으로 나타났다.

연구팀은 상보형 플라즈몬 컬러필터를 이용하면 패턴 설계만 달라질 뿐 재료나 공정을 추가할 필요가 없어 기존 컬러필터의 장점을 유지하면서도 색 표현 성능을 높일 수 있다고 설명했다. 색을 구현하는 영역은 이전보다 30% 넓어졌다.

주병권 교수는 “상보형 플라즈몬 컬러필터는 LCD 뿐 아니라 OLED(유기발광다이오드), CMOS(상보성금속산화막반도체) 등 디스플레이와 이미지센서용 컬러필터로 활용할 수 있다”며 “나노광학소자를 결합시킨 차세대 디스플레이 개발을 앞당길 수 있을 것”이라고 말했다.

이번 연구성과는 네이처(Nature) 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports) 1월13일자에 게재됐다. 연구는 미래창조과학부·한국연구재단의 기초연구지원사업 및 교육부·한국연구재단의 BK21 지원사업 지원으로 수행됐다.

연구팀이 제작한 음각패턴과 양각패턴 구조의 플라즈마 컬러필터. a는 제작된 플라즈마 컬러필터의 광학현미경 사진과 전자현미경 사진, b는 측정된 색좌표 값과 색재현 영역, c는 측정된 투과 스펙트럼. 한국연구재단 제공