차량 유리에 목적지까지의 경로 등을 띄우려는 헤드 업 디스플레이 실용화를 위한 과제 가운데 하나인 고효율 대면적 생산 기술을 해소하는데 도움이 될 연구 결과가 나왔습니다.
서울대학교 박남규 교수 연구팀이 금속 나노입자를 사용한 고품질 저비용 식각기술을 개발하고 이를 통해 반사와 산란 색상이 각각 다른 투명 컬러필터와 암호화된 나노 QR코드를 제작했다고 밝혔습니다. 이번 연구 성과는 'Advanced Materials'에 게재됐습니다.
금속 나노입자 리소그래피 기술
빛의 흡수, 산란, 반사 및 투과 등 다양한 특성을 제어할 수 있는 특정한 나노구조나 메타물질을 대량으로 만들기 위해 나노입자를 마스크로 사용하는 식각기술이 이용됩니다.
일반 나노공정의 전자빔 기반 식각공정이 아니라 간단한 나노 입자 코팅으로 진행되기에 저렴하고 대면적 구현이 가능하다는 장점이 있습니다. 하지만 컬러필터, 디스플레이, 태양전지, 광센서, 광암호화 등에 접목하기 위해서는 낮은 균일성과 정밀도가 걸림돌이었습니다.
이에 연구팀은 폰(체스 말 가운데 하나)을 본 떠 알루미늄 복합체로 된 원통 위에 구형의 금 나노입자를 올린 구조체를 핸드폰 화면크기 면적에 성공적으로 식각하는 공정을 개발했습니다.
금 나노입자의 반지름과 원통의 높낮이를 조절함으로써 가시광 -근적외선 영역에서 빛의 산란, 반사, 투과 특성을 광범위하게 제어하는 데 성공했습니다. 실제 이 같은 나노 폰 구조체를 적용한 컬러필터를 제작해 높은 투과성과 함께 고순도 반사색 및 산란색이 나타나는 것을 확인했습니다. 차량 유리나 건물 벽 등 투명한 기판 위에 정보를 담아 가시화하는 헤드업 디스플레이로의 응용 가능성을 보여준 겁니다.
한편 나노 폰 구조체 필름에 특정한 패턴으로 배열한 QR 코드를 투사하고, 구조에서 나타나는 반사색과 산란색의 상보적 색 특성을 이용한 홀로그램용 QR코드 암호화 시스템의 가능성도 제시했습니다. 이는 높은 식각 선택비를 제공하는 새로운 고정밀 나노 식각 공정을 개발한 덕분인데요. 높은 측벽 수직성(~90°)과 종횡비(>1)의 나노 폰 복합 구조체(금 나노 구형 입자/알루미늄-이산화규소 원통/초박막 알루미늄)를 대면적으로 구현하는 데 성공했습니다.
- 식각 선택비
각 물질의 식각속도 비로 정의됩니다. 높은 식각 선택비는 목표 물질을 마스크 물질 대비 빠르게 식각시킵니다.
가시광-근적외선 영역 내 산란, 반사 및 투과 특성을 섬세하게 제어할 수 있는 대면적 나노 구조체를 저비용, 고효율 나노 공정기술로 구현함으로써 향후 칼라필터, 디스플레이, 광센서, 광 암호화 등 다양한 광학 응용소자 개발의 토대가 될 것으로 기대됩니다.
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