Multi-Gamut, Linear Color Filters from Nanophotonic Resonators

Abstract

The ability to encode multiple colors within spatial scales below the diffraction limit opens up possibilities for achieving advanced bio-imaging, optical storage and security encryption applications. In this work, we demonstrate vivid transmissive color pixels composed of Ag-TiOx-Ag hybrid nanowires, independent of surface plasmonic mechanisms. By reducing scattering, the nanoresonator transmits spectrally pure light. Linear color combinations of distinct nanoresonators allow the production of any of arbitrary and complex colors within the sRGB triangle. By encoding multiple colors in submicron scales, we also demonstrate the possibility to enhance the optical storage densities. This thesis will introduce the theory, fabrication procedure, and characterization of this color filter.;소형의 칼라 필터는 고해상도의 디스플레이 이외에도 광학 기억 장치나 센서 등 응용분야를 넓힐 수 있다. 본 칼라 필터는 국소적인 공간에 서로 다른 너비를 가진 공명자를 배열함으로써, 다양한 색을 혼합할 수 있는 멀티 칼라 필터 연구를 진행했으며 칼라 필터의 적용 범위를 넓혔다. 본 칼라 필터는 산란 감쇠 현상을 사용하여 개별적인 공명자 자체가 색을 여과 시킬 수 있는 역할을 한다. 공명자는 Ag-TiOX-Ag 의 층으로 구성된 나노 와이어이며, 일정 범위 내에 배열하여 다양한 색의 기능을 가능하게 했다. 본 칼라 필터는 플라즈몬 칼라 필터처럼 소자 간 격자 구조에 의해 색이 결정되는 것이 아닌, TiOX 의 너비와 두께로 색이 조절되는 원리이기 때문에 공간 내의 자유도를 높일 수 있다. 하나의 공명자로 이루어진 본 칼라 필터는 순도가 높고, 전가시광대의 색을 구현할 수 있으며, 파장 대별로 동일한 투과도를 보이는 특성을 갖도록 제작되었다. 개별 공명자에서 색을 투과시키는 원리인 칼라필터는 국소적인 범위에서 혼합된 색을 연출할 수 있다. 이는 색의 선형 조합을 보여줄 수 있고, 직관적인 색 혼합의 알고리즘을 구현할 수 있다. 때문에, 어떤 임의의 색도 타겟할 수 있으며 생산할 수 있다는 점에서 다양한 색을 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 색의 채도 및 명도 또한 조절이 가능하다. 적은 영역 내의 다양한 색의 조합은 광학 기억 장치에 많은 양의 정보를 저장할 수 있는 가능성을 보여줄 수 있다. 본래, ‘Ray-leigh’ 기준에 의하면 분해할 수 없는 거리 내 두 개의 정보가 배열된다면 정확한 정보처리가 불가능하다. 본 소자의 색 혼합을 이용했을 때, 분해할 수 없는 거리 내에서도 서로 다른 정보들을 읽을 수 있다는 점이 광학 저장 장치의 응용될 것이라 기대된다.