A study on the robust structural color based on Fabry-Perot filter
- 주제(키워드) Structural color , Fabry Perot
- 발행기관 고려대학교 대학원
- 지도교수 이헌
- 발행년도 2020
- 학위수여년월 2020. 8
- 학위구분 석사
- 학과 대학원 신소재공학과
- 원문페이지 55 p
- UCI I804:11009-000000232060
- DOI 10.23186/korea.000000232060.11009.0001178
- 본문언어 영어
- 제출원본 000046048359
초록/요약
Recently, research on colorization with nanostructure-light interaction has been actively conducted because it has many advantages over conventional, pigment-based colorization in terms of being non-toxic and highly durable in the environment. Also, it could provide very high resolution. The asymmetric Fabry-Perot (aFP) filter is the most manufactural structure among coloring structures because it could be simply produced and easily tunable. However, it has been challenging to apply aFP to practical colorization because of the lack of a manufacturing technique that enables simultaneous fabrication of aFP filters with different heights. For simultaneous fabrication of multi-color structures based on aFP filter, UV imprint lithography is applied. At first, we formed micro-pixelated colored characters using UV imprint lithography. The optical property of aFP filter fabricated using photo-curable resist was analyzed by finite-difference time-domain (FDTD) solver and UV-visible spectrometer. Various cavities with different thicknesses were fabricated in a single step using photo-curable resist, and a simple deposition process of Ag (10nm) was applied to imprinted pattern. Through a simple process, the multi-color demonstration was conducted. The fabricated aFP filters were observed with optical microscope and scanning electron microscope (SEM). This aFP filter demonstrated high absorption, close to 90%, resulting in vivid colors with high resolution of 12700 dots-per-inch (DPI). Secondly, we formed millimeter-scaled colored characters using UV imprint lithography. We used the robust stainless steel 316 (SUS316) as top semi-reflective layer. Using SUS316, poly (urethane acrylate) (PUA), and aluminum, we fabricated 2-mm-sized colored characters, which is composed of micro-pixelated aFP filters. This study could be potentially used in optical sensing field, functionalized color decorations, and security color patterns area.
more초록/요약
최근 몇 년 동안 나노 구조체와 빛 사이에 발생하는 상호 작용을 통한 색 구현에 대한 연구가 활발히 진행되어 왔다. 이렇게 형성되는 구조 색(structural color)은 제조 또는 합성 과정에서 환경을 오염시키지 않으며 독성을 나타내지 않는다. 또한 기존의 안료를 사용하는 색 구현 방법에 비해 외부 환경에 대해 내구성이 높으며 높은 해상도를 가지는 이미지를 구현할 수 있는 장점을 가지고 있다. 구조 색을 형성하는 방법들 중에서 비대칭 페브리-페로(asymmetric Fabry-Perot) 구조체(aFP filter)를 사용해서 색을 형성하는 방법은 간단한 공정을 통해서 색을 구현할 수 있으며, 두 반사 층 사이에 위치하는 공동 층의 두께를 조절해서 여러 종류의 색상을 구현할 수 있기에 가장 생산적인 구조 색 구현 방법이다. 그러나 aFP를 여러 응용 분야들에 적용하기 위해서는 동일한 장소에 대해 둘 이상의 색상을 경제적으로 구현할 수 있는 방법이 필요하다. 따라서, 본 연구에서는 광반응성 고분자 소재를 활용한 자외선 임프린트 공정(UV imprint lithography)을 사용하여, 간단한 공정을 통해 동일한 기판에 여러 색을 나타내는 aFP filter들을 고해상도로 형성할 수 있음을 보였다. 만들어진 aFP filter의 광학적 특성을 분석하여 가시광 영역에서 흡광계수가 낮은 광반응성 고분자 소재를 사용하는 경우, 만들어지는 aFP filter가 넓은 범위의 빛을 흡수하여 선명한 색상을 구현할 수 있다는 것을 확인하였다. 따라서 이러한 결과는 aFP filter가 광학 센서 분야, 보안용 특수 패턴 분야 등에서 폭 넓게 사용되는데 기여할 수 있을 것이다.
more목차
국문초록.....................................................................................................................i
Abstract....................................................................................................................ii
Contents..................................................................................................................iii
List of Figures and Tables..........................................................................................vi
I. Introduction.......................................................................................................1
II. Theoretical background
II.-1 Broadband color filter based on Fabry-Perot resonance.......................................4
II.-2 Nanoimprint lithography and UV imprint technique..........................................12
III. Experimental procedure
III.-1 Fabrication of micro-pixelated colored characters using nanoimprint lithography.............................................................................................................15
III.-2 Fabrication of robust macro-scaled micro-pixelated colored characters...............................................................................................................19
IV. Results and discussions
IV.-1 Fabrication of various structural colors with UV curable polymer......................22
IV.-2 Macro-scaled structural color printing with UV imprint technique....................31
V. Conclusion.......................................................................................................41
References..............................................................................................................43
