In order to replace these conventional filters, structural colorfilters, which utilize light-matter interaction between incident light and structural array smaller than wavelength, have been actively studied. Structural designs can be classified by forms of resonances and each structure has each own merits and demerits. In this research, we demonstrate the method to design structural colorfilter based on localized surface plasmon resonance (LSPR) and surface plasmon resonance (SPR) that have sharp bandwidth and high angular tolerance. Through the finite-differentiate time-domain (FDTD) method, numerical calculation is conducted to analyze spectral and angular properties of each structure. Also, the new theoretical analysis method, transfer-matrix method (TMM) combined with the coupled mode theory (CMT), are suggested. With the analysis method, lower bound of bandwidth is determined and optimal structures are proposed.
기존의 염료형 컬러필터를 대체하여, 파장보다 작은 구조체 배열을 이용하여 파장을 필터링하는 구조체 컬러필터 연구가 활발히 진행되고 있다. 구조체 컬러필터는 공진의 형태에 따라 분류할 수 있고 각기 다른 장단점을 가지고 있다. 본 연구에서는 표면 플라즈몬 공진 및 국소 표면 플라즈몬 공진을 가지는 금속 기반의 구조체를 이용하여, 컬러필터가 우수한 파장 선택성 및 각도 특성을 가지도록 설계하는 방법을 다루고자 한다. 유한차분 시간영역을 이용한 전자기 시뮬레이션을 통해 몇 가지 구조체에 대해 스펙트럼 및 각도 특성을 분석 하였다. 또한 결합모드 이론과 전달행렬 분석법을 통합한 새로운 이론적 모델을 제시하여, 이를 통해 컬러필터의 성능 한계를 알아보고 최적화된 구조를 제시하였다.
