국내연구진, 초고화질 디스플레이 컬러필터 기술 개발
서울대 이병호 교수·윤한식 박사 연구팀, 네이처커뮤니케이션스에 논문
(서울=연합뉴스) 윤보람 기자 = 국내 연구진이 초소형·초고화질 미래형 디스플레이를 구현할 수 있는 핵심 기술을 개발했다.
미래창조과학부는 이병호 서울대 교수와 윤한식 박사가 이끄는 연구팀이 금속 나노구조물을 이용해 한 개의 컬러 필터에서 여러 색상을 표현해내는 기술을 개발했다고 25일 밝혔다.
지금까지 각종 디스플레이는 한 개의 컬러 필터가 한가지 색상밖에 표현하지 못해 다양한 색을 표현하려면 적어도 삼원색(빨강·초록·파랑)의 컬러 필터가 필요했다.
따라서 최소 세 종류의 컬러 필터로 디스플레이 픽셀을 구성해야 하기 때문에 초고해상도 픽셀 개발에 근본적인 제약이 있었다.
연구팀은 이러한 색상 고정형 컬러 필터의 한계를 극복하기 위해 공진기(cavity) 구조와 나노 구멍 구조가 결합한 금속 나노구조물을 제안함으로써 한 개의 컬러 필터가 여러 가지 색상을 표현해낼 수 있다는 사실을 최초로 보여줬다.
공진기라는 진열대에 여러 가지 빛들을 파장과 세기별로 분류해 펼쳐놓은 다음에 나노 구멍을 이용해 그중 한 가지를 골라 사용하는 방식이다.
공진기는 기타나 리코더를 연주할 때 손가락으로 정해주는 길이에 따라 소리의 파장을 선택해 울려주는 원리와 같이 길이에 따라 특정 파장의 빛을 정상파 형태로 만들거나 가두어 둘 수 있는 공간을 말한다.
일반적으로 빛은 그 파장보다 더 작은 나노 크기의 구멍을 통과하지 못하지만 자유전자가 풍부한 금속에서의 나노 구멍인 경우 빛이 자유전자의 규칙적인 진동으로 변환 및 전달돼 마치 깔때기처럼 빛을 모아 금속 나노 구멍을 통과시킬 수 있다.
이번 연구 결과에 따라 한 개의 픽셀을 한 개의 컬러 필터로 구성함으로써 기존 수십∼수백 마이크로미터였던 픽셀의 크기를 수 마이크로미터까지 줄이는 소형화가 가능해졌다.
또 초고해상도 디스플레이를 구현할 수 있게 되면서 화질도 기존보다 약 50배 이상 개선될 것으로 기대된다.
연구팀은 "색상 가변 컬러 필터를 격자 배열 형태로 제작하고 각각의 입사편광을 독립적으로 제어해 컬러 동영상을 구현하는 것이 궁극적인 목표"라며 "실용화까지는 5∼10년이 걸릴 것으로 예상된다"고 말했다.
이번 연구는 미래부가 추진하는 기초연구지원사업인 '리더연구자지원사업'의 지원으로 수행됐으며 논문은 네이처 커뮤니케이션스에 게재됐다.
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