한국표준과학연구원 김용성 박사 연구팀은 비정질 산화물 소재로 제작한 디스플레이의 불안정한 작동을 보완하기 위해 산소를 주입하는 방법을 고안하고 연구결과를 엔피지 아시아 머터리얼즈(NPG Asia Materials)지에 발표했다.

우리가 흔히 접하는 디스플레이 안에는 아주 빠른 속도로 트랜지스터가 작동하고 있다. 지금까지 디스플레이는 실리콘 소재로 제작됐지만 소재 자체의 한계 때문에 UHD 이상의 화질을 구현하지 못했다. 이를 극복하기 위한 새로운 소재로 실리콘보다 작동속도가 10배 이상 빠른 비정질 산화물이 주목받고 있다. 비정질 산화물은 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn), 산소(O) 원소로 이루어진 무정형 원자구조를 갖는 소재다. 이를 이용해 디스플레이를 만들면 `슈퍼 하이비전급` 해상도를 구현할 것으로 기대를 모으고 있다. 하지만 전류가 흐를 때 전자가 제대로 움직이지 않는 현상이 나타나는 등 구조적인 불안정성이 나타나 개발에 어려움을 겪어 왔다.

연구팀은 컴퓨터 시뮬레이션(제1원리 계산법)을 통해 비정질 산화물에 전류가 흐를 때 통상적으로 알려진 금속-산소간의 결합 이외에 인듐과 금속 사이의 결합이 생성되고 이 때문에 불안정성이 유발된다는 것을 밝혀냈다. 연구팀이 비정질 산화물에 전류가 흐르는 상황을 만들기 위해 추가로 전자를 주입한 결과 5개의 결합을 형성하고 있는 불안정한 인듐이 다른 금속원자와 결합하면서 주입된 전자를 고정시키고 전류 흐름을 방해한다는 것을 확인했다. 특히 불안정한 인듐에 산소를 주입하면 비정질 산화물의 고정된 전자가 다시 흐르게 돼 이 같은 불안정성을 해소할 수 있다는 점도 밝혀냈다.

향후 이 기술을 활용하면 고해상도를 요구하는 안경 없는 3D 디스플레이 개발도 수월해질 전망이다. 현재 안경 없이도 3D TV를 볼 수 있는 기술이 `패렐렉스 배리어`와 `렌티큘러` 등 2가지 방식이 있지만 패렐렉스 방식은 체감 해상도가 낮고 렌티큘러 방식은 비용이 비싸다는 단점이 있다. 고해상도 기술을 적용하면 패렐렉스 방식을 향상시킬 수 있을 전망이다.

김용성 박사는 "이번 연구 성과를 통해 초고화질(UHD)급 이상의 디스플레이 대량생산의 가능성을 열수 있게 됐다"며 "풀에이치디(Full HD)급 보다 해상도가 최대 16배 이상 뛰어난 디스플레이 제작이 가능하게 될 것"이라고 말했다. 한편 이번 연구는 미래창조과학부의 나노소재개발사업 `산화물, 화합물 반도체 나노입자 물성 계산 및 데이터베이스 구축` 연구 지원을 받아 수행됐다. 오정연 기자

<저작권자ⓒ대전일보사. 무단전재-재배포 금지>