UHD보다 4배 선명한 디스플레이 개발

구조적 불안 문제 산소 주입 방식으로 해결

UHD 이상의 고해상도 디스플레이를 만들 수 있는 기술을 국내 연구진이 개발했다. 비정질 산화물 소재를 활용, 디스플레이 개발 난제인 구조적 불안정 문제를 산소 주입 방식으로 해결한 것이다.

비정질 산화물의 원자구조 분석 결과 불안정한 결합의 인듐이 존재하며 산소 주입을 통해 불안정성을 제거하게 되면 구조적 안정성을 확보할 수 있다.

초고해상도의 대면적 디스플레이를 제작하기 위해서는 트랜지스터의 고속 동작이 필수적이다. 비정질 산화물 소재는 기존의 다결정 실리콘 소재보다 최대 속도가 10배 이상 빨라 전 세계 디스플레이 개발 회사들이 집중하고 있는 소재다.

이같은 비정질 산화물 소자는 풀HD 해상도보다 16배 선명한 수퍼하이비전급 구현이 가능하다. 나아가 웨어러블 디스플레이에도 적용할 수 있을 것이란 기대를 받고 있다.

다만 전류가 흐를 때 구조적으로 불안정해진다는 한계가 개발의 걸림돌이 되어 왔다. 한국표준과학연구원(KRISS) 김용성 박사는 컴퓨터 시뮬레이션(제1원리 계산법)을 통해 비정질 산화물에 전류가 흐를 때 통상적으로 알려진 금속 산소간의 결합 외에, 인듐 금속의 결합을 생성하고 이러한 결합이 불안정성을 유발한다는 것을 밝혀냈다.

연구팀은 비정질산화물에 전류가 흐르는 상황을 만들기 위해, 추가로 전자를 주입했으며 5개의 결합을 형성하고 있는 불안정한 인듐이 다른 금속 원자와 결합을 형성하면서 주입된 전자를 고정시켜 전류의 흐름을 방해하는 것을 발견했다.

아울러 불안정한 인듐에 산소를 주입해 비정질산화물의 고정된 전자가 다시 흐를 수 있게 만들어 구조적인 불안정성을 해소할 수 있다는 해결방안도 제시했다.

김용성 박사는 “이 연구 성과를 통해 UHD 이상의 디스플레이 대량 생산의 가능성을 열게 됐다”며 “풀HD 보다 해상도가 최대 16배 이상 뛰어난 디스플레이 제작이 가능하게 될 것”이라고 말했다.

한편 이 연구는 미래창조과학부가 지원하는 나노소재개발사업 연구수행으로 이뤄졌으며, 네이처 자매지인 엔피지 아시아 머터리얼즈에 실렸다.