현실보다 더 생생한 '미래형 TV' 온다 - 서울대 연구팀
서울대 이병호 교수
서울대 윤한식 박사 공동 개발
색상 가변 컬러 필터용 금속 나노구조물의 개념도
색상 가변 컬러 필터용 금속 나노구조물의 전자현미경 이미지.
색상 가변 컬러 필터에 의해 표현되는 다양한 색상 이미지.
미래부
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1897년 독일인 브라운에 의해 브라운관(CRT)이 발명된 이래 거의 백년간 브라운관은 디스플레이와 거의 동격이었다. 그러나 컴퓨터와 각종 이동통신기기 등의 발달과 함께 브라운관을 대신해 평판 디스플레이(PDP, LCD 등)가 우리 삶 깊숙이 자리잡게 되었다. 이제 디스플레이 기술은 또 한 차원을 뛰어넘는 진화를 준비하고 있다. 휘고 접는 디스플레이는 물론, 실제와 구분이 안 될 정도로 생생한 영상을 구현하는 3D·홀로그램 디스플레이, 머리에 쓰고 가상현실을 체험하게 하는 헤드마운트(head-mount)형 디스플레이 등 공상과학(SF) 영화에서나 보던 미래형 디스플레이들이 하나씩 현실화되고 있다. 미래창조과학부는 지난 5월 20일 이런 미래형 디스플레이 시대를 앞당길 핵심 기술을 국내 한 연구진이 최초로 개발했다고 발표*했다. * 네이쳐 커뮤니케이션스(논문명 : Plasmonic cavity-apertures as dynamic pixels for the simultaneous control of colour and intensity) 서울대 이병호 교수와 윤한식 박사는 미래창조과학부가 추진하는 기초연구지원사업(리더연구자지원)을 통해 금속 나노구조물을 이용한 초소형 색상 가변 컬러 필터 개발의 가능성을 열었다. 지금까지의 각종 디스플레이는 한 개의 컬러 필터가 한 가지 색상 밖에는 표현할 수 없었다.
다양한 색을 표현하기 위해서는 적어도 삼원색(빨강, 초록, 파랑)의 컬러 필터가 필요하기 때문에 디스플레이는 한 개의 픽셀을 최소 세 종류의 컬러 필터들로 구성되어야 하므로 초고해상도 픽셀 개발에 근본적인 제약이 있었다. 연구팀은 이러한 색상 고정형 컬러 필터의 한계를 극복하기 위하여 공진기(cavity) 구조와 나노 구멍 구조가 결합된 금속 나노구조물을 제안함으로써 한 개의 컬러 필터에서 여러 가지 색상을 표현해 낼 수 있음을 최초로 보여주었다.
공진기*라는 진열대에 여러 가지 빛들을 파장과 세기별로 분류하여 펼쳐놓은 다음에 나노 구멍**을 이용해 그 중의 한 개를 골라서 사용하는 것이라고 볼 수 있다. * 공진기 : 기타나 리코더 연주에서 손가락으로 정해주는 길이에 따라 소리의 파장을 선택하여 울려주듯 그 길이에 따라 특정 파장의 빛을 정상파 형태로 만들거나 가두어 둘 수 있는 공간 ** 금속 나노 구멍 : 일반적으로 빛은 그 파장보다 더 작은 나노 크기의 구멍을 통과하지 못하지만 자유전자가 풍부한 금속에서의 나노 구멍인 경우 빛이 자유전자의 규칙적인 진동으로 변환 및 전달되어 마치 깔대기처럼 빛을 모아 금속 나노 구멍을 통과시킬 수 있음 한 개의 픽셀을 한 개의 컬러 필터로 구성함으로써 기존 수십에서 수백 마이크로미터였던 픽셀의 크기를 수 마이크로미터까지 줄여 초고해상도 구현이 가능하게 되었으며, 이로 인해 화질이 기존 방식보다 약 50배 이상 개선될 것으로 보인다. 이번 연구 결과는 미래창조과학부가 추진하고 있는 기초연구지원사업인 ‘리더연구자지원사업’의 뜻깊은 성과로서 1997년도부터 계속 추진 중인 동 사업은 그간 우리나라 의학과 물리학, 화학 등 기초과학의 텃밭을 비옥하게 하고 원천기술을 개발해 창조경제의 씨앗을 틔우는 밑거름 역할을 해왔다. 금번 성과 외에도 그간 리더연구자지원사업을 통해 미래형 디스플레이 원천기술이 다수 개발된 바 있다. ‘꿈의 신소재’라고 불리는 그래핀의 실용화를 앞당긴 신기술(삼성전자 황성우 박사와 성균관대학교 황동목 교수 공동 연구팀, ‘14.4월)을 개발하여 디스플레이 분야에서의 그래핀 소자 활용 가능성을 넓혔고,
은나노와이어의 강한 결합력을 이용한 신축성 있는 투명전극을 개발(성균관대 화학과 이효영 교수, 김운천 박사, 이한림 박사과정 연구원 연구팀, ‘14.2월)하여 웨어러블 디스플레이와 터치스크린 개발에 중요한 초석을 쌓았다.
또한 안경을 쓰지 않고도 3D 영상을 볼 수 있는 광학필름을 개발(서울대 차국헌 교수와 윤현식 연구교수, 故서갑양 교수 연구팀, ‘11년)하는 성과를 올리기도 했다. 지난해 노벨 물리학상은 청색 발광다이오드(LED)를 개발한 일본 연구자들에게 돌아갔다. 그만큼 디스플레이 관련 연구는 현재 세계가 주목하는 과학 분야이자 창조경제를 열어갈 미래형 고부가가치 기술의 하나라는 점에서 이러한 성과들이 주목받고 있다. 미래부 |
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