서울대 이병호 교수와 윤한식 박사가 금속 나노구조물을 이용한 초소형 색상 가변 컬러 필터 개발로 미래형 디스플레이 시대를 앞당길 핵심 기술 구현에 국내 최초로 성공했다고 미래창조과학부가 25일 발표했다. 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 기초연구지원사업(리더연구자지원)으로 진행됐다. 연구 결과는 최근 네이쳐 커뮤니케이션스에 논문(제목 ‘Plasmonic cavity-apertures as dynamic pixels for the simultaneous control of colour and intensity’)으로 발표됐다.
이번 연구결과의 핵심은 픽셀의 크기를 기존보다 수십~수백배 줄이고도 다양한 색상을 구현할 수 있도록 한 것이다. 기존에는 한 개의 픽셀에 3개의 컬러 필터가 필요했다. 컬러 필터가 고정적인 색 표현만 가능하기 때문에 빨강, 초록, 파랑 등 빛의 3원색상에 해당하는 3가지 컬러 필터들이 반드시 필요했다는 얘기다. 이로 인해 디스플레이 픽셀의 최소크기는 컬러 필터 최소크기의 3배가 돼야 하므로 초고해상도 픽셀 개발에 근본적인 제약이 있었다. 특히 헤드마운트 디스플레이나 3차원 디스플레이와 같은 미래형 디스플레이는 초고해상도를 요구하기 때문에 컬러 필터의 소형화 역시 꼭 필요한 작업이었다는 것이연구진이 밝힌 개발 동기다.
연구팀은 나노 기술을 통해 제약과 문제를 해결했다. 1개의 컬러필터로도 다양한 색상의 구현이 가능하도록 하는 기술 개발에 성공한 것이다.
연구진의 설명에 따르면 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 보여줬다. 공진기는일종의 진열대 역할을 하는데, 여기에 여러 가지 빛들을 파장과 세기별로 분류하여 펼쳐놓은 다음에 10억분의 1 미터(m) 수준인 나노 구멍을 이용해 그 중의 한 개를 골라서 사용하는 방식이다.
이렇게 1개의 픽셀을 1개의 컬러 필터로 구성하면서도 다양한 색상을 구현할 수 있게 됨으로써 기존 수십에서 수백 마이크로미터였던 픽셀의 크기를 수 마이크로미터까지 줄여 초고해상도 구현이 가능하게 됐으며 이로 인해 화질이 기존 방식보다 약 50배 이상 개선될 것으로 보인다고 연구진은 설명했다.
suk@heraldcorp.com
