HOME > 기업현황 > 신기술/신제품 인쇄
서랍속 논문 찾아 '초고해상 디스플레이' 난제 풀었다 스크랩 | ||||
---|---|---|---|---|
|
||||
"서랍속 논문 찾아 '초고해상 디스플레이' 난제 풀었다"김용성 표준연 책임연구원, 초고해상도 디스플레이 대량생산 가능시대 열어서랍속에서 자고 있던 논문이 기지개를 켜며 빛을 발했다. 한국표준과학연구원(원장 신용현)의 김용성 박사 연구팀이 비정질 산화물의 불안정성 문제를 해결하는 원리를 밝히는데 성공했다. 또 산소를 주입해 비정질 산화물의 안정화 방법을 제시했다.
스마트 TV 보급이 늘면서 산업체에서는 100인치가 넘는 디스플레이 개발 기술이 요구됐다.
국내 기업에서는 이를 위해 기존 실리콘 소재 트랜지스터에서 비정재 산화물 소재 트랜지스터로 바꾸는 추세다. 하지만 비정재 산화물 소재는 실리콘 소재보다 여러 장점이 있음에도 불안정성 문제로 실제 제품에 적용하지 못했던게 사실이다.
이처럼 김 박사팀의 연구는 산업체의 요구로 본격화 됐다. 그는 "이전에 동료 연구원이 비정질 산화물 트랜지스터의 불안정성에 대해 쓴 논문이 있었는데 살펴볼 여력이 안됐었다"고 고백하며 "논문을 서랍에 넣어놓고 그냥 오래 가지고 있었는데 산업체에서 이 문제를 해결해야 한다는 수요가 무척 크다는 사실을 알고 연구에 몰입했다"고 연구 동기를 밝혔다. 그의 연구 과정을 들어봤다.
◆ 1년간 실패 반복 끝에 비정질 산화물의 안정화 첫 제시
디스플레이는 수많은 작은 화소들로 구성돼 있는데 각 화소를 켜고 끄는 구동 트랜지스터가 필요하다. 고속 동작 트랜지스터를 적용하면 더 많은 화소를 빠른 시간에 구동할 수 있어 고해상도가 가능해진다.
초고해상도의 디스플레이를 제작하기 위해서는 트랜지스터의 고속 동작이 요구된다. 초고해상도로 갈수록 더 많은 수의 트랜지스터가 들어가고 정해진 시간안에 모든 트랜지스터를 동작시키기 위해서는 속도도 빨라져야 한다.
현재 디스플레이 시장에서 사용되는 트랜지스터는 다결정 실리콘 소자로 제작된다. 실리콘 소자는 낮은 전기전도도와 특성제어의 어려움으로 최대 UHD급 해상도까지만 제작할 수 있다. 디스플레이 제작 기업들이 안고 있는 공통의 문제인 셈이다.
시장의 요구에 따라 관련기업들은 더 선명하고 규모가 큰 디스플레이 개발이 시급했다.
UHD급 이상의 디스플레이를 제작하기 위한 소자로 비정질 산화물 트랜지스터가 주목받아 왔다. 이는 높은 전도도로 실리콘 소자에 비해 10배 이상 고속 동작해 UHD급 해상도보다 4배 이상 뛰어난 초고해상도 디스플레이 구현이 가능하다. 또 유연성이 뛰어나고 제작 단가도 낮다.
하지만 이런 장점에도 비정질 산화물 트랜지스터는 전류가 흐를 때 구조적으로 불안정해진다는 단점이 있어 이를 활용한 디스플레이 개발의 걸림돌이 돼 왔다.
비정질 산화물은 인듐(In), 갈륨(Ga), 아연(Zn) 등 금속원소와 산소(O)로 이뤄진 물질이다.
그동안 과학계에서는 금속원소는 모두 산소와 결합하고 있는 것으로 생각, 비정질 산화물의 구조적 불안정성의 원인을 파악하지 못했었다.
연구팀은 비정질산화물에 전류가 흐르는 상황을 만들기 위해 추가로 전자를 주입해 실험했다. 그 결과 인듐은 산소와 6개의 화학적 결합을 이뤄야 하는데 일부가 5개의 결합을 형성해 인듐과 금속이 결합한다는 사실을 파악했다.
즉 인듐과 갈륨, 인듐과 아연 형태로 결합하면서 트랜지스터 구동시 전류 역할을 하는 전자가 인듐과 금속의 결합에 붙잡혀 전류가 흐르지 못해 트랜지스터의 불안정성을 유발한다는 것을 확인할 수 있었다.
김 박사는 "5개의 결합을 형성하고 있는 인듐을 제거하고 6개의 결합을 맞춰 비정질 산화물의 불안정성을 해결할 수 있었다"면서 "이번 규명은 세계에서도 처음"이라고 설명했다.
◆ UHD TV 대량생산 가능…"비정질 반도체 결함 연구할 것"
김 박사는 "이번 연구 성과로 풀HD에 비해 16배 선명한 SHV(Super High Vision)급 해상도 구현이 가능하게 됐다"면서 "100인치 이상의 디스플레이 개발이 가능해지고 안경없이 3D 화면을 볼 수 있게 된다"고 연구성과 의의를 설명했다.
연구를 진행하면서 가장 어려웠던 점에 대해 질문하자 김 박사는 "결정질은 원자 위치가 정확한데 비정질은 원자구조가 불규칙해 구조를 만드는데 가장 어려웠다"면서 "특히 전류가 흐를 때 원자가 어떻게 움직이는지, 어떻게 불안정성을 보이지는 등을 확인해야하는데 그런 상황을 시뮬레이션 하기가 쉽지 않았다"고 실험의 어려웠던 점을 토로했다.
그는 이어 "실험은 가장 비슷한 상태로 놔야 올바른 결과를 얻는데 물질을 액체로 만들어 천천히 얼리며 실제와 가까운 비정질 구조에 맞췄다"고 연구 과정을 설명했다.
김 박사팀의 연구 성과로 벌써부터 관련 기업들의 문의가 늘고 있다.
"비정질 산화물 소자의 불안정성 문제가 해결되면서 기업들은 대량생산체제에 돌입할 것으로 전망된다. 3D TV 시청시 별도의 안경을 써야하는 불편함이 사라질 것이다. 또 카메라, 초고해상도 디스플레이 개발도 앞당겨질 것으로 보인다."
감 박사는 "대량생산되면 UHD TV의 가격이 내려가고 더 많은 소비자에게 보급 될 것"이라고 앞으로 시장의 변화를 기대하며 "비정질 반도체 결함도 정의가 안된상태다. 앞으로 이분야 연구에 집중할 것"이라고 계획을 밝혔다. |
||||