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초고화질(UHD) 뛰어 넘는 초고해상도 디스플레이 핵심 난제 규명

산화물 소재 활용 초고해상도 디스플레이 개발 기대

초고화질(UHD) 뛰어 넘는 초고해상도 디스플레이 핵심 난제 규명
KRISS 김용성 박사가 제일원리계산법을 통해 비정질산화물의 불안정성을 분석하고 있다.



[산업일보]
국내 연구진이 비정질 산화물 소재를 활용한 디스플레이 개발의 난제인 구조적 불안정성 문제를 해결하는 원리의 발견 및 산소 주입을 통한 안정화 방법 제시를 통해, 초고화질(UHD(Ultra High definition))이상의 초고해상도 디스플레이 개발 가능성을 밝게 했다.

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

한국표준과학연구원(KRISS, 원장 강대임) 김용성 박사팀(한국표준과학연구원 책임연구원, 과학기술연합대학원대학교 교수)이 주도한 이번 연구는 미래창조과학부(장관 최양희)에서 지원하는 나노소재개발사업 ‘산화물, 화합물 반도체 나노입자 물성 계산 및 데이터베이스(DB) 구축’ 연구수행을 통해 이루어졌으며 네이처 자매지인 엔피지 아시아 머터리얼즈(NPG Asia Materials, IF:9.902, JCR : 상위 5.5 %)) 온라인판 11월 14일자에 실렸다.

초고해상도의 대면적 디스플레이를 제작하기 위해서는 트랜지스터의 고속 동작이 필수적인데, 비정질 산화물 소재는 기존의 다결정 실리콘 소재보다 최대 속도가 10배 이상 빨라 전 세계 디스플레이 개발회사들이 집중하고 있는 소재이다.

이러한 비정질 산화물 소자는 수퍼하이비전급(SHV, Super High Vision, Full HD의 16배 해상도) 해상도 구현이 가능하며, 웨어러블 디스플레이에도 적용 가능한 것으로 기대되는데, 전류가 흐를 때 구조적으로 불안정해진다는 한계가 개발의 걸림돌이 돼 왔다.

김용성 박사는 컴퓨터 시뮬레이션(제1원리 계산법)을 통해 비정질 산화물에 전류가 흐를 때 통상적으로 알려진 금속-산소간의 결합이외에, 금속 간(인듐-금속)의 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.

연구팀은 또한 불안정한 인듐에 산소를 주입해 비정질산화물의 고정된 전자가 다시 흐를 수 있게 만듦으로써, 구조적인 불안정성을 해소할 수 있다는 해결방안도 제시했다.

김용성 박사는 “이번 연구 성과를 통해 초고화질(UHD)급 이상의 디스플레이 대량생산의 가능성을 열게 됐으며, 또한 풀에이치디(Full HD)급 보다 해상도가 최대 16배 이상 뛰어난 디스플레이 제작이 가능하게 될 것”이라고 말했다.
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