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 발표했다.

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.

공진기라는 진열대에 여러 가지 빛들을 파장과 세기별로 분류하여 펼쳐놓은 다음에 나노 구멍을 이용해 그 중의 한 개를 골라서 사용하는 것이라고 볼 수 있다. 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, 은나노 와이어의 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.