[에브리뉴스=박효길 기자] FHD(1920x1080)의 16배의 초고해상도 디스플레이 생산 길이 열렸다. 디스플레이 개발의 난제인 구조적 불안정성 문제를 비정질 산화물 소재를 활용해 국내 연구진이 해결 방안을 찾았다.

25일 미래창조과학부에 따르면, 김용성 한국표준과학연구원 박사팀은 나노소재개발사업 ‘산화물, 화합물 반도체 나노입자 물성 계산 및 데이터베이스 구축’ 연구수행을 통해 이같은 성과를 냈다. 김용성 박사팀은 비정질 산화물의 원자구조 분석 결과 불안정한 결합의 인듐이 존재하는데, 산소 주입을 통해 불안정성을 제거하면 구조적 안정성을 확보할 수 있게 되는 사실을 밝혔다.

이 성과는 해외 과학지 네이처 자매지인 NPG 아시아 머터리얼즈 온라인판 11월14일자에 실렸다.

초고해상도 대면적 디스플레이를 제작하기 위해서는 트랜지스터의 고속 동작이 필수적이다. 비정질 산화물 소재는 기존의 다결정 실리콘 소재보다 최대 속도가 10배 이상 빨라 전세계 디스플레이 개발 회사들이 집중하고 있는 소재다.

이러한 비정질 산화물 소자는 수퍼하이비전급(SHV, FHD의 16배) 해상도 구현이 가능하며 웨어러블 디스플레이에도 적용할 수 있는 것으로 기대된다. 그러나 비정질 산화물 소자는 전류가 흐를 때 구조적으로 불안정해진다는 한계가 개발의 걸림돌이었다.

김 박사는 컴퓨터 시뮬레이션(제1월리 계산법)을 통해 비정질 산화물에 전류가 흐를 때 통상적으로 알려진 금속-산소간의 결합외에 금속 간(인듐-금속)의 결합을 생성하고 이 결합이 불안정성을 유발한다는 것을 밝혔다.

연구팀은 비정질산화물에 전류가 흐르는 상황을 만들기 위해, 추가로 전자를 주입했으며, 5개 결합을 형성하는 불안정한 인듐이 다른 금속 원자와 결합을 형성하면서 주입된 전자를 고정시켜 전류의 흐름을 방해하는 것을 발견했다.

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

김 박사팀은 비비정질 산화물 분안정성의 원인 규명과 해결 방법을 찾은 이번 연구결과는 차세대 디스플레이 개발에 핵심 기술이 될 것으로 내다보고 있다.

이번 연구 성과로 SHV 제작이 가능하고 핵심문제 해결로 인해 수율 향상으로 단가 절감에 유리하다. 또한 더 높은 해상도가 필요한 무안경 3D디스플레이 개발이 가능하다. 게다가 디스플레이 소자 자체에 대한 문제점 해결로 휘어지는 디스플레이 제작이 보다 쉬워질 것으로 기대된다.

김용성 박사는 “기존 상용제품에도 비정질 산화물을 사용한 제품이 있었지만 안정성 문제로 품질이 나빴다”며 “그러나 우리팀의 이번 연구 성과로 불안정성을 해결하고 바로 기술 적용될 것으로 기대된다”고 말했다.

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박효길 기자