KAIST가 전력을 거의 쓰지 않으면서도 선명한 화면을 구현하는 초고해상도 디스플레이 기술을 개발했다.
이 기술은 색을 유지할 때 전력 소모가 거의 없고 픽셀 하나가 스스로 색을 바꾸는 모노픽셀을 실현해 배터리 부담이 큰 증강현실(AR)과 가상현실(VR) 기기 성능을 획기적으로 높일 전망이다.
KAIST 전기및전자공학부 송영민 교수팀은 GIST 전기전자컴퓨터공학부 정현호 교수팀과 공동연구로 전기 변색 소재를 활용해 적은 전력으로 색을 구현하는 '재구성 가능한 저전력 반사형 모노픽셀(r-GT)을 개발했다.
기존 디스플레이는 해상도를 높이기 위해 픽셀을 작게 만들수록 전력 소모가 커지고 빛이 줄어드는 한계가 있다.
연구팀은 전기를 가하면 성질이 변하는 전도성 고분자인 폴리아닐린(PANI)을 활용해 이 문제를 해결했다.
PANI는 1V 이하 낮은 전압에서도 빛 굴절률이 변하며 색이 달라지는 특성을 가진다.
연구팀은 여기에 빛을 여러 번 반사시켜 특정 색을 강하게 만드는 공진구조를 결합했다.
이 구조는 미세한 변화를 크게 증폭해 적은 전압으로도 선명한 색을 표현한다.
이를 통해 1cm² 기준 약 0.00009W(90㎼) 수준의 초저전력으로 색상환 360도 중 220도 이상의 색 변화를 구현했다.
이 기술의 핵심인 모노픽셀 구조는 기존 디스플레이처럼 하나의 픽셀을 빨강(R)·초록(G)·파랑(B)으로 나누지 않고 픽셀 전체가 스스로 색을 바꾸기 때문에 같은 면적에 더 많은 픽셀을 채울 수 있어 해상도가 높아지고 빛 손실은 줄어든다.
연구팀은 픽셀 크기를 1.5㎛ 수준까지 줄여 1인치당 픽셀 수를 1만 6900PPI까지 높일 수 있음을 입증했다.
이는 사람 눈으로 픽셀을 구분하기 어려운 수준의 초고해상도다.
아울러 PANI는 전압을 제거한 뒤에도 색 상태를 일정 시간 유지하는 메모리 인 픽셀 특성을 가져 에너지 효율이 우수하다.
이는 색을 바꿀 때만 전력을 쓰고 유지할 때는 전력이 거의 들지 않는다.
실제 5×5 모노픽셀 배열로 검증한 결과 색을 바꾸는 데 필요한 에너지는 일반 발광다이오드(LED) 대비 최대 5.8배 이상 적었다.
여기에 외부 빛을 반사해 화면을 보여주는 방식으로, 주변 조명이 강할수록 화면이 더 잘 보이는 것도 장점이다.
송 교수는 "이 기술은 저전력으로 다양한 색을 구현할 수 있어 구동 방식과 결합하면 전력 소모가 적은 초고해상도 디스플레이는 물론 다양한 광학 기술에 활용할 수 있을 것"이라고 설명했다.
한편, 이번 연구는 KAIST 전기및전자공학부 정효은 석사박사통합과정 학생이 공동 제1저자로 참여했고, 연구결과는 지난달 28일 국제학술지 ‘라이트: 사이언스 앤드 애플리케이션스(Light: Science & Applications, IF 23.4)`에 게재됐다.
(논문명 : Sub-1-volt, reconfigurable Gires-Tournois resonators for full-coloured monopixel array)
