[테크월드=선연수 기자] 한국전자통신연구원(ETRI)이 픽셀(Pixel)의 크기와 픽셀 간격을 마이크로미터(㎛) 수준으로 대폭 줄여, 30°(도) 시야각으로 화질을 대폭 높인 새로운 픽셀 구조 기술을 개발했다. 세계에서 가장 작은 1㎛ 픽셀 피치소자를 적용함으로써 보다 자연스러운 홀로그램과 72K 해상도의 패널을 개발할 수 있을 것으로 기대된다.
홀로그램은 액정에 전압을 걸어 빛의 위상을 바꿔 영상을 제작하는 공간 광변조 기술이 주로 쓰이는데, 이때 화질과 시야각을 높이기 위해선 소자의 픽셀 간 간격을 줄여야 한다. 기존엔 한 평면 내 픽셀의 크기와 간격을 줄이는 연구가 주였으나 한계가 있어왔고, ETRI는 픽셀을 수직으로 설계하는 방식을 고안해냈다. 이는 수직 적층형 박막트랜지스터(VST) 구조로, 픽셀의 필요 면적을 최소화하고 픽셀 피치를 대폭 줄일 수 있다.
연구진은 기존 디스플레이용 박막 트랜지스터(TFT) 기술로 1㎛ 픽셀 피치를 구현할 수 있음을 보였고, 추가 공정 없이 픽셀 피치를 획기적으로 줄일 수 있는 구조 개발에 성공한 셈이다. 1㎛ 픽셀 피치 소자 개발로 현재 8K UHD TV의 1인치당 픽셀수 약 100PPI의 해상도에 비해, 250배가 넘는 2만 5000PPI 이상의 초고해상도를 구현할 수 있게 됐다.
본 기술 개발로 홀로그램 영상 시야각도 획기적으로 높일 수 있다. 기존 홀로그램 디스플레이 기술은 2~3도의 좁은 시야각을 지녔으나, ETRI의 기술로 최대 30도의 광 시야각을 확보할 수 있다. 연구진은 지난주 미국 산호세에서 개최된 ‘디스플레이 위크(Display Week) 2019’ 학회에서, 2.2인치 크기 패널을 사용해 5100만 개(1만 6000개x3200개)의 픽셀로 3차원 상에서 소용돌이가 움직이는 모습을 시연했다. 또한, 해당 기술로 우수논문상을 수상했다.
본 기술은 홀로그램뿐 아니라 마이크로디스플레이(µLED), 증강현실(AR), 가상현실(VR) 등 다양한 초고해상도 디스플레이 분야와 초고속 통신용 부품, 이미징 영상 장치 등에 적용할 수 있어 폭넓은 활용이 예상된다. 향후 미세 공정기술이 더해지면, 마이크로미터(㎛)를 넘어 나노미터(㎚) 수준의 픽셀 크기도 달성할 수 있을 것으로 보인다.
현재 ETRI는 본 기술을 적용한 패널을 개발 중이며, 올해 내에 72K 해상도의 3.1인치 수준의 공간광변조기를 개발할 예정이다. 프로젝션 기술에 기반해 홀로그램 영상 크기를 20인치 수준까지 확대할 계획이다. 공간광변조기의 개발이 성공하면, 영상을 확대하는 별도의 광학장치가 없어도 홀로그램 영상을 자연스럽게 재현할 수 있다. 또한, 한 소자에서 한 가지 색만 표시하는 현 단계를 넘어 컬러 홀로그램 분야도 연구할 예정이라고 밝혔다.
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