"전력 거의 안 쓰고 더 선명해진 디스플레이"…초고해상도 AR·VR 구현 기대
색 유지 시 무전력 수준 구현…AR·VR 적용 기대
단일 픽셀로 색 표현…16,900 PPI 초고해상도 가능성
전력을 거의 안 쓰면서 더 선명하게 볼 수 있는 차세대 디스플레이 기술이 공개됐습니다.
KAIST 전기및전자공학부 송영민 교수 연구팀이 GIST와 공동으로 초저전력으로 색을 표현하는 새로운 모노픽셀 기술 기반 디스플레이 기술(r-GT)을 개발했습니다.
디스플레이 기술은 해상도를 높이기 위해 픽셀을 점점 미세화하고 있습니다. 그러나 픽셀이 작아질수록 빛을 내는 면적이 줄어 화면이 어두워지고, 이를 보완하기 위해 더 많은 전력이 필요로 합니다.
특히 눈 가까이에서 사용하는 AR·VR 기기는 초미세 픽셀과 저전력을 동시에 요구해 기술적 난도가 높습니다. 기존 RGB 방식은 픽셀을 여러 색으로 나누는 구조여서 빛 손실과 전력 증가를 피하기 어렵다는 점도 한계로 지적돼 왔습니다.
이번 기술의 핵심은 색을 바꿀 때만 전력을 사용하고, 유지할 때는 거의 전력을 쓰지 않는 구조입니다. 전기를 가하면 색이 변하고, 전원을 꺼도 일정 시간 색이 유지되는 방식입니다.
연구진은 먼저 전기 변색 소재인 폴리아닐린을 활용해 1볼트 이하의 낮은 전압에서도 반응해 색을 바꿀 수 있도록 만들었습니다. 여기에 빛을 반복 반사해 색을 강화하는 공진 구조를 결합해 적은 에너지로도 선명한 색 표현이 가능하도록 설계했습니다.
이 기술은 기존 디스플레이 구조와 다른 모노픽셀 방식을 적용한 점이 특징입니다. 일반적으로 기존 디스플레이는 하나의 픽셀을 빨강·초록·파랑으로 나눠 색을 만들지만, 모노픽셀은 하나의 픽셀이 스스로 색을 바꾸며 다양한 색을 표현합니다. 이 때문에 같은 면적에 더 많은 픽셀을 배치할 수 있어 해상도가 크게 높아지고, 빛 손실이 줄어 보다 선명한 화면을 구현할 수 있습니다.
실험 결과, 1제곱센티미터당 약 0.00009와트 수준의 매우 낮은 전력으로도 220° 이상의 넓은 범위까지 색상 변화를 구현하는 데 성공했습니다. 또 픽셀 크기를 1.5마이크로미터 수준까지 줄이며 약 1만6천 PPI에 달하는, 육안으로 픽셀을 구분하기 어려운 초고해상도 구현 가능성도 확인했습니다.
색을 유지하는 동안 전력 소모가 거의 없는 '메모리-인-픽셀' 특성도 확인됐습니다. 이는 배터리 효율이 중요한 기기에서 활용도가 높을 것으로 기대됩니다.
연구팀은 실제 5×5 소형 픽셀 배열을 제작해 성능을 검증했습니다. 기존 LED 대비 최대 5.8배 이상 적은 에너지로 색 표현이 가능하다는 점도 확인했습니다. 또 이 기술은 외부 빛을 활용하는 반사형 디스플레이 구조로 주면 환경이 밝을수록 오히려 더 잘 보이는 것으로 나타났습니다.
송영민 교수는 "이 기술은 적은 전력으로도 다양한 색을 구현할 수 있는 기술"이라며 "향후 AR·VR 기기와 웨어러블, 전자종이 등 다양한 분야에 적용될 수 있을 것"이라고 말했습니다.
이번 연구 결과는 광학 분야 국제 학술지 '라이트: 사이언스 앤드 애플리케이션스'(Light: Science & Applications에 2월 28일자 온라인판에 실렸습니다.
(사진=KAIST)
김건교 취재 기자 | kkkim@tjb.co.kr
Copyright © TJB