▲ 반사형 디스플레이(Reflective display) AI image
배터리를 덜 쓰면서도 더 선명한 화면을 구현할 수 있는 기술이 국내 연구진 손에서 나왔다.
KAIST와 GIST 공동 연구팀이 전력 소모를 크게 낮추면서도 초고해상도를 구현할 수 있는 새로운 디스플레이 구조를 제시했다. 핵심은 색을 바꿀 때만 전력을 쓰고, 유지할 때는 거의 전력이 필요 없는 방식이다.
▲ (왼쪽부터) KAIST 송영민 석좌교수, 정효은 석박사통합과정 (상단 왼쪽부터) GIST 정현호 교수, MIT 고주환 박사
연구를 이끈 송영민 교수팀은 전기 변색 소재와 빛의 공진 구조를 결합한 '재구성형 공진 반사 픽셀(r-GT)'을 구현했다. 기존 디스플레이가 겪어온 전력과 해상도의 충돌 문제를 동시에 풀어낸 접근이다.
현재까지 디스플레이 기술은 픽셀을 작게 만들수록 전력 소모가 커지고 밝기가 떨어지는 한계를 안고 있었다. 특히 눈 가까이에서 사용하는 AR·VR 기기는 높은 해상도와 낮은 전력을 동시에 요구해 기술적 장벽이 높았다.
▲ 전도성 고분자를 활용한 전기 변색 단일 반사형 공진 소자의 구조 및 대표 결과
이번 기술은 이 구조를 뒤집었다. 전기를 가하면 색이 바뀌고, 한 번 바뀐 색은 전기를 끄더라도 일정 시간 유지된다. 이른바 '메모리-인-픽셀' 방식으로, 색을 유지하는 동안 전력 소모를 사실상 최소 수준으로 낮췄다.
핵심 소재인 '폴리아닐린(PANI)'은 1볼트 이하의 낮은 전압에서도 반응하며 색을 변화시킨다. 여기에 빛을 여러 번 반사시키는 공진 구조를 결합해, 작은 변화로도 선명한 색 표현이 가능하도록 했다.
성과는 수치로도 확인됐다. 연구팀은 초저전력 수준에서도 220도를 넘는 넓은 색 영역을 구현했으며, 픽셀 크기를 1.5마이크로미터까지 줄이는 데 성공했다. 이는 약 1만6900 PPI에 해당하는 수준으로, 사람 눈으로 개별 픽셀을 구분하기 어려운 해상도다.
특히 '모노픽셀' 구조가 눈길을 끈다. 기존처럼 RGB를 나누지 않고 픽셀 하나가 스스로 색을 바꾸는 방식으로, 같은 면적에서 더 많은 픽셀을 배치할 수 있어 해상도와 밝기를 동시에 끌어올릴 수 있다.
연구팀은 실제로 소형 배열을 제작해 성능을 검증했고, 색 구현에 필요한 에너지가 기존 LED 대비 크게 낮은 수준임도 확인했다. 외부 빛을 활용하는 반사형 구조여서 밝은 환경에서도 시인성이 높다는 점도 장점으로 꼽힌다.
이번 기술은 AR·VR 기기뿐 아니라 웨어러블 디스플레이, 전자종이, 야외 정보 표시 장치 등 다양한 분야로 확장 가능성이 제시된다. 전력 효율과 해상도를 동시에 요구하는 차세대 디스플레이 시장에서 활용 폭이 넓을 것으로 기대된다.
이번 연구는 정효은 KAIST 석사·박사통합과정 학생이 공동 1저자로, 송영민 교수가 교신저자로 참여했으며, 결과는 국제 학술지 Light: Science & Applications에 2월 28일 공개됐다.
송 교수는 "적은 전력으로도 다양한 색을 구현할 수 있는 구조를 확보했다"며 "향후 디스플레이 구동 기술과 결합하면 활용 범위가 더욱 넓어질 것"이라고 밝혔다. /대전=이한영기자
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