KAIST 연구팀이 개발한 '재구성가능한 저전력 반사형 모노픽셀' 기술을 나타낸 인공지능(AI) 생성 이미지. KAIST 제공


국내 연구팀이 화소(픽셀) 하나가 색을 바꾸는 모노픽셀 소자를 저전력으로 구현하는 데 성공했다. 1인치당 화소가 1만6900개까지 들어갈 수 있어 증강현실(AR) 및 가상현실(VR)용 초고해상도 디스플레이 구현에 유망한 것으로 평가된다.
KAIST는 송영민 전기및전자공학부 교수팀이 정현호 광주과학기술원(GIST) 교수팀과 함께 적은 전력으로 색을 구현하는 '재구성가능한 저전력 반사형 모노픽셀(r-GT) 황금성슬롯 '을 개발했다고 29일 밝혔다. 연구결과는 2월 28일(현지시간) 국제학술지 '라이트: 사이언스 & 어플리케이션스'에 공개됐다.
눈과 화면 사이의 거리가 매우 가까운 AR과 VR용 디스플레이는 해상도를 높이기 위해 좁은 공간 안에 화소의 밀도를 높여야 한다. 기존 디스플레이는 하나의 화소를 빨강·파랑·초록(RGB)으로 구분해 색을 만든다 한국릴게임 . 화소가 작아질수록 전력 소모가 커지고 방출되는 빛이 줄어들기 때문에 기술적 난도가 높다.
연구팀은 기존 해상도 한계를 뛰어넘기 위해 모노픽셀 구조에 주목했다. 모노픽셀은 화소 하나가 색을 바꾸는 형태로 같은 면적에 더 많은 화소를 구현할 수 있어 해상도가 높고 빛 손실도 줄어든다.
전기를 가하면 성질이 변하는 전도 바다이야기 성 고분자인 '폴리아닐린(PANI)'이 핵심 소재로 사용됐다. 1V 이하의 낮은 전압에도 반응해 빛의 굴절률이 변하면서 다른 색을 표현한다. 빛을 여러 번 반사시켜 특정 색을 더 강하게 표현하는 공진 구조를 결합해 전력 효율을 높였다. 전기를 가하면 색이 바뀌고 한번 바뀐 색은 전기를 차단해도 일정시간 유지돼 전력 소모가 더 줄어든다.
모바일바다이야기 r-GT는 화소 크기를 1.5마이크로미터(㎛, 1㎛는 100만분의 1m)까지 줄일 수 있어 1인치당 최대 1만6900개의 화소를 배치해 초고해상도 디스플레이를 구현할 수 있다.
가로세로 5개씩 배열한 모노픽셀 소자의 성능 확인 결과 색을 바꾸는 데 필요한 에너지는 일반 발광다이오드(LED) 대비 최대 5.8배 에너지 효율이 높다. 
바다이야기슬롯 아직 상용 디스플레이와 비슷하게 색을 안정적으로 표현할 수 있는 것은 아니다. 표준 색 영역(sRGB)의 약 절반 수준인 48.1%의 색을, 재료 조합을 다양화할 경우 69.9%까지 색 표현이 가능하다는 설명이다.
송 교수는 "전기를 아주 조금만 사용해도 색을 다양하게 바꿀 수 있도록 만든 것"이라며 "더 선명하고 전력 소모가 적은 초고해상도 디스플레이는 물론 다양한 광학 기술로도 활용될 수 있을 것"이라고 밝혔다.
<참고 자료> - doi.org/10.1038/s41377-026-02228-2



왼쪽부터 송영민 KAIST 전기및전자공학부 석좌교수, 정효은 석박사통합과정생. 위쪽 왼쪽부터 정현호 GIST 교수, 고주환 미국 MIT 연구원. KAIST 제공


[이병구 기자 2bottle9@donga.com]