나노 필터로 유해 파장 빛 차단, 안정적 투명디스플레이 개발 성큼

[아시아경제 정종오 기자] 안정성이 높은 투명 디스플레이가 조만간 개발될 것으로 보인다. 가까운 미래에 차세대 투명 디스플레이가 개발돼 평범한 유리창에서도 TV를 시청할 수 있을 것으로 기대한다. 

국내 연구팀이 투명 반도체 스위치(트랜지스터) 소자로 각광받는 '비정질 금속·산화물 반도체'의 안정성을 높일 수 있는 기술을 개발했다. 과거 개발된 투명 유기 발광 다이오드(OLED)의 효율 향상 기술과 접목하면 고효율에 안정성도 확보한 차세대 투명 디스플레이 개발에 기여할 것으로 기대된다. 

 ▲자동차 안에서 투명디스플레이를 통해 인터넷을 이용하는 모습.

비정질 금속·산화물 반도체는 원자들이 무작위로 배열된 비정질 구조임에도 기존 비정질 실리콘 반도체보다 높은 전자이동도와 가시광 영역에서의 높은 투과율로 차세대 디스플레이의 스위칭 소자를 위한 소재로 주목받고 있다. 비정질 금속·산화물 반도체는 높은 전자이동도와 기존 공정과 유사성으로 차세대 디스플레이 소자의 핵심소재로 주목받지만 빛과 전기적 스트레스에 취약해 응용에 한계가 있었다. 외부 빛 등에 반응해 반도체 내부에서 자유전자 생성 등이 발생하면서 특성이 변해버리는 것이 문제였다. 이를 극복하기 위한 기존의 산소 플라스마 처리 방식은 안정성 확보가 아직 미흡한 상황이고 금속 차단막 적용 방식은 투과도가 손실되는 한계가 있었다. 

연구팀은 2013년 3월 발표한 연구성과인 표면 플라스몬(금속 나노입자의 표면에 위치한 전자가 특정 광원에 반응해 공명하는 것으로 일정 반경 내의 빛의 움직임에 영향을 미치는 것)을 이용한 디스플레이 컬러필터를 활용, 반도체 소자에 영향을 주는 파장 대역(470㎚ 이하)을 차단했다. 그 외 파장대역은 투과시키는 방식으로 소자특성 변화를 막아 광·전압 신뢰성을 높였다.

실제 백색광과 -10V 전압 환경 안에서 소자가 장시간 스트레스를 받았음에도 필터가 없는 경우와 비교했을 때 문턱전압(Threshold) 변화가 3분의1 로 줄어들었고 빛을 차단하면 스트레스를 받기 전의 상태로 거의 회복되는 안정성을 보였다. 

이번 연구는 주병권 고려대 전기전자공학부 교수 연구팀이 최경철 한국과학기술원(카이스트) 전기및전자공학과 교수 연구팀과 공동으로 수행했다. 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터지원사업의 지원을 받아 이뤄졌다. 연구결과는 첨단신소재 분야 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials) 3월17일자 온라인판(논문명:Photo-Insensitive Amorphous Oxide Thin-Film Transistor Integrated with a Plasmonic Filter for Transparent Electronics)에 실렸다.  

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr