이로써 ETRI는 홀로그램 디스플레이를 위한 공간 광 변조 장치를 개발하는데 있어서 가장 큰 화두이자 걸림돌 중 하나인 1마이크로미터(㎛)이하의 초소형 픽셀 구현이 가능함을 밝히게 됐다.
연구에 사용된 상전이 물질은 최근 재조명받고 있는 칼코게나이드계 화합물인‘게르마늄 안티몬 텔룰라이드’(Ge2Sb2Te5, GST)이다. 이 물질은 그동안 DVD나 상전이 메모리 소자(PRAM) 등에 응용된 바 있다.
기존 홀로그램 영상 표시에는 액정을 이용한 공간 광변조기 방식이 주로 사용된다. 이 방식은 액정에 전압을 걸어 빛의 위상, 편광을 효과적으로 변경해 홀로그램 영상을 만들어 내는 원리다. 하지만 액정 소자는 홀로그램 영상의 화질과 시야각을 높이기 위해 필요한 마이크로미터(㎛) 수준의 픽셀크기를 만들어 내는데 한계를 보여왔다. ETRI는 이 문제점을 해결하기 위해 그동안 반도체 메모리 소자로만 연구돼 왔던 상전이 물질(GST)을 이용했다. 상전이 물질은 비정질 상태와 결정질 상태를 가질 수 있으며 이에 따라서 투과율과 굴절률이 변한다. 이런 성질을 이용하면 마이크로미터(㎛) 수준 이하의 픽셀크기로 만들면서 빛의 위상을 조절할 수 있어 홀로그램 영상을 만들 수 있다.
이 결과 기존의 액정을 이용한 방식보다 약 4분의 1 가량 픽셀을 작게 만들면서 빛의 파장에 가까운 픽셀 크기를 구현할 수 있게 됐다.
ETRI연구진은 상전이 물질을 이용한 홀로그램 소자로 양쪽에 인듐 주석 산화물(ITO)을 이용하고 그 사이에 반도체 물질인 GST를 적층했다. 이처럼 복층 박막구조를 사용함으로써 상전이 물질층 두께를 유지하고 투명전극 층의 두께를 조절, 특정 색상에서 도 위상변조를 극대화할 수 있는 소자를 만들 수 있었다. 이를 통해 별도의 컬러 필터 공정을 사용하지 않고도 박막 두께를 조절함으로써 투명 전극층의 두께에 따라 다양한 색상의 홀로그램 이미지 생성을 할 수 있었다.
연구진은 향후 상전이 물질을 기반으로 2년내 패널형태로 제작하여 디지털 홀로그램 영상을 구현할 계획이다. 이를 플렉서블 홀로그램 디스플레이 패널 등에 적용할 계획이다.
이재구 기자 jklee@