중앙대 정대성 교수, 컬러필터 없이 색상 표현하는 광다이오드 개발

아주경제 채명석 기자 = 컬러 필터 없이 색상을 표현할 수 있는 광 다이오드가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국디스플레이 연구조합(이사장 한상범 LG디스플레이 부회장)은 중앙대학교 정대성 교수 연구팀이 이미지 센서 제조과정에서 컬러필터를 생략할 수 있는 신개념의 색 선택성 광다이오드를 개발했다고 18일 밝혔다.

이번 프로젝트는 디스플레이 연구조합이 총괄 주관하고 있는 정부(산업통상자원부) 및 민간기업(LG디스플레이, 삼성디스플레이)의 공동투자로 지난 2015년 6월 발족된 ‘미래 디스플레이 핵심기술 개발(KDRC)’ 사업의 일환으로 진행됐다.

현재 상용화된 이미지 센서는 주로 실리콘 기반의 광다이오드로 이루어져 있는데, 실리콘 소재는 색에 대한 선택성이 없어 입사된 빛에 대해 레드·그린·블루(R·G·B)를 구분하기 위해서는 컬러필터의 사용이 불가피하다.

하지만, 컬러필터를 사용하게 되면 이미지 센서를 구성하는 픽셀의 집적도에 어려움이 있어, 결과적으로 해상도 향상이 제한되며, 또한 컬러필터 자체의 흡광에 의해 결과적으로 이미지 센서의 효율이 저하되는 단점이 있다.

이러한 단점을 보완하기 위해 정 교수팀은 특정 색에 대해 높은 흡광도를 가지는 색 선택성 유기 반도체를 이용하여 컬러필터를 이용하지 않고도 색을 구분할 수 있는 광다이오드를 개발했다.

연구팀은 이번 연구에서 청색광에 대해 높은 흡광도를 가지는 p형 반도체 소재와 가시광선 영역에 대해 매우 낮은 흡광도를 보이는 n형 반도체 소재를 이용, p형 반도체의 흡광 패턴을 최종 소자의 감광 성능에 온전히 반영되도록 했다.

형성한 광다이오드는 청색광 영역(400~500nm)에 대해 1.0×1012 Jones 이상의 높은 검출능을 보이지만, 나머지 가시광선 영역(500nm~ 700nm)에 대해서는 1.0×1010 Jones 이하의 낮은 검출능을 보여 청색광에 대해 높은 색 선택성을 나타냄을 입증했다.

이번 연구결과는 과학적 성과를 인정받아 광학분야 국제 상위 학술지인 어드밴스드 옵티컬 머티리얼스(Advanced Optical Materials)에 2016년 8월 5일(국내 시간 기준)에 온라인 게재되었으며 표지 논문으로 게재 예정이다.

디스플레이 연구조합측은 “이번 성과는 기존의 유기 반도체 기반 색 선택성 광다이오드의 치명적인 단점인 소재의 제한성을 극복하여 p형 반도체의 흡광 영역을 조절함으로써 최종 소자의 감광 영역을 자유롭게 조절할 수 있는, 범용성이 매우 우수한 기술이라는 점에 의의가 있다”고 설명했다.