국내 연구진이 기존의 ‘퀀텀닷LED(QLED)’보다 해상도가 100배 이상 높은 디스플레이를 구현하는 기술을 개발했다.
한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 정연식 교수·전덕영 명예교수 공동 연구팀이 차세대 QLED 기반 디스플레이 실현을 위한 ‘풀 컬러 퀀텀닷 패터닝 프린팅’ 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.
차세대 디스플레이 입자인 퀀텀닷은 별도의 장치가 없어도 크기·전압에 따라 스스로 다양한 빛을 내는 반도체 입자다.
기존 소재보다 단가가 낮을 뿐 아니라 화질 개선 효과가 높고, 유기발광다이오드(OLED)와 비교해도 색 정확도·안정성이 우수할 것으로 기대되는 차세대 디스플레이 소자다.
삼성디스플레이도 지난해 퀀텀닷을 중심으로 하는 차세대 디스플레이 양산라인 구축·기술개발에 약 13조원을 투자하겠다는 계획을 발표했다.
하지만 퀀텀닷 소재는 OLED 소재와 달리 용매에 녹아 분산된 형태로 존재해 기존 디스플레이 공정에는 적합하지 않다. 이 경우 양산성이 떨어질 뿐 아니라 디스플레이 해상도의 개선 정도도 제한적이다.
연구팀은 퀀텀닷의 용매 성분을 미세하게 조절, 퀀텀닷이 수 나노미터~수천 나노미터 크기의 주형틀에 맞춰 스스로 조립하는 기술을 개발했다.
여기에 외부 압력에 매우 민감한 QLED용 퀀텀닷 패턴에 초 저압 전사 프린팅 기술을 활용하며 패턴의 손상을 최소화 했다. 그 결과 QLED 소자의 성능이 기존 프린팅 방식 대비 약 7배 증가한다는 사실을 확인했다.
특히 풀 컬러 퀀텀닷 배열의 해상도를 최대 1만4000ppi(1인치 당 픽셀 수) 까지 구현하는데에도 성공했다. 현재 최고 수준의 해상도를 자랑하는 8K 디스플레이의 117ppi 보다 약 100배 이상 선명한 수준이다.
이를 활용하면 적·녹·청 퀀텀닷 픽셀이 개별적으로 발광하는 초고해상도의 차세대 능동형 퀀텀닷LED(Active Matrix QLED) 디스플레이도 구현할 수 있을 것으로 연구팀은 기대하고 있다.
KAIST 신소재공학과 남태원 박사과정이 제1저자, 김무현 박사과정이 제2저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스 (Nature Communications)’ 6월16일자 온라인판에 게재됐다.
정연식 교수는 특히 "단일 퀀텀닷 크기를 갖는 극한 해상도 수준의 패턴도 구현이 가능해서 차세대 디스플레이 분야만 아니라 높은 민감도를 갖는 센서나 광학 소자로의 응용까지 기대된다ˮ라고 말했다.
대전=전희진 기자 heejin@kmib.co.kr
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