QLED 디스플레이 자유자재로 접는다

IBS 나노입자연구단

IBS 나노입자연구단이 이번에 개발한 3차원 양자점발광다이오드(QLED)로 제작한 복잡한 3차원 나비 모양의 디스플레이를 시연하고 있다. IBS 제공

국내 연구진이 기존 평면 디스플레이로는 구현하기 힘든 정보도 구현할 수 있는 3차원 디스플레이 원천기술을 개발했다. 종이접기를 하는 것처럼 자유자재로 접을 수 있는 3차원 양자점발광다이오드(QLED) 기술이다. 

기초과학연구원(IBS)은 김대형 나노입자연구단 부연구단장(서울대 화학생물공학부 교수)과 현택환 단장(서울대 화학생물공학부 석좌교수) 공동연구팀이 3차원 QLED 개발에 성공하고 국제학술지 ‘네이처 일렉트로닉스’ 9월 24일자에 발표했다고 27일 밝혔다. 

양자점(퀀텀닷)을 발광물질로 활용하는 QLED는 기존 액정디스플레이(LCD)와 달리 백라이트 등이 필요없어 얇은 디스플레이 제작이 가능하다. IBS 나노입자연구단도 2015년 머리카락 두께의 약 30분의 1에 불과한 3마이크로미터(㎛, 100만분의 1미터) 두께의 초박형 QLED를 개발한 적 있다. 

이번 연구에서는 종이접기를 하듯 초박형 QLED를 원하는 형태로 자유자재로 접을 수 있는 3차원 QLED를 개발했다. 

연구진은 이산화탄소 레이저를 이용해 QLED 표면에 증착된 에폭시 박막을 부분적으로 식각하는 ‘선택적 레이저 식각 공정’을 새롭게 개발했다. 식각은 화학반응을 이용해 필요한 부분만 남기고 나머지 물질을 제거하는 표면가공법이다. 

식각된 부분은 주변보다 상대적으로 두께가 얇아 외부에서 힘을 가하면 쉽게 변형이 일어난다. 종이접기로 따지면 ‘접는 선’을 만드는 것이다. 이때 QLED와 에폭시 박막 사이에는 은과 알루미늄 합금으로 구성된 얇은 식각 방지층이 있어 레이저로 인한 QLED 내부 손상을 효과적으로 막는다. 

종이처럼 자유자재로 접을 수 있는 양자점발광다이오드 디스플레이 기술로 만든 다양한 구조의 디스플레이. IBS 제공.

연구진은 이같은 공정을 통해 폴더블 QLED의 곡률 반경을 정밀하게 조절하는 데 성공했다. 곡률 반경은 기판이 휘어진 정도를 나타내는 수치로 기판이 휘어진 곡선을 이루는 원의 반지름을 의미한다. 연구진은 약 50㎛ 미만의 매우 작은 곡률 반경을 지닌 폴더블 QLED 제작에 성공했다. 이렇게 만든 QLED는 500회 이상 반복적으로 접혀도 모서리 부분을 포함한 모든 발광면이 안정적으로 구동했다. 

연구진은 이번에 개발한 폴더블 QLED로 나비나 비행기 등 복잡한 3차원 모양을 지닌 QLED를 제작했다. 이번 연구에서 제작한 64개의 픽셀로 구성된 피라미드형 3차원 폴더블 QLED는 2차원과 3차원 구조간 변형이 자유로워 사용자가 원하는 형태로 자유자재로 접을 수 있는 디스플레이의 가능성을 제시했다. 

김대형 부연구단장은 “합금으로 구성된 식각 방지층을 활용한 레이저 공정 개발 덕분에 종이처럼 자유자재로 접을 수 있는 3차원 폴더블 QLED를 제작할 수 있었다”며 “이번 연구에서 제작한 64개의 픽셀로 이뤄진 디스플레이를 넘어 향후에는 더 복잡한 QLED 디스플레이를 제작할 수 있을 것”이라고 말했다.

[김민수 기자 reborn@donga.com]