만져지는 입체형상·늘려도 고화질… 미래 디스플레이 기술 구현

ETRI, 촉각디스플레이 개발
IBS, 신축성 QLED소자 선봬

IBS는 고무처럼 늘려도 화질 변화가 없는 '퀀텀닷 디스플레이(QLED)'를 구현하는 본질적 신축성을 지닌 발광소자를 개발했다. 사진은 IBS 연구진이 개발한 본질적 신축성을 지닌 '퀀텀닷 발광소자'. IBS 제공

ETRI는 입체 형상과 다양한 질감을 느낄 수 있는 촉각 디스플레이를 개발했다. 사진은 ETRI 연구진이 개발한 입체화 촉각 디스플레이 모습. ETRI 제공

국내 연구진이 '디스플레이 강국 코리아' 면모다운 혁신적 디스플레이 기술을 내놨다. 입체 형상과 다양한 질감을 느낄 수 있는 촉각 디스플레이 기술과 고무처럼 늘려도 화질 변화가 없는 QLED 디스플레이를 구현하는 데 성공했다. 스트레처블 디스플레이와 촉각 디스플레이 등 미래 디스플레이를 선도할 기술로 각광받을 것으로 기대된다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 광열 탄성가변 필름 기반의 입체화 촉감을 생성하는 촉각 디스플레이 기술을 개발했다고 16일 밝혔다. 이 촉각 디스플레이는 점자와 문자뿐 아니라 다양한 입체적 형상을 디스플레이 표면에 직접 구현할 수 있고, 적외선 발광다이오드(LED)에서 나오는 빛의 세기를 제어해 자유자재로 다양한 높이와 질감을 재현할 수 있다.

이 기술의 핵심은 머리카락 두께의 얇은 두 개의 층(광열층과 가변탄성층)으로 구성된 기능성 고분자 필름 구조에 있다. LED에 마주하고 있는 하부 광열층은 빛을 흡수해 열을 발생시키는 반면 상부 가변탄성층은 상온에서 단단하지만, 광열층에서 열이 전달되면 약 50도 이상에서 매우 부드러워진다. 이런 상태에서 필름 아래쪽에 공기압을 가하면 빛으로 가열된 정도에 따라 필름이 부풀어 올라 입체 형상이 만들어진다. 반대로 빛 조사를 멈추면 상부층 온도가 낮아져 필름이 다시 단단해져 전력 소모 없이 사용자가 만지며 누르는 힘을 견디도록 고정된다.

윤성률 ETRI 탠저블인터페이스창의연구실장은 "기존 촉각 디스플레이 기술을 한 차원 끌어 올린 혁신적 연구성과"라며 "시각장애인용 정보전달기기나 차량 인터페이스, 메타버스, 교육용 스마트기기 등 다양한 분야에 활용할 수 있고, 대면적 광원을 통해 대형 입체화 디스플레이로 발전시킬 수 있을 것"이라고 말했다.

고무처럼 늘려도 화질 변화 없이 고해상도 영상을 구현하는 퀀텀닷디스플레이(QLED) 기술도 개발됐다.

기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단은 김대형 부연구단장(서울대 화학생물공학부 교수)과 현택환 단장(서울대 화학생물공학부 석좌교수) 연구팀이 최문기 UNIST 교수·양지웅 DGIST 교수팀과 공동으로 세계 최고 성능의 '스트레처블 QLED'를 구현하는 본질적 신축성을 지닌 발광소자(사진)를 개발했다고 16일 밝혔다.

폴더블, 롤러블을 넘어 새로운 폼팩터(기기 형태)를 지닌 기술개발이 활발한데, 단연 폼팩터의 혁신은자유롭게 늘리고, 접고, 구부릴 수 있는 스트레처블 디스플레이로 모아진다. 지금까지 개발된 스트레처블 디스플레이는 신축 시 발광부를 제외한 배선부만 늘어나는 구조로, 신축 시 화면에서 발광부가 차지하는 면적 비율이 줄어 화질이 떨어지고, 발광부와 배선부 간 계면의 기계적 신뢰성이 떨어지는 문제가 발생한다.

연구팀은 R(적색)·G(녹색)·B(청색)의 퀀텀닷(양자점)과 탄성을 가진 고분자, 정공 전달 소재를 균일하게 섞은 용액을 제작하고, 이를 스핀 코팅 기술을 이용해 40㎚ 두께의 균일한 발광층으로 만들어 배선부와 발광층이 모두 늘어나는 발광소자를 개발했다.

이 소자의 최고 휘도(밝기)는 1만5170니트(nits), 구동 전압은 6.2볼트로 지금까지 개발된 신축성 퀀텀닷 발광소자 중 가장 우수한 성능을 보였다고 연구팀은 설명했다. 기존에는 2022년 미국 스탠퍼드대 연구진이 개발한 소자의 경우 휘도 7450니트, 구동 전압 15볼트였다.

특히 이 소자는 최대 1.5배까지 늘려도 소자 내 퀀텀닷 간의 거리에 큰 변화가 없어 20인치 QLED TV를 만든다면, 30인치 크기까지 잡아 당겨도 동일한 발광 성능을 유지할 수 있다.

최문기 UNIST 교수(교신저자)는 "퀀텀닷 발광소자의 고해상도·고색재현력의 장점을 살리면서 신축 시에도 성능이 떨어지지 않는 소자를 구현했다는 데 연구의 의미가 있다"고 말했다.

김대형 IBS 부연구단장은 "자동차 내부 곡면 디스플레이 등 플렉서블이나 폴더블 폼팩터로는 구현이 어려운 곳에 QLED 발광소자가 쓰여 자유 형상 디스플레이 시대를 앞당길 수 것"이라고 평가했다. 이 연구결과는 국제 학술지 '네이처 일렉트로닉스(지난 15일자)' 온라인에 게재됐다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr