"VR·AR서 이 정도의 해상도 처음 봤어"…양자점 활용 디스플레이 해상도 높여

UNIST-DGIST, 이중층 건식 전사인쇄기술 개발
초고해상도와 고효율 발광소자 제작..대면적 성공

울산과학기술원과 대구경북과학기술원은 초고해상도와 발광 효율을 동시에 높인 양자점 디스플레이 패터닝 기술을 개발해 발광소자를 제작했다. 이중층 전사 패터닝 기술로 제작한 고해상도 다색 패턴 및 대면적 패턴 모습. 연구재단 제공

이중층 전사 공정(사진 아래)을 통해 압력에 의한 나노입자 밀집화로 기존 공정(사진 윗)과 비교해 내부 기공 및 균열이 억제됐음을 확인할 수 있다.

차세대 디스플레이 발광물질인 양자점을 활용해 가상현실(VR)·증강현실(AR)의 해상도를 더 높여 몰입감 있는 화면을 제공하는 양자점 디스플레이 기술이 개발됐다. 초고해상도 패터닝뿐 아닐 세계 최고 수준의 효율을 양자점 발광소자를 구현해 스스로 발광하는 풀컬러 양자점 디스플레이 상용화에 기여할 전망이다.

한국연구재단은 최문기 울산과학기술원(UNIST) 신소재공학부 교수와 양지웅 대구경북과학기술원(DGIST) 에너지공학과 교수, 현택환 기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단장 연구팀이 공동으로 초고해상도와 발광 효율을 동시에 높인 양자점 디스플레이 패터닝(인쇄) 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

최근 웨어러블, 모바일 등의 발달로 증강·가상현실과 웨어러블 디스플레이를 위한 초고해상도 발광소자에 대한 수요가 증가하고 있다. 특히 손목이나 손가락 또는 손에 착용하는 웨어러블 디스플레이는 제한된 화면 크기에 다양한 유형의 정보를 시각화하기 위해 초고해상도 구현이 필수적이다.

양자점 나노입자는 높은 색순도와 색 재현도를 가져 차세대 디스플레이 발광 물질로 각광받고 있다. 하지만, 도장으로 양자점 잉크를 찍어 기판에 옮기는 기존 건식 전사 인쇄기술은 초고해상도 구현을 가능하지만, 발광 효율이 5% 이하로 낮아 실제 디스플레이 제작에는 활용되지 못했다.

연구팀은 적은 전류로 밝은 빛을 낼 수 있는 발광층-전자전달층 이중층 건식 전사 인쇄기술로 고해상도 화소 패터닝 기술을 개발하고, 초고해상도와 고효율을 동시에 구현하는 발광소자를 제작했다. 이 발광소자는 계면 저항을 감소시켜 전자 주입을 원활하게 하고, 누설 전하 이동을 제어해 최대 23.3%의 높은 외부양자효율(EQE)을 나타냈다. 이는 양자점 발광소자의 최대 이론 효율과 유사한 수준이다.

또한 새로운 박막을 이용해 최대 2만526PPI(가로·세로 1인치 면적에 들어가는 픽셀수) 양자점 초고해상도 패턴을 구현하고, 반복 인쇄를 통해 가로 8㎝, 세로 8㎝ 대면적화에 성공, 대량 생산의 가능성을 입증했다. 2.6마이크로미터 두께의 초박막 QLED 소자를 제작해 웨어러블 디스플레이 활용 가능성도 보였다.

최문기 UNIST 교수는 "뛰어난 색 재현도와 색순도를 가진 양자점을 스마트 웨어러블 장치 등에 광범위하게 적용할 수 있을 것"이라며 앞"으로 차량용 디스플레이 등 다곡형 미래 모빌리티 디스플레이에 활용할 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

이 연구결과는 국제 학술지 '네이처 포토닉스(지난 2일)'에 실렸다. 이준기기자 bongchu@dt.co.kr