초고해상도 화면 도장 찍듯 만든다…이중층 건식 전사 인쇄기술 개발

대구경북과학기술원(DGIST·총장 이건우)은 양지웅 에너지공학과 교수팀이 최문기 UNIST 신소재공학과 교수, IBS 나노입자 연구단 현택환 단장과의 공동연구를 통해 발광층과 전자전달 층을 동시에 기판에 옮기는 이중층 건식 전사 인쇄기술을 개발했다고 6일 밝혔다. 이 기술은 증강현실(AR)과 가상현실(VR)에서 더욱 생동감 넘치는 화면을 제공하며, 몰입감을 크게 향상시킬 것으로 기대된다.

왼쪽부터 양지웅 DGIST 교수, 이경훈 석박사통합과정생, 최문기 UNIST 교수, 유지수 석박사통합과정생, IBS 현택환 단장

웨어러블, 모바일, 사물인터넷(IoT) 기술의 발전으로 AR, VR, 웨어러블 디스플레이에 대한 수요가 증가하고 있다. 손목이나 눈에 착용하는 웨어러블 디스플레이는 작은 화면에 다양한 정보를 담아야 하고 착용 시 어지러움을 없애기 위해 초고해상도 패터닝 기술이 필요하다.

양자점 나노입자는 높은 색 순도와 색 재현도로 인해 차세대 디스플레이 발광 물질로 각광받고 있다. 그러나 기존의 건식 전사 인쇄기술로 양자점 잉크를 도장해 기판에 옮기는 방식은 초고해상도 픽셀 구현은 가능하지만, 발광 효율이 5% 이하로 낮아 실제 디스플레이 제작에 활용되지 못했다.

이중층 건식전사 공정을 통해 얻은 양자점 패턴 사진. 고해상도 다색 패턴 사진(왼쪽)과 각 위치에 해당하는 내부 적·녹·청 픽셀의 이미지가 삽입되어 있고 대면적 계층 패턴(오른쪽)과 내부 픽셀의 이미지가 삽입되어 있다.

공동연구팀은 이번에 적은 전류로도 밝은 빛을 낼 수 있는 '발광층-전자전달층 이중층 건식 전사 인쇄기술'을 개발했다. 이를 통해 고해상도 화소 패터닝 기술을 구현하고, 초고해상도와 고효율을 동시에 충족하는 발광 소자를 제작했다.

새로운 고밀도 이중층 박막은 발광 소자 제작 시 계면 저항을 감소시켜 전자 주입을 원활하게 하고 누설 전하의 이동을 제어해 최대 23.3%의 높은 외부 양자 효율(EQE)을 나타냈다.

이는 양자점 발광 소자의 최대 이론 효율과 유사한 수치다. 또 새로운 박막을 이용해 최대 2만 526 PPI 양자점 초고해상도 패턴을 구현하고 반복 인쇄를 통해 8㎝x 8㎝ 대면적화에도 성공, 대량 생산 가능성도 확인했다.

양지웅 교수는 “이중층 건식 전사 인쇄 기술을 통해 계면 저항을 감소시켜 전자 주입을 원활하게 하고, 초고해상도와 고효율을 동시에 충족하는 발광 소자를 제작했다”고 밝혔다. 최문기 UNIST 교수는 “앞으로 후속 연구를 통해 색 재현도와 색 순도가 높은 양자점을 스마트 웨어러블 장치 등에 광범위하게 적용할 수 있도록 노력하겠다”고 했다.

한국연구재단 및 삼성미래기술육성사업 등의 지원을 통해 이뤄진 이번 연구성과는 최근 광학 분야 세계 최고의 국제학술지인 '네이처 포토닉스(Nature Photonics)'에 온라인 게재됐다.

대구=정재훈 기자 jhoon@etnews.com