"동전 하나에 1000만 화소 담아"…UNIST 퀀탐닷 디스플레이 기술 개발

형성된 RGB 퀀텀닷 패턴과 10 × 10 QD-LED 어레이 이미지.(UNIST 제공. 재판매 및 DB금지)/뉴스1

(울산=뉴스1) 김세은 기자 = 머리카락보다 수십 배 얇은 크기로 빛을 내는 퀀텀닷(양자점)을 정교하게 배열하는 기술이 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST) 화학과 김봉수 교수와 서강대 강문성 교수, 한국전자통신연구원(ETRI) 강찬모 박사 연구팀은 퀀텀닷을 손상하지 않고 마이크로 패터닝할 수 있는 디스플레이 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

밝기와 색 순도가 뛰어난 퀀텀닷을 스마트 글라스 같은 XR 기기에 쓰려면, 1인치당 3000개의 화소가 들어갈 수 있을 정도로 화소 크기를 줄이는 마이크로 패터닝이 필요하다.

연구팀이 개발한 기술은 퀀텀닷 화소를 2마이크로미터(㎛) 크기로 작게 패터닝할 수 있다.

실험에서 1인치당 4000개의 퀀텀닷 화소를 집적하는 4000 PPI(Pixel Per Inch)의 초고해상도를 달성했다. 이는 동전 크기만 한 공간에 1000만 개 이상의 화소를 집적한 수준이다.

이 기술을 활용하면 퀀텀닷의 손상이 없고, 화소의 모양과 배열이 설계된 대로 정확히 나온다. 포토레지스트(감광액)막을 '틀'로 사용하는 새로운 공법과 자체 개발한 첨가제(가교제)가 비결이다.

김봉수 UNIST 교수, 강문성 서강대학교 교수, 강찬모 한국전자통신연구원 책임연구원, 함효빈 UNIST 연구원.(UNIST 제공. 재판매 및 DB금지)/뉴스1

특히 퀀텀닷 잉크 속엔 특수 첨가제(Diazo-4-LiXer)가 들어있어, 포토레지스트를 용매로 벗겨낼 때 퀀텀닷 잉크가 같이 씻겨 나가지 않는다.

자외선 활성화 방식과 달리 자외선의 고에너지 때문에 발생하는 손상이 없으며, 열 활성화 온도도 110도로 낮아 열 손상도 차단했다.

또 연구팀은 10x10 배열의 풀컬러 RGB 퀀텀닷 발광다이오드(QD-LED) 어레이를 실제 제작해 안정적인 빛을 내는 것을 확인하며 상용화 가능성도 입증했다.

김봉수 교수는 "이번 성과는 퀀텀닷 고유의 우수한 발광 특성을 유지하면서도 초고해상도 패터닝이 가능한 마이크로 제조 공정"이라며 "차세대 XR 글라스와 마이크로디스플레이 시장에서 기술 경쟁력을 확보하는 데 기여할 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 '삼성미래기술육성사업', 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 '나노 및 소재기술개발사업(국가전략기술소재개발)' 및 '개인기초연구사업(중견연구)'의 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 세계적인 학술지인 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 온라인판에 지난달 19일 공개됐다.

syk000120@news1.kr