'8K' 보다 100배 높게~고해상도 디스플레이 제작 가능성 커져

[이데일리 강민구 기자] 한국과학기술원(KAIST)은 정연식 신소재공학과 교수·전덕영 명예교수 공동 연구팀이 차세대 퀀텀닷 LED(QLED) 기반 디스플레이 실현에 핵심 기술인 풀 컬러(적·녹·청) 퀀텀닷 패터닝 프린팅 기술 개발에 성공했다고 6일 밝혔다.

초고해상도 풀컬러 퀀텀닷 LED 이미지.<자료=한국과학기술원>

퀀텀닷이란 별도 장치가 없이 크기와 전압에 따라 스스로 다양한 빛을 내는 수 나노미터 크기의 반도체 입자다.

연구팀은 풀 컬러 퀀텀닷 배열의 해상도를 최대 1만 4000ppi(인치당 픽셀 수)까지 구현했다. 현재 8K 디스플레이의 해상도인 117ppi 보다 약 100배 높은 것이다. 연구팀은 또 기존 퀀텀닷 나노 패턴 구현 방법과 원리가 다른 초 저압 전사 프린팅 방법을 개발해 패턴의 해상도와 프린팅 수율, 퀀텀닷 발광소자 성능을 높였다.

지난해 10월 삼성디스플레이가 퀀텀닷 중심의 차세대 디스플레이 양산라인 구축과 기술 개발에 2025년까지 약 13조원 규모의 투자계획을 발표하는 등 퀀텀닷 소재는 디스플레이용 핵심 소재로 부상하고 있다.

퀀텀닷 소재는 OLED 발광 소재와 달리 용매에 녹아 분산돼 있는 형태로 존재하기 때문에 기존 디스플레이 패터닝 기술을 적용하기 어려웠다. 잉크젯 프린팅이나 리소그래피와 같은 공정도 적용했지만 양산성이나 해상도 측면에서 제한적으로 활용됐고, 공정 과정 중 퀀텀닷의 효율이 떨어졌다.

연구팀은 퀀텀닷의 용매 성분을 미세하게 조절해 수 나노미터에서 수천 나노미터급 주형에 선택적으로 스스로 조립하는 원리를 적용해 문제를 해결했다. 조립한 퀀텀닷 미세 패턴을 분리하고, 초 저압 방식으로 프린팅하는 기술을 개발해 풀 컬러 나노미터급 패턴을 100%에 달하는 수율을 구현했다.

QLED용 퀀텀닷 패턴은 극도로 얇아 외부 압력에 민감하기 때문에 초 저압 전사 프린팅 기술을 활용해 패턴의 손상을 방지했다. QLED 소자의 성능은 기존 전사 프린팅 방식 대비 약 7배 증가했다.

연구팀은 향후 초고해상도를 지닌 차세대 능동형 퀀텀닷 LED 디스플레이 구현도 가능할 것이라고 내다봤다. 정연식 교수는 “극한 해상도 수준의 패턴도 구현이 가능해 차세대 디스플레이 분야만 아니라 높은 민감도를 갖는 센서나 광학 소자로 응용까지 기대한다”고 말했다.

연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’에 지난달 16일자 온라인판에 게재됐다.