국내 연구진이 초고해상도와 발광 효율을 동시에 높인 양자점 디스플레이 패터닝 기술을 개발했다.

5일 한국연구재단에 따르면, 울산과학기술원(UNIST) 최문기 교수, 대구경북과학기술원(DGIST) 양지웅 교수, IBS나노입자연구단 현택환 단장 공동연구팀이 발광층과 전자전달 층을 동시에 기판에 옮기는 이중층 건식 전사인쇄기술을 개발했다.

웨어러블, 사물인터넷(IoT) 등의 발달로 증강/가상현실(AR/VR) 및 웨어러블 디스플레이의 수요도 늘고 있다. 손목이나 눈에 착용하는 웨어러블 디스플레이는 작은 화면에 다양한 정보를 제공해야 하고 착용 시 어지러움을 예방하기 위해 초고해상도 패터닝 기술이 요구된다. 

양자점 나노 입자는 높은 색순도와 색재현도를 가져 차세대 디스플레이 발광 물질로 각광받고 있다.

허나 도장으로 양자점 잉크를 찍어 기판에 옮기는 기존 건식 전사 인쇄기술은 초고해상도 픽셀 구현은 가능하나 발광효율이 5% 이하로 낮아 실제 디스플레이 제작에는 활용되지 못했다. 

공동 연구팀은 적은 전류로도 밝은 빛을 낼 수 있는 발광층-전자전달층 이중층 건식전사 인쇄기술로 고해상도 화소 패터닝 기술을 개발하고, 초고해상도와 고효율을 동시에 충족하는 발광소자를 제작했다.

연구팀이 개발한 새로운 고밀도 이중층 박막은 발광소자 제작 시 계면 저항을 감소시켜 전자 주입을 원활하게 하고, 누설 전하의 이동이 제어돼 최대 23.3%의 높은 외부양자효율(EQE)을 나타냈다. 이는 양자점 발광소자의 최대 이론효율과 유사한 수치라는 게 연구팀의 설명이다.

또 새로운 박막을 이용해 최대 20,526PPI 양자점 초고해상도 패턴(약 400nm 픽셀)을 구현하고, 반복 인쇄를 통해 8cm x 8cm 대면적화에도 성공하면서 대량 생산의 가능성도 확인했다고 연구팀은 설명했다.

최문기 교수는 “이번 연구결과 뛰어난 색 재현도와 색 순도를 가진 양자점을 스마트 웨어러블 장치 등에 광범위하게 적용할 수 있을 것으로 기대된다”며 “특히 증강/가상현실(AR/VR)에 더 높은 해상도의 화면을 구현함으로써 몰입감 향상이 가능하다”고 설명했다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터, 우수신진연구 등의 지원으로 수행된 이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 포토닉스’에 이달 2일 게재됐다.