더욱 실감나는 VR 탄생할까…韓 연구진, 양자점 디스플레이 패터닝 기술 개발

[사진=한국연구재단]

국내 연구진이 초고해상도와 발광 효율을 동시에 높인 양자점 디스플레이 패터닝 기술을 개발했다. 앞으로 더욱 생동감 넘치는 증강·가상현실(AR·VR) 기술 개발에 청신호가 켜졌다.

3일 한국연구재단에 따르면, 최문기 UNIST 교수, 양지웅 DGIST 교수, 현택환 IBS 나노입자 연구단 단장 등으로 구성된 공동연구팀이 발광층과 전자전달층을 동시에 기판에 옮기는 이중층 건식 전사인쇄기술을 개발했다.

웨어러블, 사물인터넷 등의 발달로 증강·가상현실과 웨어러블 디스플레이의 수요도 증가하고 있다. 손목이나 눈에 착용하는 웨어러블 디스플레이는 작은 화면에 다양한 정보를 담아야 하며, 착용 시 어지러움을 예방하기 위해 초고해상도 패터닝 기술이 요구된다.

양자점 나노 입자는 높은 색순도와 색재현도를 가져 차세대 디스플레이 발광 물질로 꼽힌다. 그러나 도장으로 양자점 잉크를 찍어 기판에 옮기는 기존의 건식 전사 인쇄기술은 초고해상도 픽셀 구현은 가능하지만, 발광효율이 5% 이하로 낮아 실제 디스플레이 제작에 활용하기 어려웠다.

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연구팀은 적은 전류로도 밝은 빛을 낼 수 있는 발광층-전자전달층 이중층 건식전사 인쇄기술로 고해상도 화소 패터닝 기술을 개발하고, 초고해상도와 고효율을 동시에 충족하는 발광소자를 제작했다. 패터닝이란 디스플레이의 발광층 혹은 색 변환 층의 적녹청 픽셀을 형성하는 기술을 일컫는다.

연구팀에 따르면 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 수치다.

또 새로운 박막을 이용해 최대 2만526PPI(pixels per inch)의 양자점 초고해상도 패턴을 구현하고, 반복 인쇄를 통해 가로 8cm, 세로 8cm 대면적화에도 성공해 대량 생산 가능성도 확인했다. 나아가 2.6마이크로미터 두께의 초박막 퀀텀닷발광다이오드(QLED) 소자를 제작해 웨어러블 디스플레이로의 활용 가능성도 제시했다. 향후 차량용 디스플레이 등 미래 모빌리티 디스플레이에도 활용될 수 있다.

최문기 교수는 "이번 연구결과 뛰어난 색 재현도와 색 순도를 가진 양자점을 스마트 웨어러블 장치 등에 광범위하게 적용할 수 있을 것으로 기대된다"며 "특히 가상현실(VR)과 증강현실(AR)에 더 높은 해상도의 화면을 구현함으로써 몰입감 향상이 가능하다"고 설명했다. 이번 연구의 성과는 국제학술지 '네이처 포토닉스(Nature Photonics)'에 지난 2일 게재됐다.