초고해상도 풀컬러 퀀텀닷 발광 패턴.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 8K 디스플레이보다 100배 이상 높은 해상도를 구현할 수 있는 퀀텀닷 발광다이오드(QLED) 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 정연식 교수·전덕영 명예교수 공동 연구팀이 풀컬러(적·녹·청) 퀀텀닷 패터닝 프린팅 기술을 개발하고 해상도를 최대 14,000ppi(인치당 픽셀 수) 까지 구현하는데 성공했다고 6일 밝혔다.

퀀텀닷이란 별도의 장치가 없어도 크기와 전압에 따라 스스로 다양한 빛을 내는 수 나노미터(nm, 1 나노미터는 100만분의 1 밀리미터) 크기의 반도체 입자다.

연구팀이 구현한 해상도는 현재 8K 디스플레이의 해상도인 117ppi 보다 약 100배 이상에 달한다. 연구팀은 또 기존 퀀텀닷 나노 패턴 구현 방법과는 원리가 다른 초 저압 전사 프린팅 방법을 세계 최초로 개발해, 패턴의 해상도와 프린팅 수율 및 퀀텀닷 발광소자 성능을 극대화했다.

퀀텀닷 소재는 OLED 발광 소재와는 달리 용매에 녹아 분산돼 있는 형태로 존재하기 때문에 기존 디스플레이 패터닝 기술을 적용하기 어려웠다. 이를 해결하기 위해 잉크젯 프린팅이나 리소그래피와 같은 공정을 적용하고 있지만, 양산성 및 해상도 측면에서 제한적이거나 공정 과정 중에 퀀텀닷의 효율이 크게 떨어지는 문제가 발생한다.

연구팀은 이 문제해결을 위해 퀀텀닷의 용매 성분을 미세하게 조절해 수 나노미터에서 수천 나노미터급 주형에 선택적으로 스스로 조립하는 원리에 착안해 적용했다. 또한 조립된 퀀텀닷 미세 패턴을 분리한 후, 초 저압 방식으로 프린팅하는 기술을 개발해 풀 컬러 나노미터급 패턴을 100%에 달하는 수율로 구현했다. 특히 QLED용 퀀텀닷 패턴은 극도로 얇아서 외부 압력에 매우 민감하기 때문에 초 저압 전사 프린팅 기술을 활용해 패턴의 손상을 방지했는데 그 결과 QLED 소자의 성능이 기존 전사 프린팅 방식 대비 약 7배나 증가하는 결과를 확인했다.

정연식 교수는 특히 "단일 퀀텀닷 크기를 갖는 극한 해상도 수준의 패턴도 구현이 가능해서 차세대 디스플레이 분야만 아니라 높은 민감도를 갖는 센서나 광학 소자로의 응용까지 기대된다ˮ라고 말했다.

이번 연구성과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 6월 16일자 온라인판에 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com