현재 퀀텀닷 디스플레이 기술력에서 고도화된 수준인 8K보다 해상도가 100배나 높은 수준의 풀 컬러 퀀텀닷 프린팅 기술이 개발됐다.
카이스트는 신소재공학과 정연식 교수·전덕영 명예교수 공동 연구팀이 차세대 퀀텀닷 LED(QLED) 기반 디스플레이 실현에 핵심적인 기술인 풀 컬러(적·녹·청) 퀀텀닷 패터닝 프린팅 기술 개발에 성공했다고 6일 밝혔다.
퀀텀닷이란 별도의 장치가 없어도 크기와 전압에 따라 스스로 다양한 빛을 내는 수 나노미터(1 나노미터는 100만분의 1 밀리미터) 크기의 반도체 입자다. 연구팀은 풀 컬러 퀀텀닷 배열의 해상도를 최대 1만4000ppi(인치당 픽셀 수) 까지 구현하는데 성공했다. 이 해상도는 현재 8K 디스플레이의 해상도인 117ppi의 약 100배 이상에 달한다.
연구팀은 기존 퀀텀닷 나노 패턴 구현 방법과는 원리가 다른 초 저압 전사 프린팅 방법도 세계 최초로 개발했다. 이 기술은 패턴의 해상도와 프린팅 수율, 퀀텀닷 발광소자 성능을 극대화한다.
퀀텀닷LED(QLED)는 차세대 디스플레이 핵심 소재로 부상 중이나 OELD 발광소재와 달리 용매에 녹아 분산돼있어 기존 디스플레이 패터닝 기술을 적용하기 어려웠다. 연구진은 퀀텀닷 용매 성분을 미세하게 조절해 수 나노미터에서 수천 나노미터급 주형에 선택적으로 스스로 조립하는 원리를 구현해냈다.
또 조립된 퀀텀닷 미세 패턴을 분리한 후 초 저압 방식으로 프린팅하는 기술을 개발해 풀 컬러 나노미터급 패턴을 100%에 달하는 수율로 구현했다. 소재가 얇아 외부 압력에 민감한 QLED용 퀀텀닷 패턴에 초 저압 전사 프린팅 기술을 활용해 패턴의 손상을 방지했는데, 그 결과 QLED 소자의 성능이 기존 전사 프린팅 방식 대비 약 7배나 증가하는 결과를 확인했다.
연구팀 관계자는 "이번 연구 결과를 활용할 경우 적·녹·청 퀀텀닷 픽셀이 개별적으로 발광할 수 있는 초고해상도를 지닌 차세대 능동형 QLED 디스플레이 구현도 가능할 것ˮ이라 밝혔다. 정연식 교수는 “단일 퀀텀닷 크기를 갖는 극한 해상도 수준의 패턴도 구현이 가능해 차세대 디스플레이 분야만 아니라 높은 민감도를 갖는 센서나 광학 소자로의 응용도 기대된다ˮ고 강조했다.
이번 연구는 지난 6월 16일 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스 (Nature Communications)’ 온라인판에 게재됐다.