차세대 디스플레이 ‘퀀텀닷’…지금보다 100배 해상도 높인 프린팅 개발
상태바
차세대 디스플레이 ‘퀀텀닷’…지금보다 100배 해상도 높인 프린팅 개발
  • 정종오 기자
  • 승인 2020.07.06 15:30
  • 댓글 0
이 기사를 공유합니다

카이스트 연구팀, 풀 컬러 퀀텀닷 프린팅 기술개발에 성공
초고해상도 풀컬러 퀀텀닷 LED.[사진=카이스트]
초고해상도 풀컬러 퀀텀닷 LED.[사진=카이스트]

지금보다 100배 해상도 높은 퀀텀닷 프린팅 기술이 개발됐다. 퀀텀닷이란 별도의 장치 없어도 크기와 전압에 따라 스스로 다양한 빛을 내는 수 나노미터(1나노미터는 100만분의 1밀리미터) 크기의 반도체 입자다. 지난해 10월 국내 한 업체가 퀀텀닷 중심의 차세대 디스플레이 양산라인 구축과 기술개발에 2025년까지 약 13조 원 규모의 투자계획을 발표한 바 있다. 퀀텀닷 소재는 디스플레이용 핵심 소재로 부상하고 있다.

카이스트(KAIST) 신소재공학과 정연식·전덕영 명예교수 공동 연구팀이 차세대 퀀텀닷 LED(QLED) 기반 디스플레이 실현에 핵심 기술인 풀(Full) 컬러(적·녹·청) 퀀텀닷 패터닝 프린팅 기술개발에 성공했다.

연구팀은 완전 천연색 퀀텀닷 배열의 해상도를 최대 1만4000ppi(인치당 픽셀 수) 까지 구현하는 데 성공했다. 이 해상도는 현재 8K 디스플레이의 해상도인 117ppi 보다 약 100배 이상이다. 연구팀은 또 기존 퀀텀닷 나노 패턴 구현 방법과 원리가 다른 초 저압 전사 프린팅 방법을 세계 최초로 개발했다. 패턴의 해상도와 프린팅 수율, 퀀텀닷 발광소자 성능을 극대화하는 데도 성공했다.

지난해 10월 삼성디스플레이가 퀀텀닷 중심의 차세대 디스플레이 양산라인 구축과 기술개발에 2025년까지 약 13조 원 규모의 투자계획을 발표하는 등 퀀텀닷 소재는 디스플레이용 핵심 소재로 부상하고 있다. 퀀텀닷 소재는 OLED 발광 소재와 달리 용매에 녹아 분산된 형태로 존재한다.

이 때문에 기존 디스플레이 패터닝 기술을 적용하기 어려웠다. 이를 해결하기 위해 잉크젯 프린팅이나 리소그래피와 같은 공정을 적용하고 있다. 양산성과 해상도 측면에서 제한적이거나 공정 과정 중에 퀀텀닷의 효율이 크게 떨어지는 문제가 발생한다.

연구팀은 이런 문제해결을 위해 퀀텀닷의 용매 성분을 미세하게 조절해 수 나노미터에서 수천 나노미터급 주형에 선택적으로 스스로 조립하는 원리에 착안해 적용했다. 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 민감해 초 저압 전사 프린팅 기술을 활용해 패턴의 손상을 방지했는데 그 결과 QLED 소자의 성능이 기존 전사 프린팅 방식 대비 약 7배나 증가하는 결과를 확인했다.

이번 연구결과를 활용할 경우 적·녹·청 퀀텀닷 픽셀이 개별적으로 발광할 수 있는 초고해상도를 지닌 차세대 능동형 퀀텀닷 LED (Active Matrix QLED) 디스플레이 구현도 가능할 것으로 기대된다.

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

KAIST 신소재공학과 남태원 박사과정이 제1 저자로, 김무현 박사과정이 제2 저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지 `네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 6월 16일 자 온라인판(논문명: Thermodynamic-driven polychromatic quantum dot patterning for light-emitting diodes beyond eye-limiting resolution)에 실렸다.

정종오 기자  science@greened.kr

▶ 기사제보 : pol@greened.kr(기사화될 경우 소정의 원고료를 드립니다)
▶ 녹색경제신문 '홈페이지' / '페이스북 친구추가'

댓글삭제
삭제한 댓글은 다시 복구할 수 없습니다.
그래도 삭제하시겠습니까?
댓글 0
댓글쓰기
계정을 선택하시면 로그인·계정인증을 통해
댓글을 남기실 수 있습니다.