손에 잡힐 듯 생생한 AR/VR 양자점 디스플레이 "눈앞"

자발광 풀컬러 양자점 디스플레이를 구현할 수 있는 핵심 기술이 개발됐다. 이 기술을 활용하면 생동감 넘치는 증강·가상현실(AR/VR)용 디스플레이를 만들 수 있다. 한국연구재단은 UNIST 최문기 교수, DGIST 양지웅 교수, IBS 현택환 나노입자연구단장 등이 공동으로 이중층 건식 전사인쇄기술을 개발했다고 3일 밝혔다. 1저자인 유지수 석박통합과정생(UNIST 신소재공학과)과 이경훈 석박통합과정생(DGIST 에너지공학과)은 "대면적 가능성까지만 확인했다"며 "실용화를 위한 대면적 후속연구가 필요하다"고 말했다. 손목이나 눈에 착용하는 웨어러블 디스플레이는 작은 화면에 다양한 정보를 담아야 한다. 착용 시 어지러움 증상 때문에 이를 막기 위한 초고해상도 패터닝 기술이 필요하다. 최근 이 대안 기술로 양자점 나노 입자가 주목받고 있다. 양자점 나노입자는 높은 색순도와 색재현도를 가졌다. 그러나 도장으로 양자점 잉크를 찍어 기판에 옮기는 기존의 건식 전사 인쇄기술로는 초고해상도 픽셀 구현은 가능하지만, 발광효율이 5%이하라 실제 디스플레이로는 활용이 어렵다. 연구팀이 적은 전류로도 밝은 빛을 낼 수 있는 발광층-전자전달층 이중층 건식전사 인쇄기술로 이 문제를 해결했다. 연구팀은 고해상도 화소 패터닝(적녹청 필셀을 형성) 기술을 새로 개발하고, 초고해상도와 고효율을 동시에 충족하는 발광소자를 제작하는데 성공했다. 이 고밀도 이중층 박막은 발광소자 제작 시 계면 저항을 감소시켜 전자 주입을 원활하게 한다. 연구팀은 "누설 전하의 이동이 제어돼 최대 23.3%의 높은 외부양자효율(EQE)을 나타냈다"고 설명했다. 이는 양자점 발광소자의 최대 이론효율과 유사한 수치다. 외부양자효율은 전류를 흘려 넣어준 전자가 빛을 내는 광자로 변환되는 효율을 말한다. 또한 연구팀은 이 박막을 이용해 최대 2만526 PPI(가로,세로 1인치내 픽셀수) 양자점 초고해상도 패턴(약 400㎚)을 구현하고, 반복 인쇄를 통해 8x8㎝ 대면적화에도 성공했다. 일단 대량 생산 가능성은 확인한 셈이다. 연구팀은 "2.6 ㎛ 두께의 초박막 QLED 소자를 제작, 웨어러블 디스플레이로의 활용 가능성도 확인했다"고 덧붙였다. 최문기 교수는 “뛰어난 색 재현도와 색 순도를 가진 양자점을 스마트 웨어러블 장치 등에 광범위하게 적용할 수 있을 것"으로 기대했다. 최 교수는 또 "가상현실(VR) 및 증강현실(AR)에 더 높은 해상도의 화면을 구현, 몰입감을 크게 높일 수 있다"고 언급했다. 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터, 우수신진연구 등의 지원으로 수행됐다. 연구결과는 국제학술지'네이처 포토닉스 (Nature Photonics)'(8월 2일)에 게재됐다.