해상도 120배 높인 퀀텀닷 프린팅 기술 개발

KAIST 연구진이 개발한 초고해상도 풀컬러 퀀텀닷 LED. 사진제공=KAIST

국내 연구진이 기존보다 해상도를 120배, 소자 성능을 6배 높인 퀀텀닷 기술을 개발했다. 이에 따라 차세대 디스플레이인 퀀텀닷LED(QLED)가 OLED와 경쟁을 본격화할 것으로 보인다.

KAIST는 정연식 신소재공학과 교수·전덕영 명예교수 공동 연구진이 차세대 디스플레이인 QLED에서 핵심 기술인 풀 컬러 퀀텀닷 패터닝 프린팅 기술을 개발했다고 6일 밝혔다.

퀀텀닷은 별도 장치 없이 스스로 다양한 빛을 내는 수나노미터(1나노미터는 10억분의 1미터) 반도체 입자다. 지난해 10월 삼성이 퀀텀닷 중심으로 차세대 디스플레이에 2025년까지 13조 원에 달하는 투자계획을 발표하면서 QLED가 차세대 디스플레이로 급부상하고 있다.

연구진은 기존 방법과 다른 원리로 퀀텀닷 초저압 전사 프린팅 방법을 세계 최초로 개발했다. 이를 통해 패턴 해상도와 프린팅 수율과 퀀텀닷 발광소자 성능을 극대화했다. 풀 컬러 퀀텀닷 해상도를 최대 1만 4,000ppi(1인치당 픽셀 수)까지 만들어, 8K 디스플레이 117ppi보다 120배 높였다.

퀀텀닷은 OLED와 달리 소재가 용매에 녹아 있다. 기존 디스플레이 패터닝 기술을 적용하기 어려운 이유다. 연구자들은 잉크젯 프린팅과 리소그래피 같은 공정을 활용해 퀀텀닷을 이용하고 있는데, 양산과 해상도에서 제한적이고 효율이 크게 떨어지는 문제가 발생하고 있다.

연구진은 문제를 해결하려고 퀀텀닷 용매 성분을 미세하게 조절했다. 수 나노미터에서 수천 나노미터급 주형에서 스스로 조립하는 원리를 이용했다. 또 조립된 퀀텀닷 미세 패턴을 분리한 뒤, 초저압 방식으로 프린팅했다.

이 같은 노력으로 연구진은 풀 컬러 나노미터급 패턴을 100%에 달하는 수율로 만들어냈다. QLED용 퀀텀닷 패턴은 극도로 얇아서 외부 압력에 매우 민감한데, 초저압 전사 프린팅 기술은 QLED 소자 성능을 기존 전사 프린팅 방식보다 6배나 높였다. 정연식 교수는 “개별적으로 발광하는 퀀텀닷으로 극한 해상도 수준까지 구현할 수 있다”며 “차세대 디스플레이 뿐 아니라 높은 민감도를 갖는 센서와 광학 소자로도 응용할 수 있을 것ˮ이라고 말했다.

이 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)’ 온라인에 지난달 16일 게재됐다.


박응서 머니투데이방송 MTN 선임기자