양자점 도장으로 초고해상도·고효율 발광소자 제작

- 새로운 디스플레이 인쇄기술로 AR/VR 몰입감 향상 기대

논문명

Highly efficient printed quantum dot light-emitting diodes through ultrahigh-definition double-layer transfer printing

저  자

유지수 (제1저자/UNIST), 이경훈 (제1저자/DGIST), 양우정 (공저자/UNIST), 송현화 (공저자/DGIST), 장재홍 (공저자/UNIST), 이광헌 (공저자/UNIST), 메갈라마네 S. 부타라주 (Megalamane S. Bootharaju) (공저자/서울대학교,IBS), 김준희 (공저자/서울대학교,IBS), 김기욱 (공저자/DGIST), 박수익 (공저자/DGIST), 서중덕 (공저자/UNIST), 쉬리 (Shi Li) (공저자/DGIST), 유원석 (공저자/DGIST), 권종익 (공저자/UNIST), 송명훈 교수 (공저자/UNIST), 현택환 교수 (교신저자/서울대학교,IBS), 양지웅 (교신저자/DGIST), 최문기 교수 (교신저자/UNIST,IBS) 

이중층 전사 패터닝 기술로 제작한 고해상도 다색 패턴 및 대면적 패턴. (자료제공: 한국연구재단)

국내 연구진이 초고해상도와 발광 효율을 동시에 높인 양자점 디스플레이 패터닝 기술을 개발하여 더욱 생동감 넘치는 증강/가상현실(AR/VR) 기술 개발에 청신호가 켜졌다.

  한국연구재단(이사장 이광복)은 최문기 교수(UNIST), 양지웅 교수(DGIST), 현택환 단장(IBS 나노입자 연구단) 공동연구팀이 발광층과 전자전달 층을 동시에 기판에 옮기는 이중층 건식 전사인쇄기술을 개발했다고 8월 3일 밝혔다.

  웨어러블, 사물인터넷 등의 발달로 증강/가상현실(AR/VR) 및 웨어러블 디스플레이의 수요도 증가하고 있다. 손목이나 눈에 착용하는 웨어러블 디스플레이는 작은 화면에 다양한 정보를 담아야 하며, 착용 시 어지러움을 예방하기 위해 초고해상도 패터닝 기술이 요구된다. 

  양자점 나노입자는 높은 색 순도와 색 재현도를 가져 차세대 디스플레이 발광 물질로 각광받고 있다. 하지만 도장으로 양자점 잉크를 찍어 기판에 옮기는 기존의 건식전사 인쇄기술은 초고해상도 픽셀(디스플레이의 이미지를 구성하는 가장 작은 단위로 화소) 구현은 가능하지만, 발광효율이 5% 이하로 낮아 실제 디스플레이 제작에는 활용되지 못했다. 

  연구팀은 적은 전류로도 밝은 빛을 낼 수 있는 발광층-전자전달층 이중층 건식전사 인쇄기술로 고해상도 화소 패터닝(patterning) 기술을 개발하고, 초고해상도와 고효율을 동시에 충족하는 발광소자를 제작하였다.

  새로운 고밀도 이중층 박막은 발광소자 제작 시 계면 저항을 감소시켜 전자 주입을 원활하게 하고, 누설 전하의 이동이 제어돼 최대 23.3%의 높은 외부양자효율(External Quantum Efficiency)을 나타냈다. 이는 양자점 발광소자의 최대 이론효율과 유사한 수치이다. 

  또한 새로운 박막을 이용해 최대 20,526 PPI(pixels per inch) 양자점 초고해상도 패턴(약 400nm 픽셀)을 구현하고, 반복 인쇄를 통해 8cm x 8cm 대면적화에도 성공하여 대량 생산의 가능성을 확인하였다. 나아가 2.6 마이크로미터 두께의 초박막 QLED 소자를 제작하여 웨어러블 디스플레이로의 활용을 선보였다.

  최문기 교수는 “이번 연구결과 뛰어난 색 재현도와 색 순도를 가진 양자점을 스마트 웨어러블 장치 등에 광범위하게 적용할 수 있을 것으로 기대된다”며 “특히 가상현실(VR) 및 증강현실(AR)에 더 높은 해상도의 화면을 구현함으로써 몰입감 향상이 가능하다”고 설명했다.

  과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 선도연구센터, 우수신진연구 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘Nature Photonics’에 8월 2일 게재됐다.

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[Ceramic Korea (세라믹코리아)=이광호 ]