'해상도 100배' 높인 퀀텀닷 프린팅 기술 나왔다

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정연식·전덕영 KAIST 교수팀 개발

우리 연구진이 차세대 퀀텀닷 프린팅 기술 해상도를 100배 이상 높이는데 성공했다.

한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)은 정연식 신소재공학과 교수와 전덕영 명예교수 공동 연구팀이 차세대 퀀텀닷 LED(QLED) 기반 디스플레이 핵심 기술인 적·녹·청 풀컬러 퀀텀닷 패터닝 프린팅 기술 개발에 성공했다고 6일 밝혔다.

퀀텀닷은 별도 장치가 없어도 크기와 전압에 따라 스스로 다양한 빛을 내는 수 나노미터(㎚) 크기 반도체 입자다.

KAIST의 초고해상도 풀컬러퀀텀닷 LED 이미지
<KAIST의 초고해상도 풀컬러퀀텀닷 LED 이미지>

연구팀은 풀컬러 퀀텀닷 배열 해상도를 최대 1만4000ppi(인치당 픽셀 수)까지 구현했다. 현재 8K 디스플레이 해상도인 117ppi의 100배 이상이다.

또 기존 퀀텀닷 나노 패턴 구현 방법과는 원리가 다른 초저압 전사 프린팅 방법을 세계 최초로 개발, 패턴 해상도와 프린팅 수율, 퀀텀닷 발광소자 성능을 극대화하는 데 성공했다.

기존 퀀텀닷 소재는 OLED 발광 소재와 달리 용매에 녹아 분산된 형태여서 기존 디스플레이 패터닝 기술을 적용하기 어려웠다. 잉크젯 프린팅이나 리소그래피와 같은 공정을 적용하고 있지만 양산성이나 해상도가 제한적이다. 공정 과정 중 퀀텀닷 효율이 크게 떨어지는 문제도 있다.

연구팀은 퀀텀닷 용매 성분을 미세하게 조절해, 이들이 주형에서 스스로 조립하는 원리를 활용했다. 또 조립된 퀀텀닷 미세 패턴을 분리한 후, 초저압으로 프린팅하는 기술을 더해 풀컬러 ㎚급 패턴을 100% 수율로 구현했다. QLED 소자 성능은 기존 전사 프린팅 방식 대비 약 7배나 증가하는 결과를 확인했다.

사진 왼쪽부터 정연식 교수, 전덕영 교수.
<사진 왼쪽부터 정연식 교수, 전덕영 교수.>

연구팀은 연구 결과를 활용해 적·녹·청 퀀텀닷 픽셀이 개별 발광하는 초고해상도 차세대 능동형 QLED 디스플레이 구현도 가능할 것으로 보고 있다.

정연식 교수는 “단일 퀀텀닷 크기를 갖는 극한 해상도 수준 패턴도 구현 가능하다”며 “차세대 디스플레이와 높은 민감도를 갖는 센서 및 광학 소자에 응용할 수 있다”고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com