“고무줄처럼 쭉 늘려도” 화질 그대로…세계 최고 밝기 ‘꿈의 디스플레이’ 나왔다

[헤럴드경제=구본혁 기자] 고무줄처럼 잡아당겨도 화질이 떨어지지 않는 차세대 디스플레이 기술이 국내 연구진에 의해 개발됐다. 기존 신축성 발광소자보다 3배 이상 밝으면서도 화면을 65% 늘릴 수 있어 웨어러블 기기와 전자피부 등 차세대 디스플레이 상용화에 새로운 가능성을 열었다.

대구경북과학기술원(DGIST)은 에너지공학과 양지웅 교수 연구팀이 울산과학기술원(UNIST) 최문기 교수팀, 기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단 김대형 부연구단장 연구팀과 공동으로 초고해상도 신축성 양자점 디스플레이(QLED) 원천기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

신축성 디스플레이는 화면을 접거나 마는 수준을 넘어 피부처럼 자유롭게 늘어나고 변형되는 차세대 디스플레이다. 웨어러블 기기와 전자피부, 소프트 로봇 등에 활용할 수 있지만 화면을 늘릴수록 발광 면적 비율이 줄어들어 화질이 떨어지는 문제가 있었다.

이를 해결하기 위해 화소 자체가 늘어나는 기술이 연구돼 왔지만 부드러운 발광층을 미세한 화소로 정밀하게 가공하기 어렵고 밝기와 색 재현력이 떨어지는 한계가 있었다.

연구팀은 양자점과 탄성 고분자를 결합하고 미세한 패턴을 도장처럼 찍어내는 새로운 제작 공정인 ‘LIFT’ 기술을 개발했다.

양자점 복합체 표면을 특수 처리해 전하가 원활하게 이동하도록 하고, 열을 이용한 정밀 전사 공정으로 부드러운 발광층을 미세한 화소 형태로 구현한 것이 핵심이다.

그 결과 1인치당 픽셀 수가 1만6000개에 달하는 초고해상도 패턴을 구현했다. 빨강·초록·파랑(RGB) 발광층을 활용한 12×12 다색 디스플레이 구동에도 성공했다.

특히 개발된 신축성 QLED의 최대 밝기는 5만3300니트(nit)로, 기존 신축성 발광소자의 밝기인 1만5000니트 이하를 크게 뛰어넘었다. 연구팀은 신축성 발광소자 중 세계 최고 수준의 밝기라고 설명했다.

최대 외부양자효율(EQE)은 8.0%를 기록했으며, 소자를 원래 길이보다 65% 늘린 상태에서도 안정적인 발광 성능을 확인했다. 일반적인 표준 구조 소자에서는 최대 23.9%의 외부양자효율을 달성했다.

이번 성과는 신축성과 고해상도, 높은 밝기를 동시에 구현했다는 점에서 의미가 있다. 향후 피부 부착형 헬스케어 기기와 웨어러블 디스플레이, 소프트 로봇 등 다양한 분야에 활용될 것으로 기대된다.

양지웅 교수는 “양자점 복합체의 신축성을 유지하면서도 표면과 계면을 정밀하게 제어해 미세한 화소 제작과 발광 성능 향상을 동시에 달성했다”며 “소재의 화학적 설계와 정밀 가공 기술을 융합해 차세대 신축 디스플레이의 상용화 가능성을 크게 넓힐 것”이라고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 나노테크놀로지’에 게재됐다.