카이스트, 8K보다 해상도 100배 높인 QLED 기술 개발

고체 반도체 나노입자 ‘퀀텀닷’의 정교한 패터닝 성공
해상도 117ppi(8K)에서 1만4000ppi로… 네이처 자매지 게재

정연식 카이스트 교수 연구팀이 ‘적녹청(RGB) 퀀텀닷 패터닝 기술’을 통해 8K 디스플레이(왼쪽)보다 픽셀 크기(w)를 줄이고 해상도를 100배 높인 차세대 QLED 디스플레이(오른쪽)를 구현했다./KAIST 제공

카이스트(KAIST) 연구팀이 퀀텀닷 발광다이오드(QLED) 디스플레이의 해상도를 8K(7680X4320) 디스플레이보다 100배 이상 높일 수 있는 기술을 개발했다.

정연식 KAIST 신소재공학과 교수와 전덕영 명예교수 공동 연구팀은 QLED 디스플레이 제조를 위한 ‘적녹청(RGB) 퀀텀닷 패터닝 기술’을 개발했다고 6일 밝혔다.

퀀텀닷(quantum dot·양자점)은 수나노(nm·10억분의 1미터) 크기의 고체 입자로 된 반도체 물질이다. 별도의 장치에 연결하지 않고도 전압을 가하면 스스로 빛을 낼 수 있다. 퀀텀닷을 발광 소자로 이용한 디스플레이가 QLED 디스플레이다.

QLED 디스플레이를 만들려면 RGB 3색을 각각 낼 수 있는 퀀텀닷 픽셀들을 일정한 패턴으로 배열하는 ‘패터닝’ 작업이 필요하다. 픽셀 크기는 수십나노 수준이기에 정교한 작업이 필요하다. 유기발광다이오드(OLED)는 녹여서 잉크처럼 만들어 패턴을 프린팅하는 잉크젯 방식을 통해 해결 가능하지만 고체 입자인 퀀텀닷은 이것이 불가능하다.

퀀텀닷을 특수한 액체에 녹인 용액 상태로 만들어 패터닝하고 있지만, 용액 속 퀀텀닷 입자들을 제대로 제어할 수 없어 정교한 패터닝은 어려운 상황이다.

연구팀은 퀀텀닷과 화학적으로 친한 물질을 디스플레이 후면 패널 소재로 활용, 용액 속 퀀텀닷이 패널 표면에 달라붙도록 했다. 철가루가 자석에 달라붙는 것과 비슷하다.

연구팀은 정교한 패터닝을 구현했고, 픽셀 하나의 너비를 현재 8K 디스플레이에 해당하는 50마이크로(μm·100만분의 1)의 100분의 1인 0.5μm로 줄였다. 픽셀 너비를 줄이면서 인치당 픽셀수(ppi)는 기존(117ppi)의 100배 수준인 1만4000ppi로 높이는데 성공했다. ppi는 1인치(2.54㎝) 길이에 포함된 픽셀 개수로, ppi가 많을수록 해상도가 높아진다.

연구팀은 "추가 연구를 통해 픽셀 크기를 퀀텀닷 1개 크기(수나노)로 줄여 극한의 해상도를 구현하는 것도 가능할 것"이라고 했다. 이번 연구성과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 지난달 16일자로 게재됐다.

김윤수 기자(kysme@chosunbiz.com)

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