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사진 왼쪽부터 카이스트 정연식 교수, 전덕영 명예교수. KAIST 제공 |
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카이스트(KAIST) 신소재공학과 정연식 교수·전덕영 명예교수 공동 연구팀은 기존보다 해상도가 100배 이상 높은 퀀텀닷(양자점) 프린팅 기술을 첫 개발했다고 6일 밝혔다.
퀀텀닷은 수 nm(나노미터.100만분의 1㎜) 크기의 반도체 입자로, 단가가 낮고 화질을 획기적으로 개선할 수 있어 차세대 디스플레이 소자로 주목받고 있다. 삼성디스플레이는 지난해 10월 퀀텀닷 디스플레이 양산 라인 구축에 2025년까지13조원을 투자하겠다고 발표한 바 있다.
하지만 기존 OLED(유기 발광 다이오드) 소재와 달리 용매에 녹아 분산된 형태로 존재하기 때문에 일반적인 패터닝 기술을 적용하기 어려웠다.
잉크젯 프린팅이나 기판에 회로 패턴을 새기는 리소그래피 공정이 시도되고 있지만, 해상도가 낮고 공정 과정에서 효율이 떨어지는 등 한계가 있다.
연구팀은 용매 성분을 미세하게 조절해 퀀텀닷이 수nm ∼수천 nm 크기 주형틀 안에서 스스로 조립하도록 만들었다.
이어 극도로 얇은 QLED(퀀텀닷 발광 다이오드) 패턴에 초저압 전사 프린팅 기술을 적용, 패턴 손상을 최소한으로 줄였다.
기존 퀀텀닷 나노 패턴 구현 방법과는 원리가 다른 초저압 전사 프린팅 방법은 정 교수팀이 세계 최초로 개발한 것이다.
연구팀은 이 같은 방식을 통해 풀컬러(적·녹·청색) 퀀텀닷 배열의 해상도를 최대 1만4000ppi(인치 당 화소 수)까지 구현하는데 성공했다. 이는 현재 최고 수준의 8K 디스플레이의 해상도(117ppi)보다 100배 이상 높은 것이다.
이렇게 만든 QLED의 성능은 기존 전사 프린팅 방식에 비해서도 7배 뛰어난 것으로 나타났다.
정 교수는 “단일 퀀텀닷 크기를 갖는 극한 해상도 수준의 패턴도 구현이 가능해서 차세대 디스플레이 뿐만 아니라 높은 민감도를 갖는 센서나 광학 소자로 응용할 수 있을 것”이라고 말했다.
카이스트 신소재공학과 남태원 박사과정이 제1 저자로, 김무현 박사과정이 제2 저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스'(Nature Communications) 지난 달 16일 자 온라인 판에 실렸다.
대전=임정재 기자 jjim61@segye.com
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