고무처럼 늘여도 화질 변화가 없는 퀀텀닷(양자점) 디스플레이 원천기술이 개발됐다. 기존 플렉시블 또는 폴더블 폼팩터로 구현이 어려운 곳에 적용 가능해 자유 형상 디스플레이 상용화를 앞당길 전망이다.
기초과학연구원(IBS)은 김대형 나노입자 연구단 부연구단장, 현택환 단장 연구팀이 최문기 울산과학기술원(UNIST) 교수, 양지웅 대구경북과학기술원(DGIST) 교수팀과 공동으로 세계 최고 성능의 스트레처블 퀀텀닷발광다이오드(QLED) 개발에 성공했다고 16일 밝혔다,
그동안 개발된 스트레처블 디스플레이는 신축 시 발광부를 제외한 배선부만 늘어나는 구조였다. 신축 시 화면에서 발광부가 차지하는 면적 비율이 감소해 화질이 떨어지고, 발광부와 배선부 간 계면의 기계적 신뢰성이 떨어지는 문제가 발생한다.
화질 저하 해결을 위해선 신축 시 배선부와 발광층이 모두 늘어나는 본질적 신축성이 있는 발광소자 개발이 필수다. 이를 위한 기존 연구들은 발광물질로 유기전자 복합소재를 활용해왔으나, 유기전자 복합소재는 이동도 및 색 재현력 측면에서 상용화 수준의 성능에 이르지 못한다는 한계가 있다.
연구진은 퀀텀닷을 발광물질로 활용하는 새로운 신축성 발광층을 고안했다. 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 퀀텀닷과 탄성을 가진 고분자(SEBS-g-MA), 정공 전달 소재를 균일하게 섞은 용액을 제작했다. 스핀 코팅 기술을 이용해 이 용액을 40나노미터(㎚) 두께의 균일한 발광층으로 만들었다.
이를 통해 만들어진 소자의 최고 휘도는 1만5170니트(nits), 구동 전압은 6.2V로 지금까지 개발된 신축성 퀀텀닷 발광소자 중 가장 우수한 성능을 보였다.
이 소자는 양옆으로 당기는 힘을 가해도 기계적 손상이나 발광 성능 저하가 발생하지 않는다. 또 최대 1.5배까지 늘려도 소자 내 퀀텀닷 간의 거리에 큰 변화가 없었다.
연구진은 이 소자로 20인치의 QLED TV를 만든다면 30인치 크기까지 잡아당겨도 같은 발광 성능을 유지할 수 있다고 설명한다.
김대형 부연구단장은 “스트레처블 소자를 활용한 형태 가변 디스플레이는 차세대 디스플레이 발전의 핵심 트렌드”라며 “휘도는 높이고, 구동 전압은 낮추는 등 성능 최적화를 위한 후속 연구를 진행할 계획”이라고 말했다.
이번 연구 결과는 전기·전자 분야 학술지 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)에 지난 15일 온라인 게재됐다.
이인희 기자 leeih@etnews.com
