UNIST·서강대·ETRI 공동 연구팀
신공법과 특수 첨가제로 4000PPI 초고해상도 달성
차세대 XR글라스 구현 수준
국내 연구진이 퀀텀닷(양자점) 화소를 작고 반듯하게 패터닝하는 기술을 개발했다. 대낮 야외에서 또렷한 퀀텀닷 확장현실(XR)글라스를 구현할 수 있는 수준이다.
개발 주역은 김봉수 UNIST 화학과 교수와 강문성 서강대 교수, 강찬모 한국전자통신연구원(ETRI) 책임연구원이 참여한 공동 연구팀이다. 연구팀은 퀀텀닷을 손상시키지 않고 화소를 마이크로 패터닝하는 디스플레이 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.
퀀텀닷은 밝기와 색 순도가 뛰어나지만 스마트 글라스 같은 XR기기에 쓰려면 1인치당 화소 3000개가 들어갈 수 있을 정도로 화소 크기를 줄이는 마이크로 패터닝이 필요하다. 화소가 크면 모기장같은 화면 때문에 몰입감이 떨어지고 눈 피로를 유발한다.
개발 기술은 퀀텀닷 화소를 머리카락 굵기보다 수십 배 얇은 2마이크로미터(㎛) 미세 규모로 패터닝할 수 있다. 연구팀은 실험에서 1인치당 4000개 화소를 집적해 4000PPI(Pixel Per Inch) 초고해상도를 달성했다. 동전 크기의 한 공간에 1000만개 이상의 화소를 집적한 수준이다.
또한 이 기술은 퀀텀닷에 손상이 없고 설계한대로 화소 모양과 배열을 패터닝한다. 포토레지스트(감광액)막을 '틀'로 사용한 새로운 공법과 자체 개발한 첨가제(가교제)가 비결이다. 포토레지스트는 반도체 공정에서 빛으로 미세한 회로를 그릴 때 쓰이는 소재다.
연구팀은 포토레지스트막 위에 퀀텀닷 용액 배열 공간을 빛으로 미리 도려낸 후 그 위에 퀀텀닷 용액을 얇게 도포했다. 이어 틀 역할을 했던 포토레지스트막을 용매로 제거해 네모 반듯한 퀀텀닷 화소만 남게 했다. 퀀텀닷 용액 속에 자체 개발한 특수 첨가제(Diazo-4-LiXer)를 넣어 포토레지스트막을 제거할 때 퀀텀닷 용액이 함께 씻겨 나가는 것을 방지했다. 첨가제를 넣은 용액을 가열하면 첨가제가 활성화되면서 퀀텀닷 입자들은 단단히 고정되고 그 모양을 유지한다.
연구팀은 10×10 배열의 적녹청(RGB) 풀컬러 퀀텀닷 발광다이오드(QD-LED) 어레이를 만들어 안정적으로 빛을 내는 것을 확인해 상용화 가능성도 입증했다.
김봉수 교수는 “퀀텀닷 고유의 우수 발광 특성을 유지하면서도 초고해상도 패터닝이 가능한 마이크로 제조 공정 기술”이라며 “최근 애플과 삼성이 격돌하고 있는 차세대 XR 글라스와 마이크로디스플레이 시장에서 국산 기술 경쟁력 확보에 기여할 것”이라고 말했다.
이번 연구 결과는 '네이처 커뮤니케이션즈' 온라인판에 실렸다.
울산=임동식 기자 dslim@etnews.com
