울산과학기술원(UNIST)·서강대학교·한국전자통신연구원(ETRI) 공동 연구팀이 퀀텀닷 화소를 차세대 XR 글라스에 적용 가능한 수준으로 미세 패터닝하는 기술을 개발했다.

김봉수 UNIST 화학과 교수와 강문성 서강대 교수, 강찬모 ETRI 박사 연구팀은 퀀텀닷을 손상 없이 마이크로패터닝할 수 있는 디스플레이 기술을 개발했다고 23일 밝혔다.

XR 기기에 퀀텀닷을 적용하려면 1인치당 3000개 이상의 화소가 들어갈 정도로 화소 크기를 줄여야 한다. 눈앞에 바로 화면이 펼쳐지는 기기 특성상 화소가 클 경우 모기장처럼 보여 몰입감을 해치고 눈 피로를 유발하기 때문이다.

연구팀이 개발한 기술은 퀀텀닷 화소를 머리카락 굵기보다 수십 배 얇은 2마이크로미터(㎛) 수준으로 패터닝할 수 있다. 실험에서는 1인치당 4000개의 화소를 집적하는 4000 PPI(Pixel Per Inch) 초고해상도를 달성했으며 동전 크기 공간에 1000만개 이상의 화소를 구현한 셈이다.

핵심은 포토레지스트막을 틀로 활용하는 새로운 공법과 자체 개발한 첨가제 'Diazo-4-LiXer'다. 빛으로 포토레지스트막에 퀀텀닷 잉크가 배열될 공간을 미리 만들고, 그 위에 잉크를 도포한 뒤 포토레지스트막만 용매로 제거하면 네모 반듯한 화소만 남는 방식이다.

첨가제를 110도 열로 활성화하면 퀀텀닷 입자가 단단히 고정돼 용매 제거 과정에서도 씻겨 나가지 않는다. 자외선 활성화 방식과 달리 고에너지로 인한 손상이 없고 열 손상도 차단했다.

연구팀은 10×10 배열의 풀컬러 RGB 퀀텀닷 발광다이오드(QD-LED) 어레이를 실제 제작해 안정적인 발광을 확인하며 상용화 가능성도 입증했다.

김봉수 교수는 "퀀텀닷 고유의 우수한 발광 특성을 유지하면서도 초고해상도 패터닝이 가능한 마이크로 제조 공정"이라며 "애플과 삼성이 격돌하고 있는 차세대 XR 글라스와 마이크로디스플레이 시장에서 기술 경쟁력을 확보하는 데 기여할 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 삼성미래기술육성사업과 과학기술정보통신부·한국연구재단의 나노 및 소재기술 개발사업, 개인기초연구사업 지원을 받아 수행됐다. 연구 결과는 지난달 19일 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 온라인판에 공개됐다.