디스플레이도 종이접듯…세계 최초 QLED 개발

▲3차원 폴더블 QLED는 2차원과 3차원 구조 간 변형이 자유로워 사용자가 원하는 형태로 자유자재로 접을 수 있다. (사진제공=기초과학연구원)

종이 접듯 자유롭게 형태를 만들 수 있는 디스플레이 기술이 국내에서 개발됐다.

기초과학연구원(IBS)은 27일 나노입자 연구단 김대형 부연구단장과 현택환 단장 공동연구팀은 종이처럼 자유자재로 접을 수 있는 3차원 양자점발광다이오드(QLED) 개발에 성공했다고 밝혔다.

롤러블폰 등 이형(異形) 폼팩터를 가진 전자기기가 상용화 초읽기에 들어선 가운데, 국내 연구진이 기존 평면 디스플레이로는 구현하기 힘든 정보까지 표현할 수 있는 3차원 디스플레이 원천기술을 개발한 것이다.

QLED는 기존 액정디스플레이(LCD)와 달리 백라이트 등 부피가 큰 요소가 필요 없어 훨씬 얇은 두께를 가진 디스플레이 제작이 가능하다. IBS 나노입자 연구단 역시 2015년 머리카락 두께의 약 30분의 1 정도인 3㎛ 두께의 초박형 QLED를 개발하고, 이를 웨어러블 디스플레이의 형태로 제작한 바 있다.

IBS에 따르면 이번 연구에서는 종이접기를 하듯, 초박형 QLED를 원하는 형태로 자유자재로 접을 수 있게 만들었다. 이를 바탕으로 나비, 비행기, 피라미드 등 복잡한 구조를 가진 3차원 폴더블 QLED를 제작하는 데 성공했다.

연구진은 이산화탄소 레이저를 이용해 QLED 표면에 증착된 에폭시 박막을 부분적으로 식각하는 ‘선택적 레이저 식각 공정’을 새롭게 개발했다. 식각된 부분은 주변보다 상대적으로 얇은 두께를 가지고 있어 외부에서 힘이 가해졌을 때 쉽게 변형이 일어난다.

종이접기로 치면 ‘접는 선’을 만드는 것이다. 이때, QLED와 에폭시 박막 사이에는 은과 알루미늄 합금으로 구성된 얇은 식각 방지층이 있어 레이저로 인한 QLED 내부의 손상을 효과적으로 막아준다.

연구진은 이 공정을 통해 폴더블 QLED의 기판이 휘어진 정도를 나타내는 수치를 정밀하게 조절하는 데 성공했다. 약 50㎛ 미만의 매우 작은 곡률 반경을 가진 폴더블 QLED를 제작할 수 있다. 또한, 500번 이상 반복적인 접힘에도 모서리 부분을 포함한 모든 발광면이 안정적으로 구동했다.

연구진은 이를 통해 나비, 비행기 등 복잡한 3차원 모양을 가진 QLED를 제작했다. 특히 64개의 픽셀로 구성된 피라미드형 3차원 폴더블 QLED는 2차원과 3차원 구조 간 변형이 자유로워 사용자가 원하는 형태로 자유자재로 접을 수 있는 디스플레이 개발 가능성을 보여줬다.

김대형 부연구단장은 “합금으로 구성된 식각 방지층을 활용한 레이저 공정 개발 덕분에 종이처럼 자유자재로 접을 수 있는 3차원 폴더블 QLED를 제작할 수 있었다”고 말했다.

현택환 단장은 “전자 종이 및 신문, 태블릿 등을 비롯한 사용자 맞춤형 소형 디스플레이가 있어야 하는 곳에서 유용하게 사용될 것”이라며 “사용자 맞춤형 디스플레이 제작 가능성을 열었다는 의미가 있다”고 말했다.