국내 연구진, 피부에 붙이는 디스플레이 소자 개발

[이데일리 이승현 기자] 국내 연구진이 피부에도 붙일 수 있는 이른바 ‘어태처블’(attachable·부착형) 디스플레이를 구현할 핵심소자를 개발했다.

현택환 기초과학연구원(IBS) 나노입자연구단장(서울대 교수) 연구팀은 머리카락의 40분의 1 두께로 최신 스마트폰에 비해 최대 7배 해상도를 갖춘 ‘양자점 발광다이오드’(QLED) 소자를 만들었다고 14일 밝혔다.

연구성과는 이날자 ‘네이처 커뮤니케이션즈’(Nature Communications) 온라인판에 실렸다.

연구팀이 개발한 양자점 발광다이오드를 피부에 붙여 하트 모양의 빛을 내게 했다. 이 소자는 평평한 상태(왼쪽)는 물론 주름진 상태(오른쪽)에서도 빛을 낸다. 미래부 제공

차세대 전자기기로 현재 웨어러블(착용형) 기기가 주목받지만 기존의 웨어러블 발광다이오드(LED)는 너무 두꺼워 쉽게 휘거나 접기 어렵고 저전압에서 성능도 좋지 않은 단점이 있다.

연구팀은 이 문제를 해결할 대안으로 QLED에 주목했다. QLED는 크기와 전압에 따라 별도장치가 없어도 자체적으로 빛을 내는 LED로, 나노크기(10억분의 1m)의 양자점(Quantum dot·반도체 결정)을 이용한다.

이 QLED에 전류를 흘려주면 양자점이 빛의 3원색(적색·녹색·청색)을 낸다. QLED는 유기발광다이오드(OLED)에 비해 색 재현율이 우수하고 수분과 산소 등에 대한 안정성도 높은 편이다.

IBS 나노입자연구단의 현택환 단장과 김대형 연구위원.

연구팀은 이러한 양자점 나노입자를 기판에 고르게 배열할 수 있는 ‘음각 전사-인쇄’ 기술을 개발, 활용해 2.66μm(1μm=100만분의 1m) 두께의 발광소자를 만들었다. 두께가 머리카락의 40분의 1에 불과해 피부는 물론 알루미늄 호일, 둥근 유리 등 곡선에도 부착할 수 있다.

연구팀은 앞으로 대면적 공정기술 개발과 소자의 수명 향상, 독성문제 해결 등의 과제를 해결해 5년 안에 실용화하겠다는 목표이다. 이 경우 피부 위 디스플레이가 현실화하는 것이다.

교신저자인 현택환 단장과 김대형 연구위원(서울대 교수)은 “두껍고 휘어지기 어려웠던 기존 웨어러블 기기의 단점을 해결하면서 초고해상도를 가진 QLED는 세계 최초이다”고 설명했다.

연구에는 서울대 석박사 통합과정생인 최문기 씨와 양지웅 씨가 1저자로 참여했다. 논문제목은 ‘고해상도 음각 전사-인쇄 기술을 이용한 웨어러블 삼원색 양자점 발광 디스플레이’이다.

연구팀이 고해상도 음각 전사-인쇄 기술을 이용해 구현한 삼원색 픽셀기반 양자점 백색광 다이오드. 미래부 제공