[로이슈 전여송 기자]

초고해상도 마이크로디스플레이의 오랜 난제였던 픽셀 간섭 현상을 근본적으로 해결할 수 있는 핵심 기술이 개발됐다.

한국연구재단(이사장 홍원화)은 한양대학교 김도환 교수, 연세대학교 조정호 교수, 서강대학교 강문성 교수로 구성된 공동 연구팀이 고밀도 픽셀 환경에서도 신호 간섭 없이 선명한 화질을 구현할 수 있는 초고해상도 OLED 마이크로디스플레이 핵심 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.

마이크로디스플레이란 매우 작은 크기의 고해상도 디스플레이를 의미하며, 일반적으로 크기가 1인치 이하인 디스플레이 패널이다. 픽셀 간섭(pixel crosstalk)이란 고해상도 디스플레이에서 인접한 픽셀 사이에 전기적 혹은 광학적 신호 중첩이 발생해 색순도 및 색영역이 감소하는 현상을 뜻한다.

가상현실(VR), 증강현실(AR) 및 혼합현실(MR) 등 확장현실 기술을 활용한 실감형 콘텐츠에 대한 수요가 증가함에 따라, 실제와 같은 시각 정보를 제공하여 즉각적인 몰입감을 전달할 수 있는 OLED 마이크로디스플레이 개발이 필요해지고 있다.

하지만 해상도가 증가함에 따라 픽셀 간 거리가 수 마이크로미터 수준으로 근접하게 되어, 전기적 신호 간섭이 발생하고 이로 인해 색영역과 색순도가 감소하는 문제가 발생했다.

이를 해결하기 위해서는 픽셀 간 공유된 정공전달층을 미세하게 패턴해 인접 픽셀로 흐르는 누설전류를 차단하는 것이 중요하다. 그러나 현재 정공전달층으로 널리 사용되는 저분자 유기반도체는 고밀도 픽셀 구현에서 해결되지 않은 난제였다.

정공전달층이란 양극에서 정공을 발광층으로 전달하는 기능층이며, 누설전류란 발광 픽셀에 주입된 전하가 인접한 비활성 픽셀로 의도치 않게 이동해 발생한 전류를 뜻한다.

이에 연구팀은 1만 ppi 이상의 초미세패턴이 가능한 유기반도체 정공전달소재를 개발해, 고밀도 픽셀 환경에서도 신호 간섭 없이 고해상도 OLED 소자를 성공적으로 구현했다. ppi(pixel per inch)란 해상도의 밀도를 나타내는 단위로, 1인치당 표시되는 개별 픽셀 수다.

연구진은 실리콘(Si) 반도체의 비등방성 식각 기반 포토리소그래피 공정을 활용해, 실리콘(silicone) 분자를 도입한 가교형 정공전달층을 대면적 웨이퍼(6인치)에서도 마이크로미터 수준의 정밀한 초고해상도 픽셀을 구현할 수 있는 기술을 개발했다.

비등방성 식각이란 특정방향(주로 수직)으로만 식각이 일어나며 정밀한 미세패턴 구현에 유리하다. 포토리소그래피란 빛을 이용해 반도체 소자, 디스플레이, 마이크로 시스템을 제작하는 정밀 패턴 공정 기술을 뜻한다.

나아가, 실리콘 분자의 도입을 통해 유기반도체 기반 정공전달층의 에너지 레벨과 정공 전달 속도를 제어함으로써 OLED의 발광효율을 향상시켰다.

김도환 교수는 “이번 연구 성과는 기존의 마이크로디스플레이 소재 및 패턴 공정으로 해결할 수 없었던 픽셀 간섭 현상을 획기적으로 개선한 점에서 큰 의의가 있다”라며, "이를 통해 초실감 확장현실 구축을 위한 고해상도 마이크로디스플레이의 응용 가능성을 확장하고, 가속화에 기여할 것으로 기대된다"고 밝혔다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업, 글로벌 선도연구센터, STEAM 연구사업의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 국제학술지 ‘네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)’에 1월 27일 온라인 게재됐다.

전여송 로이슈(lawissue) 기자 arrive71@lawissue.co.kr