[한국대학신문 정수정 기자] 경북대학교(총장 홍원화) 도윤선 전자공학부 교수팀이 조관현 한국생산기술연구원 박사팀과 공동연구로 새로운 이중 마이크로캐비티 구조를 적용해 디스플레이의 설계와 제작과정을 간소화하고, 동시에 색 재현율을 높인 전계발광 소자 고도화 기술을 개발했다.

마이크로캐비티 구조는 빛의 공진 현상을 이용해 전계발광(전기장을 가하면 빛을 내는 현상) 소자의 스펙트럼 특성을 제어하는 기술로, OLED 등 고효율·고색 순도의 초고화질 디스플레이 구현 기술에 활용되고 있다.

화소(pixel)는 적·녹·청 색을 내는 3개의 보조 화소(sub pixel)로 구성된다. 기존 마이크로캐비티 기반의 전계발광 소자는 색상에 맞는 광학 공진 효과를 얻기 위해 적·녹·청 보조 화소마다 다른 두께를 형성한다. 이러한 두께 차이로 인해 화소 패터닝 공정 과정을 여러 차례 거쳐야 하는 단점이 있다.

공동연구팀은 기존 마이크로캐비티 OLED 위에 제2의 마이크로캐비티 구조를 도입해 이중 구조를 만들어 패터닝 과정을 최소화하는 새로운 전계발광 소자 기술을 개발했다. 제2의 마이크로캐비티 층의 적·녹·청 3색 파장 영역에서 동시에 공진 효과를 일으키고 기존 마이크로캐비티 구조 대비 좁은 스펙트럼 폭을 만들었다. 이로 인해 모든 보조 화소가 동일한 두께의 광학 구조로 구성되며, 기존 마이크로캐비티 OLED 대비 패터닝 공정 단계를 간소화하고 광의 세기와 색 순도를 향상시켰다.

이와 함께 이중 마이크로캐비티 OLED는 하부 OLED층에서 전계발광의 전기적 기능을 설계하고, 상부 제2의 마이크로캐비티 층에서 스펙트럼 특성을 원하는 방향으로 제어할 수 있다. 즉 전기적, 광학적 기능 분리가 가능해 설계 난이도를 낮출 수 있고, 이런 특성은 White OLED에서 색 순도를 높이기 위한 용도로 적용 가능하다.

공동연구팀은 이중 마이크로캐비티 OLED는 옥외용 디스플레이에 적용 가능한 수준의 높은 휘도(화면 밝기)를 보여주고, 차세대 발광물질을 적용하면 BT.2020기준의 색 영역까지 확장할 수 있다고 설명했다.

도윤선 교수는 “이번 연구 성과는 QLED, micro-LED, OLEDoS, LEDoS 등 다양한 전계발광 소자에 활용 가능하며, 초실감형 고해상도 마이크로 디스플레이와 차량용 디스플레이 기술 발전에 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

이번 연구 제1저자는 김준용 경북대 대학원 전자전기공학부 박사과정생, 공동저자는 이상윤 한국생산기술연구원 석박통합과정생이다. 도윤선 교수와 조관현 박사는 교신저자로 참여했다.

연구 결과는 국제학술지인 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈’(Advanced Functional Materials)에 작년 12월 22일자 전면표지 논문으로 발표됐다. 공동연구팀은 관련 기술에 대해 국내 특허 3편과 해외 특허 2편을 보유하고 있다.

이 연구는 산업통상자원부 초대형 마이크로LED 모듈러 디스플레이와 산업기술 알키미스트 프로젝트, 한국연구재단 지역대학우수과학자지원사업 지원으로 수행됐다.