영화속 '팔뚝 디스플레이' 현실로…'늘어나는 光반도체' 나왔다

시간이 화폐가 된 미래사회 이야기를 담은 SF(공상과학)영화 '인 타임(2011년)'. 모든 인간이 25세가 되면 노화를 멈추고 팔뚝에 새겨진 '카운트 보디 시계'에 1년 유예시간을 제공받는다. 이 시간으로 사람들은 음식을 사고 대중교통을 이용하고 집세를 낸다. 영화 속에서 가장 눈길을 끈 장면은 팔뚝 피부와 하나가 된 디스플레이다. 이를 현실에서 구현할 기술이 최근 개발됐다.

울산과학기술원(UNIST) 신소재공학과 최문기 교수는 오는 16일 서울 코엑스A홀 컨퍼런스C에서 열리는 4대 과학기술원 공동 '2024 테크마켓'에서 '양자점(퀀텀닷) 디스플레이' 기술을 소개한다.
양자점은 수백 수천 개 원자로 이뤄진 나노미터(10억분의 1m) 단위의 작은 반도체 결정체로 스스로 강한 빛을 낸다. 양자점 디스플레이는 이미 QLED(양자점발광다이오드) TV를 만드는 데 쓰인다. 문제는 대면적인 TV에서 쓰던 이 기술을 VR·AR(가상증강현실) 헤드마운트디스플레이(HMD)와 같이 작은 디스플레이에 쓰기엔 초고해상도와 발광 효율을 동시에 구현하기가 어렵다는 점이다.


최문기 교수는 "도장처럼 양자점 잉크를 찍어 기판에 옮기는 건식 전사 패터닝은 초고해상도 픽셀 구현은 가능하지만 발광효율이 5%에 미치지 않는 한계가 있다"고 했다.

최문기 UNIST 신소재공학과 교수가 연구성과를 설명하고 있다/사진=UNIST

최 교수는 이 문제를 스탬프 압력으로 풀었다. 그에 따르면 건식 전사 패터닝은 공정 중 스탬프(도장)로 잉크 박막에 압력을 가하는데 이 압력에 의해 양자점과 함께 전류를 전달하는 나노입자가 빽빽하게 모인다. 연구진은 스탬프 압력을 높여 나노입자층과 양자점 발광층을 한번에 옮겨 입자 밀도를 높이고, 불순물인 내부 기공을 없애는 식으로 전류를 쉽게 흐를 수 있도록 해 발광효율을 개선했다.

이런 새로운 공정을 통해 만든 양자점 발광소자는 최대 23.3%의 외부양자효율(EQE)을 보였다. 외부양자효율은 전류를 흘려 넣어준 전자가 빛을 내는 광자로 변환되는 효율을 말한다. 23.3%는 최대 이론 효율과 유사한 수준이다.


연구진은 이 방식을 활용해 머리카락 두께의 40분의 1 수준인 2.6㎛(마이크로미터·1㎛는 100만분의 1m) 두께의 초박막 QLED 소자도 제작했다. 해상도는 2만526PPI(인치당 픽셀수) 수준으로 애플 비전프로 해상도의 6배에 달한다는 설명이다. 특히 구부려도 되는 신축성을 지녀 곡면 등에 부착할 수도 있다. 영화 '인 타임'의 카운트 보디 시계처럼 신체에도 부착할 수 있는 디스플레이 구현이 가능한 것이다.

이중층 건식 전사 패터닝 기술로 제작한 고해상도 다색 패턴과 대면적 패턴의 모습/사진=UNIST

최 교수는 "이번에 개발한 기술은 피부처럼 늘어나 전자타투와 같은 형태로 신체 부착이 가능해 '신체 부착형 웨어러블(착용형) 기기'로도 개발할 수 있을 것"이라며 "추후 바이오 분야와 결합해 당 수치나 혈압이 얼마인지를 피부에 부착된 디스플레이를 통해 확인하는 날이 올 것"이라고 말했다.

해당 기술은 자동차 업계에서도 러브콜이 쇄도하고 있다. 최근 자동차의 경우 헤드라이트와 같은 조명을 어떻게 디자인하느냐가 판매량에 큰 영향을 미치는 데, 양자점 디스플레이의 경우 구부려 곡면 형태로 만들 수 있고 밝기를 나타내는 휘도도 어떤 디스플레이보다 뛰어나 지금보다 더 독특하고 다양한 디자인을 구사할 수 있다는 게 최 교수의 설명이다.

그는 "학술대회에서 연구결과를 보고 해외기업들이 협력하자는 연락을 많이 해오지만 우리나라가 디스플레이 선두주자인 만큼 국내 기업들과 협업하고 싶다"며 "이번 테크마켓에서 만난 기업들과 연구결과를 계속 발전시켜 나갈 것"이라고 말했다.

최문기 UNIST 신소재공학과 교수가 연구성과를 설명하고 있다/사진=UNIST

한편, 2024 테크마켓은 머니투데이 스타트업 미디어 플랫폼 '유니콘팩토리'가 내달 16일 서울 삼성동 코엑스 A홀에서 개막하는 '그린비즈니스위크 2024(GBW 2024)'의 특별 부대행사로 마련했다. 과학기술정보통신부와 카이스트, 대구경북과학기술원(DGIST), 울산과학기술원(UNIST), 광주과학기술원(GIST) 등 4대 과기원이 공동으로 개최하는 이번 행사는 우수 R&D(연구개발) 성과를 국내 대·중견·중소기업, 스타트업에 소개·이전해 기존 제품·서비스를 고도화하고 글로벌 경쟁력을 강화할 것으로 보인다.


특히 이번 행사는 기존 과기원별 단독 설명회와 달리 과기원 4곳이 한데 모여 준비하는 통합형으로 치뤄지는 데다 한국과학기술정보연구원(KISTI)의 AI(인공지능) 기반 공공 R&D 기술사업화 유망성 탐색 플랫폼 '아폴로'(Apollo)를 통해 선정된 기술과 궁합이 맞는 기업을 매칭, 기술이전 및 사업화 성공률을 더 높였다는 점에서 주목을 받는다. 아폴로는 기업들이 필요로 하는 기술이 무엇인지 진성 수요를 파악하고, 선정된 기술에 관심을 가질만한 수요기업을 예측해 알려준다. 또 해당 기술로 개발한 제품·서비스 관련 시장 규모와 경쟁사 분석 정보도 제공한다.

행사장엔 4대 과기원 공동상담부스가 설치돼 핵심기술 8건에 대한 일대일 현장상담이 이뤄질 예정이다. 뿐만 아니라 바이오, 이차전지, 디스플레이 등 국가 12대 전략기술과 탄소 중립 관련 기술에 관심있는 기업들에 대한 R&D 사업 자문도 지원한다.

[머니투데이 스타트업 미디어 플랫폼 '유니콘팩토리']