서강대학교(총장 심종혁) 화공생명공학과 강문성 교수, 연세대학교 조정호 교수, 한양대학교 김도환 교수로 구성된 공동 연구팀이 고밀도 픽셀 환경에서도 신호 간섭 없이 선명한 화질을 구현할 수 있는 초고해상도 OLED 마이크로디스플레이 핵심 기술을 1월 27일 ‘네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)’온라인에 게재하였다.

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 패턴하여 인접 픽셀로 흐르는 누설전류를 차단하는 것이 중요하다. 그러나 현재 정공전달층으로 널리 사용되는 저분자 유기반도체는 고밀도 픽셀 구현에서 해결되지 않은 난제였다.

이에 연구팀은 10,000 ppi 이상의 초미세패턴이 가능한 유기반도체 정공전달소재를 개발하여, 고밀도 픽셀 환경에서도 신호 간섭 없이 고해상도 OLED 소자를 성공적으로 구현했다. 연구진은 실리콘(Si) 반도체의 비등방성 식각 기반 포토리소그래피 공정을 활용하여, 실리콘(silicone) 분자를 도입한 가교형 정공전달층을 대면적 웨이퍼(6인치)에서도 마이크로미터 수준의 정밀한 초고해상도 픽셀을 구현할 수 있는 기술을 개발했다. 이 기술을 바탕으로 고해상도 OLED 픽셀 어레이에서 전기적 신호 간섭으로 인한 근접 픽셀 발광현상이 억제됨을 증명하였다. 더 나아가, 실리콘 분자의 도입을 통해 유기반도체 기반 정공전달층의 에너지 레벨과 정공 전달 속도를 제어함으로써 OLED의 발광효율을 향상시킬 수 있었다.

이번 연구 성과는 기존의 마이크로디스플레이 소재 및 패턴 공정으로 해결할 수 없었던 픽셀 간섭 현상을 획기적으로 개선한 점에서 큰 의의가 있으며 이를 통해 초실감 확장현실 구축을 위한 고해상도 마이크로디스플레이의 응용 가능성을 확장하고, 가속화에 기여할 수 있을 것으로 기대된다.

이번연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업, 글로벌 선도연구센터, STEAM 연구사업, 나노 및 소재기술개발 사업의 지원으로 수행되었다.

▶논문명:Microlithography of hole transport layers for high-resolution organic light-emitting diodes with reduced electrical crosstalk

▶저널명:Nature Electronics

▶DOI: https://doi.org/10.1038/s41928-024-01327-5