최근 고성능 디스플레이 제품에 대한 수요가 꾸준히 증가하고 있다. 이에 따라 보다 고화질의 영상을 구현할 수 있으면서도 전력소모를 최대한 줄일 수 있는 디스플레이 기술을 개발하려고 많은 연구가 이뤄지고 있다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 이러한 디스플레이 제품에 사용되는 ‘유기 나노 렌즈’ 제작 기술 개발에 성공했다고 6일 밝혔다. ETRI에 따르면 이 유기 나노 렌즈는 저전력으로 고명함비 패널을 구현할 수 있고, 대량 생산이 용이하다는 장점이 있다.

OLED 디스플레이 제품이 고해상화 될수록, 점점 더 작은 크기의 렌즈가 요구 된다. 현재 그 수준은 수십 마이크로미터에 이르고 있다. 하지만 픽셀과 비슷한 크기인 마이크로렌즈를 적용하는 경우 화질 저하가 나타나는 단점이 있다. 반면 상대적으로 크기가 작은 나노렌즈는 마이크로 렌즈보다 뛰어난 화질과 안정적인 색을 구현할 수 있다.

ETRI가 개발한 기술을 사용하면 렌즈 크기를 수십 나노미터부터 수백 나노미터까지 자유자재로 조절할 수 있다. 덕분에 OLED 픽셀보다 훨씬 작은 크기로 유기 나노 렌즈를 제조할 수 있어 이미지의 왜곡을 줄일 수 있다. 나아가 시야각에 따른 화질변화를 낮추고 전력소비도 줄일 수 있다.

기존 마이크로렌즈 기술은 주로 액체를 활용하는 ‘웻(Wet) 공정’으로 이뤄져 산업체 적용이 어려웠다. 이에 반해 ETRI 연구진은 물기가 없는 드라이 공정 중 하나인 ‘진공 증착’ 공정을 사용했다. 덕분에 마스크, 열처리, 패터닝과 같은 추가 공정이 필요 없어 제작 비용을 줄이고, 저온에서도 쉽게 제작이 가능하게 됐다. 기존 공정 과정에 변화를 줄 필요 없이 그대로 적용할 수 있어 호환성 역시 뛰어나다는 설명이다.

ETRI 연구진은 서울대 김장주 교수와의 협력으로 상부발광형 OLED 소자 실험을 통해 유기나노렌즈의 성능을 확인했다. 그 결과 적녹청(RGB) 모든 색상에 화질저하 없이 광추출효율이 동일하게 약 1.5배 증가했음을 밝혔다. 시야각 특성도 향상되는 것을 확인했다.

조남성 ETRI 유연소자연구그룹 그룹장은 “최근 디스플레이 시장에서 중국과 일본의 추격이 거세지고 있다”라며 “이번 연구가 OLED 디스플레이 기술 및 가격 차별화에 큰 기여를 할 것으로 기대된다”고 말했다.

ETRI에 따르면 이번 기술은 반도체 및 디스플레이 관련 장비를 생산하는 국내 중견업체 ‘주성엔지니어링’에 기술이전 됐다. ETRI 연구진은 이번 연구 결과에 주성엔지니어링이 보유한 기술력을 더해 효율적인 산업화가 진행될 수 있도록 하겠다는 계획이다.

한편 이번 연구는 ETRI 주요 사업인 ‘초저가 플렉서블 라이팅 서피스(Lighting Surface) 기술 개발’과 산업통상자원부 한국산업기술평가관리원(KEIT)의 ‘에너지 절감을 위한 외광효율이 최대 100% 향상된 OLED용 광추출 기초 원천기술 개발’과제의 결과물이다. 또한 영국 화학회에서 발행하는 ‘Nanoscale Nanoscale’과, 미국 화학회에서 발행하는 ‘ACS Applied Materials & Interfaces’에 게재됐다.

[테크M = 곽예하 기자(yeha1798@techm.kr)]