페로브스카이트 사용으로 새로운 '나노-PeLED' 픽셀 구현.
연구진들은 바이러스 크기만 한, 약 90nm 크기의 픽셀을 개발하는 데 성공했다. 저장대학교가 공유한 블로그 게시물에 따르면, '세계에서 가장 작은 LED'로 불리는 이 새로운 '나노-PeLED' 픽셀은 충분히 조밀하게 배열하여 무려 127,000 PPI에 달하는 놀라운 디스플레이를 구현할 수 있다. 현재 마이크로-LED 기술은 고성능 AR/VR 애플리케이션에 필수적인 10µm(90nm보다 약 111배 큰 수치) 이하의 초미세 픽셀 크기에서 효율성 문제가 발생한다.
이러한 혁신은 중국의 저장대학교와 영국의 케임브리지 대학교 출신 물리학자, 엔지니어, 광학 전문가들의 협력으로 이루어졌으며, 페로브스카이트(perovskite) 소재를 기반으로 하는 것으로 알려졌다. 독자들에게는 태양광 패널에 광범위하게 사용되어 익숙할 수 있는 이 페로브스카이트는, 이번 나노-PeLED의 제작에 핵심적인 역할을 한다.
저장대학교 연구진들은 새로운 마이크로/나노 페로브스카이트 LED(micro/nano-PeLEDs)가 초소형 픽셀 구현의 '궁극적인 기술'이 될 수 있다고 강조한다. 나노-PeLED는 다음과 같은 여러 긍정적인 측면을 갖추어 기술 도입을 가속화할 것으로 기대된다. 첫째, 기존 기술 기반 LED 대비 제작 비용 절감이 가능하며, 둘째, 페로브스카이트 기술 자체가 높은 효율성을 제공한다는 점, 셋째, 이를 가능하게 하는 극도로 작은 크기 자체가 기술적 우위를 제공한다.
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저장대학교의 자오 바오단(Zhao Baodan) 교수는 "현재 디스플레이 응용 분야에서 가장 진보된 기술은 III-V 반도체를 기반으로 하는 마이크로-LED입니다"라고 언급했다. 바오단 교수는 마이크로-LED가 최첨단 증강 현실(AR) 및 가상 현실(VR) 애플리케이션에서 주목받았다고 설명했다. 그러나 이러한 응용 분야에서는 여전히 '작을수록 좋다'는 원칙이 적용되며, 초고해상도 고성능 AR/VR을 위해서는 10 마이크로미터보다 작은 픽셀 크기가 필수적이다. 바로 이 지점에서, 픽셀 크기가 그 임계값 이하로 떨어질 경우 "마이크로-LED의 효율성이 급격히 저하"되기 때문에 나노-PeLED가 대안으로 떠오른다.
연구진들은 이러한 마이크로 스케일 페로브스카이트 LED의 제작 방법론에 대해서도 깊은 통찰을 제공했다. Nature에 게재된 논문의 저자 중 한 명인 롄 야샤오(Lian Yaxiao)는 "기존 포토리소그래피 공정으로는 페로브스카이트 층을 직접 패턴화하기 어렵습니다. 소재 손상을 막기 위해, 다른 기능성 층을 패턴화하는 방식으로 진행해야 합니다"라고 설명했다. 이 기술에 대해 더 자세히 알고 싶다면 해당 링크를 참고하는 것을 추천한다.
마지막으로, 이러한 획기적인 기술의 상용화 문제가 남아있다. 과학자들은 이미 얇은막 트랜지스터(TFT) 기술을 상용화하는 항저우 기반 기술 회사인 LinkZill과 협력하여, 새로운 디스플레이 구동을 위한 프로그래밍 가능한 회로 제작에 착수했다. 이들은 또한 "TFT 백플레인 구동 방식이며, 복잡한 이미지 및 비디오 클립 표시가 가능한" 프로토타입 액티브 매트릭스 마이크로-PeLED 디스플레이를 확보한 상태다.