【뉴스퀘스트=김보민 기자】 디지털 기기를 가로·세로로 접는 것을 넘어, 종이접기하듯 자유자재로 구길 수 있는 시대가 온다.

27일 기초과학연구원(IBS) 나노입자 연구단 김대형 부연구단장과 현택환 단장 공동연구팀은 종이처럼 접을 수 있는 3차원 폴더블 양자점발광다이오드(QLED) 개발에 성공했다고 밝혔다.

QLED는 초미세 반도체 나노입자인 양자점을 발광물질로 하는 디스플레이로, 기존 액정디스플레이(LCD)와 달리 백라이트 등 별도의 장치가 필요 없어 두께가 얇다.

연구팀은 지난 2015년 머리카락 두께의 약 30분의 1 수준인 3마이크로미터(μm) 두께의 초박형 QLED를 개발해 웨어러블 디스플레이 형태로 제작했다.

이번 연구에서는 원하는 형태로 접고 구길 수 있는 초박형 QLED가 개발돼 눈길을 끈다.

연구팀은 64개의 픽셀로 구성된 3차원 QLED를 통해 디스플레이를 나비와 비행기, 파라미드 등 원하는 모양으로 구현할 수 있게 됐다고 설명했다.

3차원 QLED를 개발하기 위해 '선택적 레이저 식각 공정'도 새롭게 개발했다. 이산화탄소 레이저를 활용해 QLED 표면에 증착된 에폭시 박막을 부분적으로 조각하는 방식이다.

통상적으로 식각된 부분은 상대적으로 얇은 두께를 가지고 있어 외부에서 힘이 가해졌을 때 쉽게 변형이 일어난다. 종이접기에서 '접힌 선'이 만들어지는 것과 같은 원리다.

3차원 QLED는 에폭시 박막 사이에 은·알루미늄 합금으로 만들어진 얇은 식각 방지층이 있어 레이저로 인한 내부 손상을 막을 수 있다.

연구팀은 이 공정을 활용해 폴더블 QLED의 곡률 반경을 정밀하게 조절했고, 50μm 미만의 작은 곡률 반경을 가진 폴더블 QLED를 제작해냈다고 말했다.

곡률 반경은 휘어진 곡선을 이루는 원의 반지름을 뜻하는 말로, 곡률 반경이 작을수록 날카롭게 접히는 디스플레이 모양을 구현할 수 있다.

연구팀은 500번 이상 반복적인 접힘에도 모서리 부분을 포함한 모든 발광면이 안정적으로 구동했다고 밝혔다. 여러 차례 디스플레이를 접어도 이상이 없다는 설명이다.

최근 디지털 기기가 사용자 맞춤형으로 제작되고 있고 소형 디스플레이에 대한 수요가 높아지고 있는 만큼, 이번 연구 결과가 차세대 기기에 적용될 수 있을지 주목된다.

현재 상용화된 폴더블 디스플레이는 삼성전자의 폴더블 스마트폰 '갤럭시 Z플립'과 '갤럭시 Z폴드' 시리즈 등으로, 모두 위·아래 혹은 양옆으로 한 번만 접을 수 있는 게 특징이다.

지금도 사용 목적에 따라 디스플레이를 접었다 펼칠 수 있지만, 3차원 QLED가 적용된 디지털 기기는 이용자 개인의 목적에 따라 쓰임새가 다각화될 수 있을 것으로 보인다.

현택환 단장은 "(이번 연구는) 사용자 맞춤형 디스플레이 제작 가능성을 열었다는 데 의미가 크다"라며 "전자 종이·신문, 태블릿 등을 비롯한 사용자 맞춤형 소형 디스플레이를 필요로 하는 곳에서 유용하게 사용될 것"이라고 내다봤다.

김대형 부연구단장은 "이번 연구에서 제작한 64개의 셀로 이뤄진 디스플레이를 넘어 향후에는 더 복잡한 폼펙터를 가진 QLED 디스플레이를 제작할 수 있을 것"이라고 전망했다.