독일 뷔르츠부르크대학교(University of Würzburg) 물리학자들이 세계에서 가장 작은 발광 픽셀 개발에 성공해 스마트 안경 등 웨어러블 기기용 초소형 디스플레이에 획기적인 발전을 가져왔다는 소식이 최근 보도됐다. 디지털 정보를 사용자의 시야에 직접 투사할 수 있는 핵심 미래 기술 중 하나인 스마트 안경의 개발은 디스플레이 부품의 부피 제한과 광학 성능 병목 현상으로 인해 제약을 받습니다. 이전에는 픽셀 크기를 하나의 파장으로만 줄이면 빛의 유효 방출 효율을 돌파하기 어려웠습니다.
뷔르츠부르크 대학 연구팀이 광학 안테나 기술을 사용해 지금까지 만들어진 가장 작은 발광 픽셀을 만들었습니다. 이 연구는 Jens Pflaum 교수와 Bert Hecht 교수가 주도했으며 Science Advances 저널에 게재되었습니다. 연구진은 금속 전극과 유기발광다이오드(OLED)를 결합해 불과 300나노×300나노미터 면적의 주황색광 픽셀을 밝히는 데 성공했으며 밝기는 기존 크기(5마이크론×5마이크론) OLED 픽셀과 맞먹는 수준이라고 밝혔다. 예를 들어, 1920×1080 해상도 디스플레이 화면 소재는 1평방 밀리미터의 영역에 완전히 통합될 수 있으며 안경테에 사용되어 디스플레이용 렌즈에 빛을 투사할 수 있습니다.
OLED 디스플레이의 핵심은 두 개의 전극 사이에 끼워진 여러 층의 초박형 유기 재료로 구성됩니다. 전기를 가하면 활성층에서 전자와 정공이 재결합하여 유기 분자를 여기시켜 에너지를 방출하여 광자를 형성합니다. 각 픽셀은 백라이트 없이 독립적으로 빛을 방출할 수 있어 가상 현실 및 증강 현실 장치 분야에서 더 깊은 검정색, 생생한 색상 및 향상된 에너지 효율성 관리를 휴대용 장치에 제공하는 데 도움이 됩니다.
연구진은 단순히 기존 OLED 픽셀을 축소하는 것만으로는 소형화의 기술적 병목 현상을 해결할 수 없다고 지적했습니다. 피뢰침 효과와 같이 매우 작은 크기에서 전류가 고르지 않게 분포되기 때문에 전류는 주로 안테나 모서리에 집중되어 광학 활성 물질에 금속 "필라멘트"가 형성되어 시간이 지남에 따라 쉽게 단락 오류가 발생할 수 있습니다.
연구팀이 개발한 새로운 구조는 광안테나 상단에 특수 절연층을 추가해 중앙에 직경 200나노미터의 개구부만 남겨둔다. 이러한 방식으로 모서리의 전류가 효과적으로 차폐되어 나노포토다이오드의 안정적이고 안정적인 작동을 보장하고 필라멘트 생성을 방지합니다. 실험에 따르면 첫 번째 나노픽셀 배치는 정상적인 조건에서 2주 동안 안정적으로 작동할 수 있는 것으로 나타났습니다.
다음 단계에서는 픽셀 발광 효율(현재 1%)을 향상시키고, RGB 전체 스펙트럼을 커버할 수 있도록 색 영역을 확장하며, 마이크로 디스플레이의 대규모 적용을 달성하기 위해 노력할 계획입니다. 이 신기술은 디스플레이와 프로젝션 장비를 극도로 작고 눈에 보이지 않게 만들며 안경, 콘택트 렌즈 등 다양한 웨어러블 장치에 통합될 것으로 예상됩니다.
/ScitechDaily에서 편집됨