메타버스 시대의 도래와 더불어 다양한 형태의 디스플레이 기술들에 대한 관심은 날로 높아져가고 있습니다. 특히 양자점, 페로브스카이트 등 색상 표현력이 뛰어난 차세대 발광체들은 기존의 디스플레이들이 표현하지 못하던 다양한 색상의 이미지들을 보다 생생하게 표현할 수 있어 많은 각광을 받고 있습니다. 현재 양자점의 대표적 상용화 성공사례로 꼽히는 삼성 QLED TV는 기저광원의 청색광을 양자점이 흡수하고 녹색과 적색으로 변환하는 광발광 (photoluminescence) 방식에 기반하고 있습니다. 이 같은 광발광 디스플레이는 양자점의 뛰어난 색상표현력을 전기적 제약 없이 활용할 수 있다는 이점이 있습니다. 하지만 청색광원의 빛을 충분히 흡수하기 위해서는 수 내지 십수 마이크로미터 이상의 두꺼운 양자점층을 도포해야한다는 광학적 한계가 존재합니다. 이는 수백 마이크로미터 크기의 픽셀을 쓰는 TV나 모니터 등에서는 문제가 되지 않지만, 안경형 디스플레이와 같은 미래의 초소형 (< 10 μm) 고해상도 발광 픽셀에 두꺼운 광발광층을 이용하는 경우 미세공정에 많은 제약이 생길 뿐 아니라 발광 효율의 저하, 픽셀 간의 광학적 간섭 등 다양한 문제들을 수반합니다.

우리의 연구는 청색광원의 빛을 색변환 광발광층으로 전달함에 있어서 기존의 광 흡수 방식 대신 나노스케일의 근거리에서 효과적으로 에너지를 전달할 수 있는 플라스몬 트랜스퍼 기술의 도입을 제안합니다. 비발광 모드에서 나타나는 플라스몬 트랜스퍼의 근거리 흡수 특성을 활용하면 나노미터 두께의 얇은 색변환층만 가지고도 청색광원의 에너지를 충분히 흡수하고 필터링할 수 있기 때문에, 광발광 디스플레이의 장점을 유지하면서도 기존 기술이 가지고 있던 공정상의 어려움과 광학적인 한계들을 극복할 수 있습니다. 즉, 고색순도 구현에 있어 전기적 제약이 없는 광발광 디스플레이의 장점과 나노박막층에 기반하여 해상도가 뛰어난 전계발광 양자점 LED의 장점을 합쳐 놓은 기술이라 할 수 있습니다.

나노미터 두께의 광발광 LED라는 새로운 형태의 디스플레이 구조를 구현하기 위해 우리는 플라스몬 트랜스퍼의 효율을 극대화할 수 있는 다양한 광학 설계 기술들과, 새로운 플랫폼에 최적화된 고색순도 색변환층 소재의 연구를 수행할 것입니다. 또한 플라스몬 트랜스퍼 현상에 대한 광물리적 이해와 더불어 나노스케일 광발광 디스플레이의 광학적 특성 및 장단점을 분석해 갈 것입니다. 이러한 연구의 수행을 통해 우리는 가시범위에 있는 풀컬러 색상들을 초소형 디스플레이에서 고해상도로 구현하고, 현실과 구분할 수 없는 수준의 생생한 메타버스 세계를 앞당길 수 있을 것으로 기대합니다.