고해상도 디스플레이 핵심 기술, 한국이 개발
고해상도 디스플레이 핵심 기술, 한국이 개발
  • 함예솔
  • 승인 2022.08.28 17:20
  • 조회수 2200
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이중 리간드 양자점으로 구현한 양자점 패턴 및 전계발광소자. 출처: 한국연구재단

성균관대 배완기 교수, 서강대 강문성 교수, 한국전자통신연구원 강찬모 박사 공동 연구팀이 미래형 디스플레이 구현을 위한 핵심기술인 초고해상도 양자점 패턴화 기술을 개발했습니다.

양자점이란 색 재현율이 뛰어나고 광효율이 높은 핵심 발광 소재입니다. 용액 공정, 즉 사용 재료를 유기 용매 등을 이용해 액체로 만들어 기판 위에 도포하는 방식으로 제작 가능합니다. 덕분에 가상현실 또는 증강현실 디스플레이와 같은 초고해상도 차세대 디스플레이 구현에 요긴하게 쓰입니다.

특히 최근에는 양자점 디스플레이를 만들기 위해 적・녹・청색의 양자점들을 일정한 순서로 배열하는 패턴화 공정 연구가 활발한데요. 양자점의 고유한 전기적・광학적 특성을 유지하면서 패턴화까지 나아가는 기술은 여전히 차세대 양자점 디스플레이 구현에 가장 어려운 과제입니다.

 

광가교 리간드 도입으로 실마리 찾아

이에 연구팀은 기존 양자점 표면의 분산 리간드에 광가교 리간드를 도입했습니다. 양자점 표면에 함유한 유기물을 리간드라고 합니다. 리간드의 구조에 따라 양자점의 분산 특성을 달리할 수 있습니다. 이건 분산 리간드죠. 연구팀은 리간드 말단에 광감응 작용기를 도입하여 양자점들이 화학적 결합을 형성할 수 있도록 광가교 리간드를 도입했습니다.

이를 통해 별도의 감광제, 즉 빛을 흡수하여 다른 분자에서 화학적 또는 물리적 변화가 일어나게 하는 물질 없이도 양자점만으로 패턴화가 가능한 이중 리간드 양자점 소재 기술을 제시했습니다.

이중 리간드 양자점 구조와 광가교 반응의 모식도.
이중 리간드 양자점 구조와 광가교 반응의 모식도. 출처: 한국연구재단

광가교 리간드가 도입된 양자점 박막에 자외선을 조사하면 이웃한 양자점의 리간드 간 가교가 일어나며, 양자점 박막은 회로 패턴 형성 공정에 사용되는 용매에 대하여 구조적 저항성을 갖게 됩니다. 따라서 자외선이 조사되지 않아 구조적 저항성이 없는 부분의 양자점을 분산 용매로 제거하면 간단한 공정을 통해 패턴화된 양자점 박막을 얻을 수 있습니다.

이러한 패턴화 공정은 별도의 첨가물이 없기에 양자점 박막의 광학적 특성은 물론 전기적 특성까지 전혀 저해하지 않습니다. 덕분에 기존 포토리소그래피 및 잉크젯 프린팅 등 모든 용액 공정에 적용할 수 있습니다. 여기서 포토리소그래피란 파장이 짧은 빛을 마스크에 통과시켜 기판 위에 회로를 새기는 공정을 가리킵니다.

 

고해상도 디스플레이에 날개를 달다. 출처: Adobe stock
고해상도 디스플레이에 날개를 달다. 출처: Adobe stock

고해상도 디스플레이에 날개 단다

뿐만 아니라, 3,000ppi 이상의 고해상도 패턴화 기술을 요구하는 가상*증강현실 디스플레이 등 실질적인 차세대 디스플레이에 적용 가능한 기반을 마련했습니다. 배완기 교수는 "연구팀이 제시한 초고해상도 비파괴 패턴화 기술은 광정보를 표현하는 디스플레이나 양자 광원, 그리고 광신호를 전기신호로 바꾸어주는 광검출기 등 양자점을 이용한 모든 응용 분야에서의 활용 가능성을 증명한 것"이라고 말했습니다. 강문성 교수는 "가상, 증강현실 등의 고해상도 디스플레이 및 초고해상도 광검출기 등의 상용화에 이바지할 수 있을 것"이라고 전망했습니다.

이번 연구의 성과는 나노 과학・기술 분야 국제학술지 '네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)'에 8월 11일 게재됐습니다.

출처: Direct patterning of colloidal quantum dots with adaptable dual-ligand surface


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