초고해상도 대면적 양자점 패턴화 기술 개발

초고해상도 대면적 양자점 패턴화 기술 개발

- 양자점의 물리적 특성 변화 최소화로 미래형 디스플레이 구현 가능성 실마리 -

□ 차세대 디스플레이의 핵심 소재인 양자점*을 상용화된 반도체 제조공정에 활용하여, 양자점의 물리적 특성 변화 없이 초고해상도로 패턴화하는 기술이 국내 연구진에 의해 개발되었다.

* 양자점 : 나노미터 크기의 반도체 나노 입자로서, 빼어난 색 순도와 높은 효율을 지니는 미래형 디스플레이 핵심 소재

□ 한국연구재단(이사장 이광복)은 배완기 교수(성균관대학교), 강문성 교수(서강대학교), 강찬모 박사(한국전자통신연구원) 공동 연구팀이 미래형 디스플레이 구현을 위한 핵심기술로 여겨지는 초고해상도 양자점 패턴화 기술을 개발했다고 밝혔다.

□ 양자점은 빼어난 색 재현율과 높은 광효율을 가지고 있으며 용액 공정*이 가능하다는 특성으로 가상현실 또는 증강현실 디스플레이와 같은 초고해상도 차세대 디스플레이 구현을 위한 핵심 발광 소재로써 주목받고 있다.

* 용액 공정 : 사용 재료를 유기용매 등을 이용해 액체화하여 기판 위에 도포하는 방식

○ 특히 최근에는 양자점 디스플레이를 만들기 위해 적･녹･청색의 양자점들을 일정한 순서로 배열하는 패턴화 공정 연구가 활발해지고 있다.

○ 그러나 양자점의 고유한 전기적･광학적 특성을 유지하면서 패턴화하는 기술은 여전히 차세대 양자점 디스플레이 구현에 가장 어려운 과제로 남아있다.

□ 이에 연구팀은 기존 양자점 표면의 분산 리간드에 광가교 리간드*를 도입하여 별도의 감광제** 및 가교제 등의 첨가물 없이 양자점만으로 패턴화가 가능한 이중 리간드 양자점 소재 기술을 제시하였다.

* 리간드 : 양자점 표면에 함유한 유기물을 리간드라고 하며, 리간드의 구조에 따라 양자점의 분산 특성을 달리할 수 있음 (분산 리간드). 연구팀은 리간드 말단에 광감응 작용기를 도입하여 양자점들이 화학적 결합을 형성할 수 있도록 함 (광가교 리간드).

** 감광제 : 빛을 흡수하여 다른 분자에서 화학적 또는 물리적 변화가 일어나게 하는 물질

○ 광가교 리간드가 도입된 양자점 박막에 자외선을 조사하면 이웃한 양자점의 리간드 간 가교가 일어나며, 양자점 박막은 회로 패턴 형성 공정에 사용되는 용매에 대하여 구조적 저항성을 가지게 된다.

* 용매 : 용액을 만들 때 용질(溶質)을 녹이는 액체

○ 따라서 자외선이 조사되지 않아 구조적 저항성이 없는 부분의 양자점을 분산 용매로 제거하면 간단한 공정을 통해 패턴화된 양자점 박막을 얻을 수 있다.

○ 이러한 패턴화 공정은 별도의 첨가물이 없기에 양자점 박막의 광학적 특성은 물론 전기적 특성까지 전혀 저해하지 않아 기존 포토리소그래피* 및 잉크젯 프린팅** 등 모든 용액 공정에 적용 가능함을 규명하였다.

* 포토리소그래피 : 파장이 짧은 빛을 마스크에 통과시켜 기판 위에 회로를 새기는 공정

** 잉크젯 프린팅 : 액체 상태의 발광 소재를 노즐을 통해 미세하게 분사하여 기판 위에 일정한 막을 형성하는 방법

□ 이뿐만 아니라, 3,000ppi 이상의 고해상도 패턴화 기술을 요구하는 가상/증강현실 디스플레이 등 실질적인 차세대 디스플레이에 적용 가능한 기반을 마련하였다.

□ 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 전하였으며, 강문성 교수는 “가상, 증강현실 등의 고해상도 디스플레이 및 초고해상도 광검출기 등의 상용화에 이바지할 수 있을 것”이라고 기대를 덧붙였다.

□ 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 나노·소재기술개발사업 등의 지원으로 수행된 이번 연구의 성과는 나노 과학･기술 분야 국제학술지‘네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology)’에 8월 11일 온라인 게재되었다.