초고해상도 대면적 양자점 패턴화 기술 개발

- 양자점의 물리적 특성 변화 최소화로 미래형 디스플레이 구현 가능성 실마리

한국연구재단(이사장 이광복)은 배완기 성균관대학교 교수, 강문성 서강대학교 교수, 강찬모 한국전자통신연구원 박사 공동 연구팀이 미래형 디스플레이 구현을 위한 핵심기술로 여겨지는 초고해상도 양자점1) 패턴화 기술을 개발했다고 8월 26일 밝혔다.
  양자점은 빼어난 색 재현율과 높은 광효율을 가지고 있으며 용액 공정2)이 가능하다는 특성으로 가상현실 또는 증강현실 디스플레이와 같은 초고해상도 차세대 디스플레이 구현을 위한 핵심 발광 소재로써 주목받고 있다. 특히 최근에는 양자점 디스플레이를 만들기 위해 적녹청색의 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.
  연구팀은 기존 양자점 표면의 분산 리간드에 광가교 리간드3)를 도입하여 별도의 감광제4) 및 가교제 등의 첨가물 없이 양자점만으로 패턴화가 가능한 이중 리간드 양자점 소재 기술을 제시하였다. 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.
  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 포토리소그래피5) 및 잉크젯 프린팅6) 등 모든 용액 공정에 적용 가능함을 규명하였다. 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 전했다.
  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 과학기술 분야 국제학술지 ‘Nature Nanotechnology’에 8월 11일 온라인 게재됐다.

<그림 1> 이중 리간드 양자점 구조 및 광가교 반응의 모식도.
이중 리간드 양자점은 양자점 표면에 소량의 광가교 리간드를 도입하여 양자점 고유의 분산 특성에는 영향을 주지 않으면서 별도의 첨가물 없이 양자점만으로 패턴화할 수 있는 소재임 (그림 1a). 이중 리간드 양자점의 광가교 리간드는 자외선 조사 하에 이웃한 리간드 사이에 공유결합을 형성하여 가교된 양자점 박막을 형성함 (그림 1b). (제공: 성균관대학교 함동효 박사후연구원)

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