KAIST, 유독물질 뺀 초고해상도 QLED 신기술 개발

(대전=뉴스1) 김태진 기자 = 국내 연구진이 유독물질을 뺀 초고해상도 QLED 신기술 개발에 성공했다.

이 기술은 기존 TV 대비 수십배 작은 너비의 초고해상도 친환경 양자점 픽셀 형성 신기술로, 양자점이 손상돼도 쉽게 복구할 수 있다.

한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 조힘찬 교수 연구팀이 친환경 InP 양자점의 우수한 광학적 특성을 유지하며 초고해상도 패턴을 제작하는 신기술을 개발했다고 26일 밝혔다.

국제 유해물질 제한지침(RoHS)에 따라 최근 많은 디스플레이 기업은 환경친화적인 특성을 갖춘 InP 양자점을 디스플레이에서의 빛 방출 소재로 채택해 TV 등 중대형 디스플레이에 적용하기 시작했다.

그러나 InP 양자점은 외부 환경에 매우 민감한 성질을 가지고 있어 픽셀을 만드는 패터닝 공정 적용 시 소재의 광학적 특성이 크게 저하되는 단점이 있다.

이 때문에 우수한 광학적 및 전기적 특성이 동시에 요구되는 QLED 디스플레이나, 기존 TV 대비 수십배의 초고해상도를 필요로 하는 안경형 증강·가상현실 기기 적용에 어려움이 있다.

이에 연구팀은 자외선을 받으면 산을 발생시키는 광산 발생기의 원리를 활용해 초미세 양자점 패턴을 제작했다.

양자점이 자외선을 받은 경우 생성된 산에 의해 양자점 표면이 변화하면서 자외선을 받지 않은 부분 대비 용해도 차이가 생겨 패턴 형성이 가능해지는 원리다.

양자점에는 양자점을 둘러싸고 있는 표면 리간드(ligand)들이 있는데, 이 리간드들에 의해 양자점의 발광효율이 큰 영향을 받는다.

연구팀은 패터닝 시 손상된 InP 양자점의 발광효율을 획기적으로 높일 수 있는 양자점 표면 치료법을 개발했다.

이를 통해 최종적으로 높은 발광효율을 가지는 1 마이크로미터(μm)급 초미세 양자점 패턴을 구현했다.

이는 기존의 디스플레이 (TV, 스마트폰, 모니터 등)에서 일반적으로 요구되는 픽셀 너비와 비교했을 때 수십 배 작은 패턴으로 증강·가상현실 기기 적용 가능성을 크게 높인 것이다.

이 밖에도 연구팀은 정밀한 분석을 통해 개발된 광산 발생기 기반의 패터닝 기술의 반응 원리를 규명했고, 이 기술이 양자점 LED나 대면적 공정에 쉽게 적용될 수 있음을 증명했다.

조힘찬 교수는 “개발한 친환경 InP 양자점 패터닝 기술은 높은 발광효율과 초고해상도 패턴 제작을 동시에 가능하게 해 차세대 양자점 LED 기반 디스플레이, 증강현실 기기, 이미지 센서 등 다양한 산업에 실제로 적용될 수 있을 것으로 기대한다"고 말했다.

KAIST 신소재공학과 이재환 석사과정 학생이 제1 저자로, 미국 시카고 대학교의 Dmitri V. Talapin 교수가 공동교신저자로, KAIST 생명화학공학과 이도창 교수 연구팀이 공동저자로 참여한 이번 연구는 한국연구재단 및 삼성전자, 중소벤처기업부, KAIST의 지원을 받아 수행됐다.

연구 성과는 국제학술지 `에이씨에스 에너지 레터스(ACS Energy Letters)'에 게재됐다.

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