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연구

페로브스카이트 퀀텀닷 발광 다이오드의 올인원 공정 개발​
조회수 : 1841 등록일 : 2022-03-16 작성자 : 홍보실

(왼쪽부터) 전기및전자공학부 이정용 교수, 김준호 박사과정, 서기원 박사과정

< (왼쪽부터) 전기및전자공학부 이정용 교수, 김준호 박사과정, 서기원 박사과정 >

우리 대학 전기및전자공학부 이정용 교수 연구팀이 페로브스카이트 퀀텀닷(양자점) 층에 직접적인 자외선, 전자빔 처리나 용액 가둠막 없이 고효율 RGB 패턴 발광 다이오드 제작 기술을 개발했다고 16일 밝혔다. 

전기및전자공학부 김준호 박사과정과 서기원 박사가 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `어드밴스드 사이언스(Advanced Science)' 202232일 자 온라인판에 게재됐다. (논문명: All-in-one Process for Color Tuning and Patterning of Perovskite Quantum dot Light-Emitting Diodes). 

페로브스카이트 퀀텀닷은 높은 외부 양자 효율과 색 순도를 가지, 퀀텀닷 내부의 할라이드 음이온의 종류와 그 비율에 따라 밴드갭을 조절할 수 있다는 장점을 가져 차세대 디스플레이 발광 물질로 주목받고 있는 물질이다. 하지만, 페로브스카이트 퀀텀닷은 용매 분산을 위하여 긴 탄소 사슬을 갖는 절연 유기 분자가 퀀텀닷 주변을 둘러싸고 있어 전자 소자로 적용 시 낮은 성능을 갖게 하고, 패터닝 공정에 사용되는 자외선 및 전자빔 처리에 취약해 디스플레이를 만들기 위한 픽셀 패터닝 공정이 매우 어렵다는 문제점을 가지고 있다.

연구팀이 개발한 공정은 페로브스카이트 퀀텀닷 주변의 절연성 유기 리간드(결합 분자)를 전하 수송이 유리한 유기 리간드(결합 분자)로 교환해 발광 다이오드 성능을 향상할 뿐만 아니라 동시에 퀀텀닷 내부 할라이드 조성 비율을 조절하는 할라이드 음이온 교환을 통해 퀀텀닷 박막의 발광 색상을 자유롭게 바꿀 수 있다. 연구팀은 더 나아가 페로브스카이트 퀀텀닷 박막의 국부적 부분만 색을 변환시키는 패터닝 공정을 제안해, 페로브스카이트 퀀텀닷 박막에 직접적인 자외선 및 전자빔 처리 없이 RGB 색상이 패터닝된 발광 다이오드를 고속으로 제작하는 데 성공했다.

 그림 1. 페로브스카이트 퀀텀닷의 리간드 교환과 할라이드 음이온 교환을 동시에 진행 시켜주는 올인원 공정의 공정모식도와 각각의 단계에 해당하는 페로브스카이트 퀀텀닷의 구성을 묘사한 모식도

< 그림 1. 페로브스카이트 퀀텀닷의 리간드 교환과 할라이드 음이온 교환을 동시에 진행 시켜주는 올인원 공정의 공정모식도와 각각의 단계에 해당하는 페로브스카이트 퀀텀닷의 구성을 묘사한 모식도 >

이정용 교수는 "이번에 개발한 페로브스카이트 퀀텀닷 박막 패터닝 공정은 용액공정 기반 페로브스카이트 퀀텀닷 패터닝 공정이 당면하고 있는 여러 문제점을 해소했고, 차세대 페로브스카이트 퀀텀닷 디스플레이 구현에 적용 가능할 것ˮ이라고 말했다. 

또한, 이번 박막 패터닝 공정을 이용해 서로 다른 밴드갭을 가지는 페로브스카이트 퀀텀닷이 가림막(뱅크 구조물) 없이 평행하게 패터닝된 단일 박막 제작이 가능하다는 점에서 "발광 다이오드뿐만 아니라 광검출기, 태양전지, 광 컴퓨팅 소자 등 다양한 광전소자에도 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다ˮ며 연구의 의의를 설명했다. 

한편 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구사업, 나노 및 소재 기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.

그림 2. 올인원 공정을 이용한 패터닝 공정 모식도와 패턴된 전계 발광 다이오드 이미지

< 그림 2. 올인원 공정을 이용한 패터닝 공정 모식도와 패턴된 전계 발광 다이오드 이미지 >

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