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연구

메타버스 시대 이끌 초고해상도 화면 구현 패터닝 기술 개발​
조회수 : 4225 등록일 : 2024-12-18 작성자 : 홍보실

(왼쪽부터) 신소재공학과 조힘찬 교수, 이재환 박사과정, 연성범 박사과정

< (왼쪽부터) 신소재공학과 조힘찬 교수, 이재환 박사과정, 연성범 박사과정 >

생동감 있는 색상, 높은 효율과 긴 수명을 자랑하는 양자점(Quantum Dot) 기반 디스플레이가 주목받고 있다. 특히, 친환경 인듐 포스파이드(InP) 양자점은 현재 TV와 스마트폰을 비롯한 다양한 디스플레이에 폭넓게 활용되고 있다. 그러나 다가오는 메타버스 시대를 현실감 있게 구현하기 위한 디스플레이 구현을 위해서는 초고해상도 양자점 패턴 제작 기술의 개발이 필수적이다. 

우리 대학 신소재공학과 조힘찬 교수 연구팀이 신규 양자점 리간드*를 개발하여 InP 양자점의 초고해상도 패턴을 형성하는 동시에 소자 효율을 향상시키는 신기술을 개발했다고 13일 밝혔다.

*리간드: 양자점 표면에 결합하여 양자점을 보호하고 계면활성제 역할을 하는 물질. 

InP 양자점은 외부 환경에 민감하여 패턴 형성 공정 중 광학적 특성이 크게 저하되는 한계가 있었다. 또한, 디스플레이 효율에 직결되는 리간드를 조절하는 과정에서도 광학적 특성이 손상되는 문제가 있었다. 따라서, 소재 고유의 특성을 유지하면서 초고해상도 패턴을 구현하고, 소자의 효율까지 높일 수 있는 기술 개발은 큰 도전 과제로 남아 있다.

그림 1. (A) 빛에 의한 리간드 절단을 통한 양자점의 특성 변화. (B) 리간드 절단 기반 직접 광학 패터닝 개략도

< 그림 1. (A) 빛에 의한 리간드 절단을 통한 양자점의 특성 변화. (B) 리간드 절단 기반 직접 광학 패터닝 개략도 >

이에, 조힘찬 교수 연구팀은 양자점의 광학적 특성을 보존하는 동시에 초고해상도 패턴 구현을 가능하게 하는 리간드를 개발하였다. 개발된 리간드는 빛에 의해 절단되어 길이가 짧아지는 특성을 보이는 물질로, 양자점 표면이 변화하면서 용해도 차이가 생겨 패턴 형성이 가능해지는 원리이다. 더불어 짧아진 리간드는 소자에서의 전기 전도도를 증가시켜 향상된 효율의 디스플레이를 구현할 수 있었다.

그림 2. 리간드 절단 기반 직접 광학 패터닝을 통해 제작된 다양한 패턴. RGB 패터닝, 웨이퍼 규모의 대규모 패터닝, 유연기판상 패터닝에 적용 가능함

< 그림 2. 리간드 절단 기반 직접 광학 패터닝을 통해 제작된 다양한 패턴. RGB 패터닝, 웨이퍼 규모의 대규모 패터닝, 유연기판상 패터닝에 적용 가능함 >


그림 3. LED 소자 구조 및 패턴화 된 양자점의 향상된 소자 성능 그래프

< 그림 3. LED 소자 구조 및 패턴화 된 양자점의 향상된 소자 성능 그래프 >

조힘찬 교수는 “이번에 개발한 광민감성 양자점 소재와 패터닝 기술은 기존 기술과 달리 초고해상도 패턴 제작과 양자점 박막의 전기 전도도 향상을 동시에 달성하여 차세대 양자점 LED 기반 디스플레이, 양자점 이미지 센서 등 다양한 미래 산업 분야에 실질적으로 적용될 수 있을 것으로 기대된다”라고 언급했다.

연구팀의 이재환 박사과정, 연성범 석박사통합과정 학생이 공동 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 ‘에이씨에스 에너지 레터스 (ACS Energy Letters)’에 12월 13일 온라인 게재됐으며, 1월 호 부록 표지(Supplementary Cover)로 출판될 예정이다.(논문명: Photocleavable Ligand-Induced Direct Photolithography of InP-Based Quantum Dots). 

한편 이번 연구는 한국연구재단 및 중소벤처기업부의 지원을 받아 수행됐다.

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