국내 연구진이 디스플레이 소자 핵심 물질인 '퀀텀닷' 패터닝(형태화) 효율을 높이는 기술을 마련했다.
한국과학기술원(KAIST)은 김형수 기계공학과 교수팀이 퀀텀닷 마름 자국을 패턴 형태에 상관없이 원형부터 다각형까지 균일 패터닝 할 수 있는 기술을 구현했다고 2일 밝혔다.
퀀텀닷은 차세대 핵심 디스플레이용 소재로 각광 받는다. 잉크젯 프린팅 기술 기반 패터닝 노력이 이뤄지는데, 양산성이나 제한적인 해상도, 공정 중 커피링 현상으로 효율이 크게 떨어지는 문제가 있다. 이 가운데 커피링 자국은 용매 방울이 고체 표면 위에 마를 때 증발이 균일하지 않아 생긴다. 보통 다각형 패턴은 원형보다 커피링 정도가 더 심해지는 경향을 띤다.
연구진은 이번 연구에서 퀀텀닷 패턴 형태와 무관하게 커피링을 완전 소멸시키는 기술을 만들었다. 퀀텀닷을 녹인 용매 성분을 조율해 복잡한 물리-화학 공정 없이 단순 증발 과정만으로 100마이크로미터(㎛) 수준 커피링이 전혀 없는 균일 패턴을 구현하는 데 성공했다.
연구진은 잉크젯 기반 토출식 프린팅 기술에 '상호 마랑고니 작용 효과'를 이용해 소재 손상을 방지하고 패턴 균일도를 확보했다고 밝혔다. 마랑고니 발생 원리, 마랑고니 혼합 유동 세기 조절 관련 설명과 제어 변수들도 제공하고 있다. 마랑고니 효과는 표면장력(액체가 가능한 작은 면적을 취하려는 힘) 변화로 액체가 이동하는 효과를 말한다.
김형수 교수는 “이번 연구 결과를 실제 디스플레이 양산을 위한 잉크젯 프린팅 공정에 활용하면 적녹청 퀀텀닷 패턴을 물리-화학적 복잡한 공정 없이 높은 효율의 차세대 QLED 디스플레이 구현에 적용 가능할 것”이라고 말했다. 이어 “인쇄전자에 사용되는 값비싼 소재들로 확대하면 효과적으로 대면적 프린팅할 수 있고 패터닝 공정도 간소화돼 경제성을 높이는데 기여할 것”이라고 말했다.
한편 이번 연구는 한국연구재단 지원을 받아 개인 기초 중견연구 지원을 받아 수행됐고, 정연식 KAIST 신소재공학과 교수팀과의 협업으로 수행됐다. 편정수 기계공학과 박사과정이 제1 저자로 참여했고, 어드밴스드 사이언스에 지난 2월 7일 자 온라인 출판됐다.
김영준기자 kyj85@etnews.com
