차세대 발광소재인 '친환경 인듐 포스파이드(InP) 양자점' 광학 특성을 유지하며 초고해상도 패턴을 제작하는 신기술이 개발됐다
한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 조힘찬 신소재공학과 교수팀이 이같은 성과를 냈다고 26일 밝혔다.
카드뮴, 납 등 유독성 물질을 포함하지 않는 친환경 InP 양자점은 차세대 발광소재로 주목된다. 국제 유해물질 제한지침 규정을 만족하지 못하면 판매가 많은 나라에서 판매가 금지되기 때문이다.
다만 초고해상도 구현이 어려워 양자점 LED(QLED) 디스플레이나 가상현실(VR)·증강현실(AR) 기기 적용엔 한계가 있다. 외부 환경에 민감해 패터닝공정 적용시 소재 광학특성이 크게 저하되는 단점이 있다.
연구팀은 자외선을 받으면 산을 발생시키는 광산 발생기 원리를 활용해 초미세 양자점 패턴을 제작했다. 생성한 산으로 양자점 표면이 변화하고, 자외선을 받지 않은 부분 대비 용해도 차이가 생겨 패턴을 형성하는 원리다.
연구팀은 또 패터닝시 손상된 InP 양자점 발광 효율을 획기적으로 높이는 표면 치료법도 개발했다. 양자점 발광 효율에 영향을 주는 '표면 리간드'를 개질하는 맞춤형 후처리 공정을 개발했고, 이를 통해 높은 발광 효율을 가지는 1마이크로미터(㎛)급 초미세 양자점 패턴을 구현할 수 있었다.
이는 기존 디스플레이에서 요구되는 픽셀 너비와 비교했을 때 수십 배 작은 패턴으로, VR·AR 기기 적용 가능성을 크게 높인 것이다.
조힘찬 교수는 “개발한 친환경 InP 양자점 패터닝 기술은 높은 발광효율과 초고해상도 패턴제작을 동시에 가능하게 해 차세대 양자점 LED 기반 디스플레이, AR기기, 이미지센서 등 다양한 산업에 적용될 수 있을 것”이라고 말했다.
한편 이재환 KAIST 신소재공학과 석사과정 학생이 제1저자로, 드미트리 V. 탤러핀 교수가 공동교신저자로, 이도창 KAIST 생명화학공학과 교수팀이 공동저자로 참여한 이번 연구는 ACS 에너지 레터스에 출판됐다.
한국연구재단 및 삼성전자, 중소벤처기업부, KAIST 지원을 받아 수행됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
