한국광기술원(원장 신용진)은 최승희 조명소재부품연구센터 박사팀이 나노소재 분야 전문기업 두와이즈켐(대표 서영수)과 컨소시엄을 구성해 차세대 디스플레이용 '고신뢰성 자기조립 자기조립형 퀀텀닷 마이크로캡슐 색변환 소재'를 개발했다고 23일 밝혔다.
자기조립(Self-Assembly)은 무질서하게 존재하는 물질들이 일정한 규칙으로 인해 제어된 구조체를 형성하거나 일정한 양식으로 배치되는 현상을 말한다.
퀀텀닷(Quantum Dot)은 자체적으로 빛을 내는 수 나노미터(㎚)의 반도체 결정으로 양자효율과 색 순도가 우수해 디스플레이의 색 재현력 향상을 위한 소재 기술로 사용되고 있다. 광발광 및 전계발광이 모두 가능하며 현재는 청색광을 순수한 녹색과 적색으로 변환시키는 광발광 방식의 색변환 소재로 적용되고 있다.
기존 퀀텀닷은 공기나 수분에 민감해 외부 환경에 노출되면 광 특성이 저하되는 문제로 상·하부 투습을 막는 배리어층을 표면에 결합하는 필름 방식으로 제조한다. 하지만 이 제조 방식으로는 퀀텀닷이 가지는 광특성 저하 문제를 100% 해결하지 못한다.
연구팀이 새로 개발한 소재는 기존 제조 방식 대비 퀀텀닷의 외부환경에 따른 안정성 문제를 해결하고, 배리어 필름(퀀텀닷 소재 등 전자·디스플레이에 사용되는 소재들을 수분과 산소로부터 차단·보호하는 데 사용되는 필름)이 필요없는 것이 특징이다. 연속 대량공정이 가능하고, 배리어층이 사용된 필름에 비해 공정과정이 단순하고 불량률이 낮아 가격경쟁력 확보에 유리하다.
서브 마이크론 고분자 입자의 결정질 층 사이에 자기 조립 방식으로 양자점을 보호해 자체 배리어성을 가지며, 입자 표면을 코팅해 온도·용매의 안정성과 분산성을 확보했다.
또한 열 가공이 가능해 고분자 복합화 및 압출공정 등에 안정적으로 사용할 수 있으며, 자체 배리어성을 띠기에 추가 배리어층 제조를 위한 라미네이션 공정(전(前)공정 후 얇은 층 즉, 레이어를 덧씌워 디스플레이 표면을 보호하고 강도와 안정성을 높이는 공정)이 필요없어 균일한 얇은 두께의 필름제조가 가능하다.
새롭게 제조한 퀀텀닷 마이크로캡슐을 활용하면 양자점 응집으로 인한 발광파장의 적색 편이와 효율 감소를 개선할 수 있다. 다루기 쉬운 장점에 따라 색변환 필름 외 분말형태로 제조 시 다양한 차세대 프리미엄급 디스플레이용 색변환 소재로 적용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.
김완호 조명소재부품연구센터장은 “이번에 개발된 고신뢰성 퀀텀닷 기술은 기존 기술 대비 공정과정을 줄이고 가격경쟁력을 높였기에 디스플레이 분야뿐만 아니라 스마트팜과 조명분야에도 확대 적용할 수 있다”며 “앞으로 비카드뮴계 퀀텀닷 신뢰성을 향상하고 패턴화 기술을 확보해 색변환 소재·부품의 국산화를 이뤄내겠다”고 말했다.
광주=김한식 기자 hskim@etnews.com
