서강대-성균관대-UNIST 공동연구팀, 초고해상도 퀀텀닷 공정 기술 개발

왼쪽부터 서강대학교 강문성 교수, 성균관대학교 배완기 교수, UNIST 김봉수 교수. 사진 서강대

서강대학교(총장 심종혁) 화공생명공학과 강문성 교수, 성균관대 나노공학과 배완기 교수, 울산과학기술대 화학과 김봉수 교수 공동연구팀이 퀀텀닷 발광 소재를 마이크로미터 수준의 폭과 간격으로 공정하는 초정밀 패터닝 방법을 개발했다고 26일 밝혔다.

퀀텀닷(수 나노미터 크기의 반도체 결정, 양자점이라고도 함)은 높은 발광효율과 높은 색 순도를 갖는 소재로, 보다 밝고 선명한 영상을 구현하는 데 쓰일 차세대 디스플레이 소재다. 특히 가상현실, 증강현실 등을 구현하는 미래형 초고해상도 디스플레이 구현의 핵심 소재로 최근 산업계와 학계의 관심을 받고 있다.

퀀텀닷 기반의 미래형 디스플레이 구현을 위해서는 빛의 삼원색인 적색, 녹색, 청색을 방출하는 퀀텀닷을 수 마이크로미터 수준의 폭과 간격으로 정밀하게 배치하는 초고해상도 패터닝 공정 개발이 필요한데, 해당 공정은 ▶카드뮴, 납, 수은 등의 중금속을 포함하지 않아 환경적 제약으로부터 자유로운 비중금속계 발광형 퀀텀닷 ▶오차 없이 높은 수율로 진행 ▶공정 과정에서 퀀텀닷 고유의 발광 특성(방출되는 빛의 색, 광 효율 등) 저하 없음이라는 조건이 필요하다.

공동연구팀은 퀀텀닷의 표면에 있는 리간드(퀀텀닷의 분산성 확보를 위해 표면에 도입된 유기물)와 선택적 광화학반응(빛이 조사됐을 때 진행되는 화학반응)을 일으켜 이웃한 퀀텀닷 간에 화학적 결합을 형성시키는 광가교 첨가제와 이를 활용한 초고해상도 퀀텀닷 광패터닝(자외선 노광을 통해서 소재의 패턴을 형성하는 기술) 공정 기술을 개발했다.

서강대 화공생명공학과 강문성 교수는 "개발된 패터닝 공정은 이미 반도체 및 디스플레이 산업에서 범용적으로 사용되고 있는 포로레지스트(photoresist) 패턴을 형성하는 공정과 본질적으로 같아 대면적의 기판에도 고해상도의 균일한 패턴 형성이 담보된 기술로 현장에서 이미 사용되는 설비들을 그대로 사용할 수 있다는 점에서 산업적 적용성이 높다"라고 평했다.

UNIST 김봉수 교수는 "공정적용을 위해 양자점을 별도로 개질하는 대신 간단하게 첨가제를 사용하는 형태로, 여러 기업을 통해 이미 생산성이 담보된 고효율 발광형 양자점을 별도의 개질 없이 있는 그대로 사용할 수 있기에 산업적 임팩트가 있을 것으로 기대한다"고 전했다.

성균관대 배완기 교수는 "점점 커지는 미래형 디스플레이 시장에 실질적으로 기여할 수 있을 것"이라고 밝혔다.

홍수민 기자 sumin@joongang.co.kr