[과학을 읽다]퀀텀닷 디스플레이 만든다

국내 연구팀, 새로운 퀀텀닷 패터닝 기술 개발

▲다색 퀀텀닷 패턴형성과 이번 기술을 활용한 패턴된 퀀텀닷 발광소자 구현 결과 이미지.[사진제공=KIST]

[아시아경제 정종오 기자] 초미세 반도체 공정기술을 이용해 퀀텀닷(양자점, Quantum Dot) 디스플레이를 만들 수 있을 것으로 보입니다. 새로운 퀀텀닷 패터닝 기술 개발로 고해상도는 물론 대규모 양자점 화소 제작이 가능해 질 것으로 기대됩니다. 양자점은 자체적으로 빛을 내는 나노미터(nm)의 초미세 반도체 결정을 말합니다.

퀀텀닷은 다양하고 순도 높은 빛을 발광하며 세밀한 색상 표현이 가능합니다. 높은 색 재현율과 뛰어난 광변환 효율로 차세대 디스플레이 소재로 주목받고 있습니다.

이런 가운데 한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 나노포토닉스연구센터의 한일기 박사, 박준서 연구원팀은 기존 반도체 공정법을 활용한 대면적 미세 퀀텀닷 패턴 형성 기술을 개발했습니다. 연구팀은 기존 반도체 미세 패턴 형성기술인 노광(포토리소그래피) 공정을 활용해 다색 퀀텀닷 미세 패턴 형성 기술을 최초로 개발했습니다. 이 기술을 활용해 패턴된 전기구동 퀀텀닷 발광 소자를 구현하는데 성공했습니다. 노광(포토리소그래피) 공정은 사진을 찍듯이 빛을 이용해 미세패턴을 만드는 공정입니다.

이미 디스플레이 업계에서는 퀀텀닷 기반 백색 광원을 제작해 액정 표시 장치(LCD)의 백라이트로 탑재시켜 퀀텀닷 디스플레이라는 이름의 제품으로 출시한 바 있습니다. 퀀텀닷 자체가 각 색상을 발광하는 진정한 의미의 퀀텀닷 디스플레이는 구현하지 못하고 있습니다. LCD 디스플레이 기술은 액정 표시 장치의 자체 두께로 얇게 만드는데 한계가 있고 유연하거나 투명한 디스플레이 등에 응용하기 어렵다는 문제가 있습니다.

이 때문에 기존 스마트폰 등에 탑재된 능동형 유기 발광 다이오드(AMOLED)처럼 각 퀀텀닷 화소가 직접 색을 내는 디스플레이 기술에 대한 수요가 있었는데 여러 가지 난관이 존재합니다. 퀀텀닷을 능동형 발광 디스플레이에 활용하기 위해서는 우선 여러 종류의 액상으로 분산돼 있던 퀀텀닷을 원하는 위치에 색상별로 고정시켜야하는 기술이 필요합니다. 다양한 색상의 패턴을 고해상도로 대면적으로 형성하는데 있어 기술 접근성의 어려움, 공정비용의 상승의 문제 등 여러 기술적, 경제적 제한이 있습니다.

연구팀은 이번에 개발된 기술이 대면적 전자소자 공정에도 활용되는 기술임에 따라 공정 난이도가 낮고 공정당 퀀텀닷 소모량이 적다는 점에서 공정비용을 줄일 수 있다고 설명했습니다. 앞으로 다양한 퀀텀닷 기반 소자 개발에 필요한 패턴기술의 대안이 될 수 있을 것이라 기대뒵니다.

한일기 박사는 "기존 반도체 공정 기술을 다색 퀀텀닷 패턴 형성에 응용할 수 있다는 점에서 차별점이 있고 활용성이 높아 퀀텀닷 기반 소자 개발에 도움이 될 것"이라며 "앞으로 AMOLED에 들어가는 유기물을 퀀텀닷으로 대체한 고해상도 디스플레이(AMQDLED)나 다파장 퀀텀닷 기반 광센서 등의 분야로 확장될 수 있는 기술"이라고 설명했습니다.

연구 결과는 나노 분야 국제학술지인 'Nano Letters(논문명:Alternative Patterning Process for Realization of Large-area, Full-color, Active Quantum Dot Display)'에 실렸습니다.