서강대학교(총장 심종혁)는 화공생명공학과 강문성 교수 연구팀(공동교신저자: 성균관대 배완기 교수, 한국전자통신연구원 강찬모 박사)의 연구 성과가 나노과학 분야의 최고 권위 학술지인 ‘네이처 나노테크놀로지’(Nature Nanotechnology; 인용지수 40.523)에 온라인 게재되었다고 26일 전했다.

뛰어난 색 재현율 및 높은 광효율을 갖는 양자점은 차세대 디스플레이용 발광소재로 주목받고 있다. 단, 양자점 디스플레이 구현을 위해서는 적･녹･청색 양자점을 픽셀화하는 패터닝 공정이 필수적이다. 특히, 양자점의 고유한 전기적･광학적 특성을 유지하면서 패터닝하는 기술은 차세대 양자점 디스플레이 구현에 가장 어려운 과제로 남아있다.

강문성 교수 연구팀은 다양한 용액 공정에 즉각적으로 적용이 가능한 비파괴적 초고해상도 양자점 패턴화 기술을 개발하였다. 특히나 양자점 표면에 광가교 리간드를 도입하여 별도의 첨가물 없이 양자점만으로 패터닝이 양자점 소재 기술을 제시하였다. 광가교 리간드는 자외선에 감응하여 주변 리간드와 가교 반응이 가능하며, 자외선이 조사되지 않은 부분을 적절한 용매로 제거하면 간단한 공정을 통해 패턴화된 양자점 박막을 얻을 수 있다.

연구팀은 해당 기술을 바탕으로 6인치 웨이퍼에 최대 15,000ppi의 해상도를 가지는 패턴을 구현하였다. 15,000ppi의 해상도는 AR/VR용 디스플레이에서 요구하는 해상도(3,000ppi)를 훨씬 상회하는 수치로, 양자점을 차세대 초고해상도 디스플레이에 적용할 수 있는 기반을 마련하였다고 볼 수 있다.

또한, 연구팀은 광가교 리간드의 도입이 양자점 본연의 분산 특성을 전혀 저해하지 않아, 기존에 양자점이 적용되던 모든 용액 공정(포토리소그래피 및 잉크젯 프린팅)에 즉각적으로 적용된다는 것을 규명하였다. 나아가 이에 기초한 패터닝 공정이 양자점 박막의 광학적 특성은 물론 전기적 특성까지 전혀 저해하지 않는다는 사실을 규명하였으며, 이를 통해 패턴된 양자점 기반 LED를 구현하였다.

강문성 교수는 “본 연구는 공정 과정에서 소재의 물성 저하를 수반하지 않을 뿐만 아니라 이미 디스플레이나 반도체 산업 현장에서 가장 범용적으로 사용되는 설비를 직접 활용할 수 있어 차세대 디스플레이 산업에 실질적으로 기여할 것으로 기대한다”라고 전했다.

한편, 본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 ‘나노 및 소재기술개발사업’과 ‘개인기초연구(중견연구)’ 그리고 삼성디스플레이의 지원으로 수행되었다.

▶ 논문 제목 : Direct patterning of colloidal quantum dots with adaptable dual-ligand surface

▶ 논문 링크 : https://www.nature.com/articles/s41565-022-01182-5