초미세 반도체 공정기술로 퀀텀닷 디스플레이 만든다

[이데일리 김현아 기자]

4인치 기판에 새로운 패터닝 기술로 형성한 퀀텀닷 패턴이다. 한국과학기술연구원(KIST) 제공

4인치 기판에 새로운 패터닝 기술로 형성한 퀀텀닷 패턴이다.

고성능 디스플레이 경쟁이 뜨거운 가운데 퀀텀닷(양자점(Quantum Dot), QD)은 다양하고 순도 높은 빛을 발광하며 세밀한 색상 표현이 가능해 차세대 디스플레이 소재로 주목받고 있다. 퀀텀닷이란 양자점, 자체적으로 빛을 내는 나노미터(nm)의 초미세 반도체 결정이다.

최근 국내 연구진이 새로운 양자점 패터닝 기술로 대규모 고해상도 퀀텀닷 장치 제작에 실용적이고 비용이 적게 드는 방법을 제시했다.

한일기 박사

한국과학기술연구원(KIST, 원장 이병권) 나노포토닉스연구센터의 한일기 박사, 박준서 연구원팀은 기존 반도체 공정법을 활용한 대면적 미세 퀀텀닷(QD) 패턴 형성 기술을 개발했다.

기존 반도체 미세 패턴 형성기술인 노광(포토리소그래피) 공정을 활용하여 다색 퀀텀닷 미세 패턴 형성 기술을 최초로 개발했고, 나아가 이 기술을 활용해 패턴된 전기구동 퀀텀닷 발광 소자를 구현하는데 까지 성공해 향후 디스플레이나 전자 소자에 활용 될 수 있는 가능성을 보였다.

이미 디스플레이 업계에서는 퀀텀닷 기반 백색 광원을 제작, 액정 표시 장치(LCD)의 백라이트로 탑재시켜 퀀텀닷 디스플레이라는 이름의 제품으로 출시한 바가 있으나 퀀텀닷 자체가 각 색상을 발광하는 진정한 의미의 퀀텀닷 디스플레이는 구현하지 못하고 있다.

LCD 디스플레이 기술은 액정 표시 장치의 자체 두께로 인하여 얇게 만드는데 한계가 있고 또한 유연하거나 투명한 디스플레이 등에 응용하기 어렵다는 문제가 있었던 것이다.

때문에 기존 스마트폰 등에 탑재된 능동형 유기 발광 다이오드(AMOLED)처럼 각 퀀텀닷 화소가 직접 색을 내는 디스플레이 기술에 대한 수요가 있었으나 여러 가지 난관이 있었다.

퀀텀닷을 능동형 발광 디스플레이에 활용하기 위해서는 우선 여러 종류의 액상으로 분산되어 있던 퀀텀닷을 원하는 위치에 색상별로 고정시켜야하는 기술이 필요하며, 다양한 색상의 패턴을 고해상도로 대면적으로 형성하는데 있어 기술 접근성의 어려움, 공정비용의 상승의 문제 등 여러 기술적, 경제적 제한이 있었다.

연구진은 이번 개발된 기술이 대면적 전자소자 공정에도 활용되는 기술임에 따라 공정 난이도가 낮고, 공정당 퀀텀닷 소모량이 적다는 점에서 공정비용을 줄일 수 있다고 밝혔다.

향후 다양한 퀀텀닷 기반 소자 개발에 필요한 패턴기술의 대안이 될 수 있을 것이라 기대하고 있다.

한일기 박사, 박준서 연구원팀은 “기존 반도체 공정 기술을 다색 퀀텀닷 패턴 형성에 응용할 수 있다는 점에서 차별점이 있으며, 활용성이 높아 퀀텀닷 기반 소자 개발에 도움이 될 것으로 기대된다. 향후 AMOLED에 들어가는 유기물을 퀀텀닷으로 대체한 고해상도 디스플레이(AMQDLED)나 다파장 퀀텀닷 기반 광센서 등의 분야로 확장될 수 있는 기술이다.”라고 밝혔다.

본 연구는 미래창조과학부(장관 최양희, 전담기관: 한국연구재단) 미래유망융합기술 파이오니어사업 스펙트럼제어 융합연구단(단장: 한일기 박사/KIST) 지원을 통해 수행되었다. 연구결과는 나노 분야 국제학술지인 ‘Nano Letters’(IF:13.779)에 11월 9일자 최신호에 게재되었고, 국제 유명 과학 뉴스 웹사이트 phys.org에 특집 기사(Featured article)로 소개되기도 했다.

고해상도 퀀텀닷