차세대 디스플레이 발광 소재인 퀀텀닷은 수 nm(나노미터) 크기의 반도체 결정이다. 크기가 변화하면서 발광 파장을 쉽게 조절할 수 있으며 넓은 색 표현 범위를 갖고 있어 초고화질 디스플레이를 구현할 수 있다.
현재 상용화된 퀀텀닷 디스플레이 제품은 고온의 원인인 청색 LED 광원과 거리를 둘 수 있는 퀀텀닷 필름을 사용한다. 이 과정에서 산화를 방지하기 위해 산소·수분을 차단시키는 별도의 차단 필름으로 퀀텀닷 필름을 감싸서 사용한다. 하지만 차단 필름의 단가가 높아 디스플레이 제품 가격을 상승시키는 단점이 있다.
연구팀은 이 같은 문제 해결을 위해 자체적으로 개발한 솔-젤 합성공정을 이용했다. 이 기술은 세라믹 또는 유리를 화학물질의 반응을 이용해 고온이 아닌 낮은 온도에서 합성하는 공정이다. 이 기술을 활용해 열에 강한 실록산 분자구조 안에 퀀텀닷을 도포했다. 그 결과 실록산 수지가 퀀텀닷을 담는 컵 역할을 하는 동시에 열과 수분을 차단시켜 별도의 차단 필름 없이도 성능을 유지할 수 있었다. 또 화학적으로 균일하게 분산된 수지는 85도의 고온, 85%의 고습 뿐 아니라 강산성과 강염기성의 환경에서도 발광특성이 저하되지 않았다. 그러면서도 고습 환경에서는 발광특성이 상승하는 현상이 발생했다.
연구팀의 기술을 이용하면 별도의 차단필름 없이도 안정적인 퀀텀닷 필름을 제작할 수 있고, 가격 부담도 낮출 수 있다. 청색 LED(발광다이오드) 광원에 직접 도포해 퀀텀닷의 사용량을 줄이는 동시에 성능을 높일 수 있는 퀀텀닷 디스플레이의 개발이 가능할 것으로 보인다. 연구팀은 관련 특허를 국·내외에 출원 중이고, 이를 KAIST 교원창업기업인 ㈜솔잎기술에 이전해 사업화를 추진할 계획이다. 배 교수는 “이번 연구가 퀀텀닷이 차세대 디스플레이 소재로 널리 활용될 수 있는 방안을 제시했다”며 “원천소재를 기반으로 하는 국내 디스플레이 산업 발전에 크게 기여할 수 있을 것”이라고 말했다.
이번 연구 결과는 화학 분야 학술지인 ‘美 화학회지(Journal of the American Chemical Society, JACS)’ 의 2016년 12월21일자에 게재됐다.
/김창영기자 kcy@sedaily.com
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