주요 연구성과
NEW 김상욱 교수팀, 컬러디스플레이 잉크젯기법 대체 새 박막제조기술 개발
- 2022-08-29
- 4076
김상욱 교수팀이 기상증착법을 이용한 고밀도 박막제조기술을 개발하는 데 성공했다. 이에 컬러 디스플레이 구현을 위해 현재 널리 쓰이고 있는 잉크젯 기법 이용 필름 제조를 대체하는 신기술로 활용될 수 있을 전망이다.
김상욱 교수(응용화학생명공학과·대학원 분자과학기술학과, 사진)는 초음파와 기상증착법을 접목해 고밀도 양자점 필름을 만드는 데 성공했다고 밝혔다. 관련 논문은 ‘기상증착법으로 제조된 초박막 페로브스카이트/금속산화물로 완벽한 컬러 변환과 발광효율 개선(Highly thin film with aerosol-deposited perovskite quantum dot/metal oxide composite for perfect color conversion and luminance enhancement)’이라는 제목으로 화학공학 공정 분야의 저명 학술지 <케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)> 3월23일자 온라인판에 게재됐다. 김성훈 동의대 교수(아주대 대학원 분자과학기술학과 졸업), 박종욱 경희대 교수, 오종민 광운대 교수가 연구에 함께 참여했다.
컬러 디스플레이를 구현하기 위해서는 적색, 녹색, 청색의 3색상이 필요하다. 그리고 청색 OLED 물질과 컬러 변환 기술을 이용해 청색을 녹색 혹은 적색으로 바꾸는 방법이 흔히 사용되고 있다. 컬러 변환을 위한 재료로는 양자점이 사용되는데, 이 양자점은 필름 형태로 코팅되어야 한다. 현재는 코팅을 위해 잉크젯 방법이 널리 쓰이고 있으나, 청색 빛샘현상이 없는 완벽한 색 변환을 위해 필름의 두께를 키우거나, 추가적인 컬러 필터를 사용해야 하는 문제점이 있어 그 해결 방안에 대한 학계와 산업계의 관심이 높았다.
이에 공동 연구팀은 초음파와 기상증착법(Aerosol Deposition)을 접목시켜 새로운 방안을 연구 개발했다. 기상증착법은 기판 표면에 고체 소재 필름을 코팅하는 방법으로 반도체와 태양전지 등의 제조 공정에 널리 사용된다.
연구팀은 개발한 새 방식으로 고밀도의 양자점 필름 제조에 성공할 수 있었을 뿐 아니라 3μm 두께(잉크젯 방법으로 제조된 두께의 25%)의 필름에서도 청색을 완벽히 녹색과 적색으로 변환해냈다.
또 효율 향상을 위해 저가의 실리카 나노입자를 혼용하여 녹색의 경우 7,353cd/m2의 높은 효율을 달성함을 확인했다. 연구팀이 개발한 고밀도 박막은 다양한 소재에 코팅이 가능하여 유연한 소재의 기판(flexible substrate)에도 사용할 수 있다. 뿐만 아니라 미세 패턴 제조에 흔히 사용되는 마스크(Mask)가 없는 공정도 적용 가능해, 13μm 두께의 선폭 제조가 가능하다.
김상욱 교수는 “현재 컬러 디스플레이 구현을 위해 가장 널리 사용되고 있는 기법은 ‘잉크젯 기법’을 이용한 필름 제조 방식”이라며 “이번에 연구팀이 개발한 새로운 방식이 이를 대체할 획기적 기법으로 널리 활용될 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
이어 “여러 대학들과의 공동 연구를 통해 시너지 효과를 극대화할 수 있었으며, 앞으로도 후속 연구를 이어갈 예정”이라고 덧붙였다.
이번 연구는 한국연구재단 나노소재기술개발사업 및 기초연구사업의 지원을 받아 이루어졌다.
a) 적색, 녹색 발광체와 백색 무기물이 노즐을 통해 분사되어 b) 다층박막 형성, c)d) 는 적색, 녹색 발광체 사진: 10 nm 나노입자. 우측 그림은 실제 소자 그림이며 우측 아래는 RGB 컬러가 함께 나온 것을 찍은 스펙트럼임