카이스트, 고온·고습 견디는 퀀텀닷 기술 개발

송고 2017.01.10 17:12 | 수정 2017.01.10 17:12
강승혁 기자 (kang0623@ebn.co.kr)

실리콘 기반 퀀텀닷 실록산 수지 개발로 가격 저감 효과 기대

배병수 교수 "국내외 업체와 협력 통해 퀀텀닷 신뢰성 향상…상용화 주력"

카이스트(KAIST) 신소재공학과 배병수 교수와 생명화학공학과 이도창 교수 공동 연구팀의 연구에서 개발된 퀀텀닷 실록산 수지 및 퀀텀닷 실록산 재료 개념도.ⓒ카이스트

카이스트(KAIST)는 신소재공학과 배병수 교수와 생명화학공학과 이도창 교수 공동 연구팀이 차세대 디스플레이 발광 소재인 퀀텀닷(Quantum dot, QD)을 고온, 고습 환경에서도 안정적으로 보호할 수 있는 퀀텀닷 실록산 수지(실리콘 기반의 고분자)를 개발했다고 10일 밝혔다.

이 기술을 통해 퀀텀닷을 차세대 고화질 디스플레이 제품에 다양하게 응용할 수 있을 것으로 기대된다.

이번 연구 결과는 화학 분야 학술지인 '미 화학회지(Journal of the American Chemical Society, JACS)'의 2016년 12월 21일자 최신호에 게재됐다.

퀀텀닷은 수 나노미터 크기의 반도체 나노 결정이다. 크기 변화에 따라 발광 파장을 쉽게 조절할 수 있고 넓은 색 표현 범위를 갖고 있어 초고화질의 디스플레이를 구현할 수 있다.

이러한 특성 덕분에 퀀텀닷은 고분자 수지에 분산된 형태로 필름에 코팅되거나 LED 광원에 도포돼 차세대 디스플레이 핵심 소재로 떠오르고 있다.

그러나 우수한 발광특성에도 불구하고 고온이나 고습 환경에서 쉽게 산화돼 고유의 발광특성(양자효율)이 급격히 저하되는 한계가 있다.

현재 상용화된 퀀텀닷 디스플레이 제품은 고온의 원인인 청색 LED 광원과 거리를 둘 수 있는 퀀텀닷 필름을 사용한다. 또한 산화를 방지하기 위해 산소, 수분을 차단시키는 별도의 차단 필름으로 퀀텀닷 필름을 감싸서 사용한다.

하지만 차단 필름의 높은 단가는 디스플레이 제품의 금액을 상승시켜 시장에서의 가격 경쟁력을 떨어트린다.

연구팀은 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 통해 열에 강한 실록산 분자구조 안에 퀀텀닷을 도포했다. 실록산 수지가 퀀텀닷을 담는 컵 역할을 하는 동시에 열과 수분을 차단시킴으로써 별도의 차단 필름 없이도 성능을 유지할 수 있었다.

화학적으로 균일하게 분산된 수지는 85℃의 고온, 85%의 고습 뿐 아니라 강산성과 강염기성의 환경에서도 발광특성이 저하되지 않았다. 오히려 고습 환경에서는 발광특성이 상승하는 현상이 발생했다.

연구팀의 기술을 이용하면 별도의 차단필름 없이도 안정적인 퀀텀닷 필름을 제작해 가격을 낮출 수 있다. 향후 청색 LED 광원에 직접 도포해 퀀텀닷의 사용량을 줄이는 동시에 성능을 높일 수 있는 퀀텀닷 디스플레이의 개발이 가능할 것으로 전망된다.

배 교수는 "퀀텀닷이 차세대 디스플레이 소재로 나아가는 시점에서 한계를 극복하고 널리 활용될 수 있는 방안을 제시했다"며 "원천소재를 기반으로 하는 국내 디스플레이 산업의 발전에 크게 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

또한 "현재는 기술의 가능성을 제시한 수준으로서 향후 국내외 업체들과 협력해 퀀텀닷의 신뢰성을 향상시켜 상용화에 주력할 계획이다"라고 강조했다.

연구팀은 관련 특허를 국내외에 출원 중이며 카이스트 교원창업기업인 ㈜솔잎기술에 이전해 사업화를 추진할 계획이다.

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