퀀텀닷을 보호하고 있는 마이크로캡슐 소재의 층별 구성도

한국광기술원이 차세대 디스플레이용 ‘고신뢰성 자기조립형 퀀텀닷 마이크로캡슐 색 변환 소재’ 개발에 성공했다.

23일 한국광기술원에 따르면 기존 퀀텀닷은 공기나 수분에 민감해 외부 환경에 노출되면 광 특성이 저하되는 문제로 상·하부 투습을 막는 배리어층을 표면에 결합하는 필름 방식으로 제조한다. 하지만 이 제조 방식으로는 퀀텀닷이 가지는 광 특성 저하 문제를 100% 해결하지 못한다.

이번에 개발한 기술은 기존 제조 방식 대비 퀀텀닷의 외부 환경에 따른 안정성 문제를 해결하고 배리어 필름이 필요 없는 것이 특징이다.

자기조립(Self-Assembly)은 무질서하게 존재하는 물질들이 일정한 규칙으로 인해 제어된 구조체를 형성하거나 물질들이 일정한 양식으로 배치되는 현상이다.

또 퀀텀닷(Quantum Dot)은 자체적으로 빛을 내는 수 나노미터의 반도체 결정. 빛을 내는 반도체 결정으로 양자효율과 색 순도가 우수해 디스플레이의 색 재현력 향상을 위한 소재 기술로 사용되고 있다. 광발광 및 전계발광이 모두 가능하며 현재는 청색광을 순수한 녹색과 적색으로 변환시키는 광발광 방식의 색 변환 소재로 적용되고 있다.

배리어 필름은 퀀텀닷 소재 등 전자, 디스플레이에 사용되는 소재들을 수분과 산소로부터 차단, 보호하는 데 사용된다.

한국광기술원 조명소재부품연구센터 최승희 박사 연구팀과 컨소시엄 기업 ㈜두와이즈켐(대표 서영수)이 공동 개발한 이 소재는 연속 대량 공정이 가능하고, 배리어층이 사용된 필름에 비해 공정 과정이 단순하고 불량률이 낮아 가격 경쟁력 확보에 유리할 것으로 평가된다.

개발 기술은 서브 마이크론 고분자 입자의 결정질 층 사이에 자기 조립 방식으로 양자점을 보호해 자체 배리어성을 가지며, 입자의 표면을 코팅해 온도·용매의 안정성과 분산성을 확보했다.

또한 열 가공이 가능해 고분자 복합화 및 압출 공정 등에 안정적으로 사용할 수 있으며, 자체 배리어성을 띄기에 추가 배리어층 제조를 위한 라미네이션 공정이 필요 없이 균일한 얇은 두께의 필름 제조가 가능하다.

라미네이션은 전(前)공정 후 얇은 층(레이어)을 덧씌워 디스플레이 표면을 보호하고 강도와 안정성을 높이는 공정을 말한다.

새롭게 제조된 퀀텀닷 마이크로캡슐을 활용하면 양자점 응집으로 인한 발광 파장의 적색 편이와 효율 감소를 개선할 수 있으며, 다루기 쉬운 장점에 따라 색 변환 필름 외 분말 형태로 제조 시 다양한 차세대 프리미엄급 디스플레이용 색 변환 소재로 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

한국광기술원 김완호 조명소재부품연구센터장은 “이번에 개발된 고신뢰성 퀀텀닷 기술은 기존 기술 대비 공정 과정을 줄이고 가격 경쟁력을 높였기에 디스플레이 분야뿐만 아니라 스마트팜과 조명 분야에도 확대 적용할 수 있다”며 “앞으로 비카드뮴계 퀀텀닷 신뢰성을 향상하고 패턴화 기술을 확보해 색 변환 소재·부품의 국산화를 이뤄내겠다”고 밝혔다.