한국광기술원, 고신뢰성 퀀텀닷 마이크로캡슐 색변환 소재 개발

차세대 디스플레이용 고신뢰성 퀀텀닷 소재·부품 상용화 기술 확보

퀀텀닷을 보호하고 있는 고신뢰성 퀀텀닷 마이크로캡슐 소재의 층별 구성도.

한국광기술원(원장 신용진)은 최승희 조명소재부품연구센터 박사팀이 나노소재 분야 전문기업 두와이즈켐(대표 서영수)과 컨소시엄을 구성해 차세대 디스플레이용 '고신뢰성 자기조립 자기조립형 퀀텀닷 마이크로캡슐 색변환 소재'를 개발했다고 23일 밝혔다.

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

퀀텀닷(Quantum Dot)은 자체적으로 빛을 내는 수 나노미터(㎚)의 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 색변환 소재로 적용되고 있다.

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 광특성 저하 문제를 100% 해결하지 못한다.

고신뢰성 퀀텀닷 마이크로캡슐 소재 제품인 펠렛.

연구팀이 새로 개발한 소재는 기존 제조 방식 대비 퀀텀닷의 외부환경에 따른 안정성 문제를 해결하고, 배리어 필름(퀀텀닷 소재 등 전자·디스플레이에 사용되는 소재들을 수분과 산소로부터 차단·보호하는 데 사용되는 필름)이 필요없는 것이 특징이다. 연속 대량공정이 가능하고, 배리어층이 사용된 필름에 비해 공정과정이 단순하고 불량률이 낮아 가격경쟁력 확보에 유리하다.

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

또한 열 가공이 가능해 고분자 복합화 및 압출공정 등에 안정적으로 사용할 수 있으며, 자체 배리어성을 띠기에 추가 배리어층 제조를 위한 라미네이션 공정(전(前)공정 후 얇은 층 즉, 레이어를 덧씌워 디스플레이 표면을 보호하고 강도와 안정성을 높이는 공정)이 필요없어 균일한 얇은 두께의 필름제조가 가능하다.

새롭게 제조한 퀀텀닷 마이크로캡슐을 활용하면 양자점 응집으로 인한 발광파장의 적색 편이와 효율 감소를 개선할 수 있다. 다루기 쉬운 장점에 따라 색변환 필름 외 분말형태로 제조 시 다양한 차세대 프리미엄급 디스플레이용 색변환 소재로 적용될 수 있을 것으로 기대하고 있다.

고신뢰성 퀀텀닷 마이크로캡슐 소재 제품인 배리어가 없는 필름.

김완호 조명소재부품연구센터장은 “이번에 개발된 고신뢰성 퀀텀닷 기술은 기존 기술 대비 공정과정을 줄이고 가격경쟁력을 높였기에 디스플레이 분야뿐만 아니라 스마트팜과 조명분야에도 확대 적용할 수 있다”며 “앞으로 비카드뮴계 퀀텀닷 신뢰성을 향상하고 패턴화 기술을 확보해 색변환 소재·부품의 국산화를 이뤄내겠다”고 말했다.

광주=김한식 기자 hskim@etnews.com