서강대학교(총장 박종구) 화공생명공학과 강문성 교수 연구팀은 양자점용 광가교제를 이용하여 양자점 박막을 고해상도로 패터닝(patterning) 하는 기술을 개발하였다.

과학기술정보통신부와 한국연구재단의 지원(미래디스커버리사업, 개인기초연구사업)을 통해 수행된 본 연구는 성균관대 SAINT 배완기교수팀과 함께 공동으로 진행되었으며 연구 결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)에 6월 8일자 온라인판에 게재되었다. (논문명: High-resolution patterning of colloidal quantum dots via non-destructive, light-driven ligand crosslinking )

패터닝 공정기술의 핵심은 양자점으로 이루어진 박막에 광화학적 활성을 부여하는 것으로, 이를 위해 자외선에 직접 노출된 곳에서만 양자점 간 경화반응을 유도할 수 있는 양자점용 광가교제(light-driven ligand crosslinker, LiXer)를 도입하였다. 연구팀은 박막의 선택적 경화 여부에 따라 발생하는 화학적 내성 차이를 활용하여 양자점 패턴을 형성하였으며, 개발한 공정을 적색, 녹색, 청색 양자점에 대해 연속적으로 적용하여 수 마이크로미터 크기의 고해상도 RGB 양자점 패턴(1400 p.p.i.)을 형성하였다. 또한 형성한 양자점 패턴의 발광특성과 이에 기초한 발광소자의 성능에 저하가 전혀 발생하지 않음을 확인하였다.

    (가) 양자점용 광가교제를 도입을 통한 양자점 박막의 경화 및 이를 이용한 양자점 광패터닝의 원리.
    (나) 적색, 녹색, 청색 양자점에 대한 연속적 패터닝 공정도.
    (다) 개발한 방법을 통해 제작한 1400 ppi 해상도의 RGB 양자점 패턴의 형광현미경 이미지.

본 기술은 양자점 본연의 우수한 색순도, 발광효율 및 광전기적 특성을 유지하면서도 높은 해상도로 양자점 패턴을 형성할 수 있어 초고해상도, 높은 색 재현율을 요구하는 근거리용 디스플레이(AR/VR) 또는 대면적 디스플레이 (TV, 사이니지용 디스플레이 등)에도 적용될 수 있다.

강문성 화공생명학과 교수는 ‘본 양자점 패터닝 기술은 양자점의 우수한 발광특성은 유지하면서 고해상도의 픽셀을 구현활 수 있으며, 무엇보다도 공정을 위해 현재 반도체 및 디스플레이 산업에서 널리 사용되고 있는 포토리소그래피 설비에 바로 접목 가능한 방법이라 산업적 파급효과가 클 것’이라고 기대했다.

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