동의대 응용화학전공 김성훈 교수팀이 컬러 디스플레이 제조에 쓰이는 잉크젯 프린팅 기법의 대체가 가능한 기상증착법을 이용한 고밀도 페로브스카이트 박막제조기술 개발에 성공했다.

현재 컬러 디스플레이를 구현하기 위해서는 적색, 녹색, 청색의 세 가지 색상이 필요하며, 청색 백라이트를 이용하여 녹색 또는 적색으로 변환하는 방법이 흔히 사용된다. 지금까지 평판 디스플레이 분야에 있어서 형광 물질을 이용한 색 변환 시스템을 살펴보면 잉크젯 프린팅과 같은 첨단 기술을 포함하여 대부분의 형태에서 컬러필터의 사용은 필수적이다. 최근에는 양자점(QD, 파장 변황층)과 청색 OLED(백라이트)를 결합하여 액정이 필요 없는 QD-OLED 하이브리드 시스템을 적용한 새로운 디스플레이 기술들이 보고되고 있다. 하지만 청색 빛샘 현상이 없는 완벽한 색변환을 위해 양자점층의 두께를 높이거나, 추가적인 컬러필터를 사용해야 하는 단점이 여전히 존재한다.

이번 연구의 아이디어를 도출한 김성훈 교수는 이러한 단점을 보완하기 위한 연구에 돌입해 최근 기상증착법으로 고밀도 양자점 필름 제조 기술을 최근 개발했다. 개발된 기술은 기존 잉크젯 방법으로 제조된 두께의 약 25% 수준인 3μm 두께에서 청색을 완벽히 녹색과 적색으로 변환시키면서 디스플레이에 사용되는 뱅크(bank) 높이의 감소와 컬러필터 없이 세 가지 색상의 구현이 가능하다. 이는 디스플레이의 휘도 성능을 높일 수 있고 제조 원가 절감에도 기여할 것으로 기대되고 있다.
(또한, 산란제를 추가 적용하여 녹색의 경우 7,353 nit로 휘도 성능이 향상되고 다양한 기판에 증착이 가능해지면서 유연기판(flexible substrate)에도 사용이 가능해졌다. 미세패턴 형성에 흔히 사용되는 마스크(Mask)가 없는 공정도 가능해 13μm 두께의 선폭 구현도 실현하였다.)

김성훈 교수는 “디스플레이 제조에 있어서 뱅크 높이를 낮추고, 노즐 제어가 까다로운 잉크젯 프린팅 기법을 대체할 수 있는 획기적인 방법으로 널리 이용될 수 있을 것이다”라고 언급하면서 “여러 대학과 공동 연구를 통해 시너지 효과를 극대화할 수 있었으며, 앞으로도 후속 연구를 이어갈 예정”이라고 덧붙였다.

이번 성과는 논문 ‘기상증착법으로 제조된 초박막 페로브스카이트/금속산화물로 완벽한 컬러변환과 발광효율 개선(Highly thin film with aerosol-deposited perovskite quantum dot/metal oxide composite for perfect color conversion and luminance enhancement)’이라는 제목으로 발표되어 화공공정 분야에서 저명한 학술지인 〈케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal, IF 13.272, JCR 97.55%)〉 3월 23일자 온라인 판에 게재되었다.

논문에는 동의대 김성훈 교수가 제1저자, 문나은 석사과정(응용화학/식품공학과) 학생이 공동 저자로 참여한 것을 비롯하여 김상욱 아주대 교수, 박종욱 경희대 교수, 오종민 광운대 교수, 유승협 KAIST 교수 연구팀이 개발에 함께 참여했다. 이번 연구는 한국연구재단 개인기초연구사업의 지원을 받아 이루어졌다.

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