한국광기술원, 고신뢰성 퀀텀닷 마이크로캡슐 색 변환 소재 개발

[광주=김준원 기자] 한국광기술원이 차세대 디스플레이용 '고신뢰성 자기조립(Self-Assembly)형 퀀텀닷(Quantum Dot) 마이크로캡슐 색 변환 소재' 개발에 성공했다.

'자기조립'이란 무질서하게 존재하는 물질들이 일정한 규칙으로 인해 제어된 구조체를 형성하거나 물질들이 일정한 양식으로 배치되는 현상이며, '퀀텀닷'은 자체적으로 빛을 내는 수 나노미터의 반도체 결정을 말한다.

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.

고신뢰성 퀀텀닷 마이크로캡슐 소재 제품. [사진=한국광기술원]

고신뢰성 퀀텀닷 마이크로캡슐 소재 제품. [사진=한국광기술원]

이번에 개발된 기술은 기존 제조방식과 달리 퀀텀닷의 외부 환경에 따른 안정성 문제를 해결하고, 배리어 필름(퀀텀닷 소재 등 전자, 디스플레이에 사용되는 소재들을 수분과 산소로부터 차단, 보호하는 데 사용되는 필름)이 필요없는 것이 특징이다.

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 가능하여 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.

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.

김완호 조명소재부품연구센터장은 “고신뢰성 퀀텀닷 기술은 기존 기술 대비 공정 과정을 줄이고 가격 경쟁력을 높였기에 디스플레이 분야뿐 아니라 스마트팜과 조명 분야에도 확대 적용할 수 있다”며, “비카드뮴계 퀀텀닷 신뢰성을 향상하고 패턴화 기술을 확보해 색 변환 소재‧부품의 국산화를 이뤄내겠다”고 포부를 밝혔다. /kimnews@sedaily.com