커피링 제거 기술로 대면적 프린팅 가능
퀀텀닷 마름 자국을 균일한 형태로 생성
패터닝 공정 간소화로 경제성까지 갖춰
간단한 공정으로 QLED 디스플레이 구현
복잡한 공정이 필요 없는 QLED(퀀텀닷)디스플레이 구현이 가능한 기술이 나왔다. 고도화된 커피링 제거 기술로 대면적 프린팅을 할 수 있다. 형태화(패터닝) 공정 간소화로 경제성까지 갖췄다.
김형수 한국과학기술원(총장 이광형, 이하 카이스트) 기계공학과 교수팀이 디스플레이 소자 핵심 물질인 퀀텀닷 마름 자국을 균일하게 형태화할 수 있는 기술을 구현했다고 2일 밝혔다. 패턴에 상관없이 원형부터 다각형까지 형태화할 수 있는 기술이다.
권텀닷은 차세대 핵심 디스플레이 소재다. 이를 잉크젯 프린팅 기술로 형태화한다. 그러나 양산성이나 해상도 제한, 공정 과정에 발생하는 커피링 현상으로 그동안 효율이 크게 떨어졌다.
커피링은 테이블 위에 떨어뜨린 커피 한 방울이 마르면 바깥쪽에만 반지 모양의 진한 얼룩이 남는 것처럼 독특한 무늬가 나타나는 현상을 일컫는다. 잉크젯 프린팅과 같은 생산 공정에서는 골칫거리로 통한다. 김 교수는 커피링 제어 연구를 수년간 해오면서 얻은 노하우로 최근 커피링을 없애는 기술까지 발표한 바 있다.
현재 디스플레이 해상도 향상을 위한 다양한 패턴도 나왔다. 다각형의 경우 커피링 정도가 원형인 경우보다 더욱 심하다. 이번 연구에서는 퀀텀닷 패턴의 기하학적 형태와는 무관하게 커피링을 완전히 없앨 수 있었다고 김 교수팀은 밝혔다.
연구팀은 퀀텀닷이 녹아 있는 용매 성분을 적절히 조율하고 이 액적을 복잡한 물리-화학적 공정 없이 할 수 있었다. 단순 증발 과정을 거쳐 100 마이크로미터(㎛), 즉 1만 분의 1m 수준인 커피링이 전혀 없는 균일 패턴을 구현한 셈이다.
김형수 교수는 “연구 결과를 실제 디스플레이 잉크젯 프린팅 공정에 활용할 수 있다”며 “특히 적녹청 퀀텀닷 패턴을 복잡한 물리-화학적 공정 없이 높은 효율의 QLED 디스플레이 구현에 적용할 수 있다”고 말했다.
커피링을 없애는 기술을 "인쇄전자에 사용되는 값비싼 소재에 확대할 수 있다"고도 말했다. "이를 통해 효과적으로 대면적 프린팅을 할 수 있고 패터닝 공정도 간소화돼 경제적이다"고 김 교수는 강조했다.
연구 성과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 사이언스(Advanced Science)’에 지난 7일 온라인 게재됐다. 이번 연구는 한국연구재단, 개인 기초 중견연구 지원으로 수행됐다. 정연식 카이스트 신소재공학과 교수 연구팀과도 연구 협업이 이뤄졌다.
AI타임스 김미정 기자 kimj7521@aitimes.com
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