최근 가상현실(VR) 및 증강현실 (AR) 기기의 발전에 따라, 마이크로 디스플레이와 같은 초고해상도 시각 콘텐츠 구현 기술에 대한 수요가 빠르게 증가하고 있다. 이를 위해서는 우수한 색 재현율과 발광 효율을 지닌 양자점(Quantum Dot)을 수 마이크로미터(μm) 크기로 정밀하게 패터닝하는 기술이 필수적이다. 그러나 기존 디스플레이 산업에서 널리 사용되어 온 잉크젯 프린팅 공정은 잉크를 분사하는 노즐 크기의 한계로 인해 수 마이크로미터 이하의 초미세 픽셀을 구현하는 데 어려움이 있다.

본교 화공생명공학과 강문성 교수 연구팀의 금진호 연구원(석박사통합과정)은 이러한 한계를 극복하기 위해 양자점 표면에 광개시 리간드(Photo-initiating ligand)와 단량체형 분산 리간드(Monomeric dispersing ligand)를 도입하였다. 개발된 양자점에 i-line 자외선(365 nm)을 조사하면, 광개시 리간드가 라디칼을 형성하고, 이 라디칼이 인접한 단량체형 분산 리간드의 연쇄중합반응을 유도한다. 이를 통해 양자점 소재에 화학적 안정성이 부여되며, 양자점 사이에는 견고한 고분자 가교 네트워크가 형성된다. 연구팀은 이러한 단량체형 분산 리간드의 연쇄중합 메커니즘을 성공적으로 규명하였으며, 양자점 직접 광패터닝(Direct Photopatterning) 기법을 이용해 양자점 고유의 우수한 광학 특성을 유지한 채 수 μm 크기의 초고해상도 미세 패턴을 구현하는 데 성공했다.

나아가 연구팀은 개발된 패터닝 공정을 바탕으로 고효율 양자점 발광다이오드(QLED) 소자를 제작해 기술의 소자 적용 가능성도 입증하였다. 특히 양자점의 분산, 고해상도 패터닝, 최종 QLED 소자 제작에 이르는 전 과정이 기존의 유해한 유기용매 대신 친환경 용매 기반 용액공정으로 이루어졌다는 점에서 의미가 크다. 이는 고해상도 양자점 패턴 구현을 넘어, 실제 산업 공정으로의 확장 가능성까지 보여주는 성과로 평가된다.

본 연구는 산업통상자원부의 소재부품기술개발(R&D) 사업의 지원을 받아 수행되었으며, 연구 결과는 국제학술지 ‘Materials Horizons (IF=10.9)’에 4월 15일 게재되었다.

▶ 연구실 홈페이지: https://sites.google.com/view/mskanggroup/members

▶ 논문 제목: Quantum dots with photopolymerisable ligands for green-solvent direct photolithography

▶ 논문 링크: https://doi.org/10.1039/D6MH00005C