KAIST, 퀀텀닷 패턴형태 무관하게 '커피링' 완벽 제어 기술 개발

기계공학과 김형수 교수팀, 퀀텀닷 마름자국 형태 상관없이 제어

물리-화학적 복잡한 공정 없이 고효율 차세대 QLED 디스플레 적용 가능

[대전=뉴시스] 다중배열 균일한 퀀텀닷 패턴 제작 기술 모식도. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = KAIST는 기계공학과 김형수 교수팀이 디스플레이 핵심소자인 '퀀텀닷'의 마름자국을 패턴형태에 상관없이 원형부터 다각형까지 완벽하게 제어할 수 있는 기술을 개발했다고 2일 밝혔다.

최근 차세대 핵심 디스플레이용 소재로 각광받는 퀀텀닷을 잉크젯 프린팅 기술로 패터닝(형태화)하려는 시도가 진행되고 있지만 양산성이나 해상도, 공정과정상 중 발생하는 커피링 현상 등 문제가 적지 않다.

커피링 자국은 용매 방울이 고체 표면 위에서 마르면서 물방울 표면의 증발률 차이로 발생한다.

디스플레이의 해상도를 높이기 위해 다양한 모양의 패턴들이 제안되고 있으나 일반적으로 다각형의 경우 커피링의 정도가 원형의 경우보다 더욱 심해지는 경향을 띤다.

이번 연구에서 김 교수는 퀀텀닷 패턴의 기하학적 형태에 상관없이 커피링을 완전히 소멸시킬 수 있는 기술을 확인했다.

연구팀은 퀀텀닷이 녹아 있는 용매의 성분을 적절히 조율하고 이 액적을 복잡한 물리-화학적 공정 없이 단순 증발과정을 거쳐 100마이크로미터(㎛)(1만 분의 1m) 수준의 커피링이 전혀없는 균일 패턴을 구현하는 데 성공했다.

연구팀 관계자는 "QLED용 퀀텀닷 패턴은 주변 공정요인에 민감하게 변화할 수 있는데 잉크젯 기반의 토출식 프린팅 기술에 집단 액적의 증발을 통해 자발적으로 발생하는 상호 마랑고니 작용 효과들을 이용, 소재의 손상을 방지하고 패턴의 균일도를 확보했다"고 설명했다.

이번 연구는 실험적 기술 개발뿐 아니라 이론 모델을 바탕으로 마랑고니 발생 원리와 마랑고니 혼합 유동의 세기 조절에 대한 근본적 설명 및 제어 변수들을 제공하고 있다는 평가를 받고 있다. 마랑고니 효과는 표면장력의 변화에 따라 액체가 표면장력이 낮은 곳에서 높은 곳으로 이동하는 효과로 '와인의 눈물'이라고도 한다.

KAIST 기계공학과 편정수 박사과정이 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 `어드밴스드 사이언스(Advanced Science)' 온라안판에 지난달 7일 게재됐다. (논문명: Self-Induced Solutal Marangoni Flows Realize Coffee-Ring-Less Quantum Dot Microarrays with Extensive Geometric Tunability and Scalability)

김형수 교수는 "이번 연구를 디스플레이 양산을 위한 잉크젯 프린팅 공정에 활용하면 적녹청 퀀텀닷 패턴을 물리-화학적 복잡한 공정없이 높은 효율의 차세대 QLED 디스플레이 구현할 수 있을 것"이라며 "특히 커피링 제거 기술을 인쇄전자에 사용되는 값비싼 소재들로 확대하면 효과적으로 대면적 프린팅을 할 수 있고 패터닝 공정도 간소화 시킬 수 있다"고 말했다.


◎공감언론 뉴시스 [email protected]