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고온·고습 견디는 신소재 '퀀텀닷' 개발

KAIST, 실리콘 기반 퀀텀닷 실록산 수지 개발···가격 저감 효과 기대 
개발된 퀀텀닷 실록산 수지 및 퀀텀닷 실록산 재료 개념도. <자료=KAIST 제공>개발된 퀀텀닷 실록산 수지 및 퀀텀닷 실록산 재료 개념도. <자료=KAIST 제공>

국내 연구진이 디스플레이의 색상을 세밀하게 표현할 수 있는 신소재 '퀀텀닷'의 발광효율과 안정성을 동시에 높일 수 있는 기술을 개발했다. 

KAIST(총장 강성모)는 배병수 신소재공학과 교수와 이도창 생명화학공학과 교수 공동 연구팀이 고온·고습 환경에서도 안정적으로 보호할 수 있는 퀀텀닷 실록산 수지(실리콘 기반 고분자)를 개발했다고 10일 밝혔다. 

퀀텀닷은 수 나노미터 크기의 반도체 나노 결정이다. 크기 변화에 따라 발광 파장을 쉽게 조절할 수 있고, 넓은 색 표현 범위를 갖고 있어 초고화질의 디스플레이를 구현할 수 있다. 

이에 퀀텀닷은 고분자 수지에 분산된 형태로 필름에 코팅되거나 LED 광원에 도포돼 차세대 디스플레이 핵심 소재로 떠오르고 있다. 

그러나 우수한 발광특성에도 불구하고 고온이나 고습 환경에서 쉽게 산화돼 고유의 발광특성(양자효율)이 급격히 저하되는 한계가 있다. 

균일한 분산을 갖는 퀀텀닷 실록산 수지와 기존 퀀텀닷 상용고분자 수지 비교. <자료=KAIST 제공>균일한 분산을 갖는 퀀텀닷 실록산 수지와 기존 퀀텀닷 상용고분자 수지 비교. <자료=KAIST 제공>
연구팀은 이에 자체 개발한 솔-젤 합성공정을 이용해 열에 강한 실록산 분자 구조 안에 퀀텀닷을 도포했다. 솔-젤 합성공정은 세라믹 또는 유리를 화학물질의 반응을 이용해 고온이 아닌 낮은 온도에서 합성한다. 

실록산 수지가 퀀텀닷을 담는 컵 역할을 하는 동시에 열과 수분을 차단시킴으로써 별도의 차단 필름 없이도 성능을 유지할 수 있게 됐다. 

화학적으로 균일하게 분산된 수지는 85도의 고온, 85도의 고습 뿐 아니라 강산성과 강염기성의 환경에서도 발광특성이 저하되지 않았다고 연구팀은 설명했다. 

연구팀의 기술을 이용하면 별도의 차단필름 없이도 안정적인 퀀텀닷 필름을 제작해 가격을 낮출 수 있다. 향후 청색 LED 광원에 직접 도포해 퀀텀닷의 사용량을 줄이는 동시에 성능을 높일 수 있는 퀀텀닷 디스플레이의 개발이 가능할 것으로 기대된다.

배 교수는 "퀀텀닷이 차세대 디스플레이 소재로 나아가는 시점에서 한계를 극복하고 널리 활용될 수 있는 방안을 제시했다"며 "원천소재를 기반으로 하는 국내 디스플레이 산업의 발전에 크게 기여할 수 있을 것"이라고 말했다.

이번 연구결과는 화학 분야 학술지인 '美 화학회지(JACS)' 지난 12월 21일자에 실렸다. 
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