기사 메일전송
  • 기사등록 2022-03-02 13:00:02
기사수정


▲ (왼쪽부터) KAIST 기계공학과 김형수 교수, 편정수 박사과정 학생



[기계신문] KAIST 기계공학과 김형수 교수 연구팀이 디스플레이 소자의 핵심 물질인 퀀텀닷의 마름 자국을 패턴의 형태에 상관없이 원형부터 다각형까지 완벽하게 균일 패터닝할 수 있는 기술을 구현했다.


최근 퀀텀닷은 차세대 핵심 디스플레이용 소재로 각광받고 있다. 이를 잉크젯 프린팅 기술을 이용해 패터닝하려는 노력을 크게 하고 있지만, 양산성이나 해상도의 제한적 문제 그리고 공정 과정 중에 발생하는 커피링 현상으로 효율이 크게 떨어지는 이슈가 큰 문제로 지적되고 있다.


커피링 자국은 용매 방울이 고체 표면 위에서 마르면서 물방울 표면의 상대적 불균일 증발률 때문에 발생하게 된다. 김 교수는 커피링을 제어하는 연구를 수년간 해오면서 얻은 노하우를 바탕으로 최근 획기적으로 커피링을 소멸시키는 기술을 발표한 바 있다.


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


이번 연구에서는 퀀텀닷 패턴의 기하학적 형태에 무관하게 커피링을 완전히 소멸시킬 수 있는 기술을 소개한다. 연구팀은 퀀텀닷이 녹아있는 용매의 성분을 적절히 조율하고 이 액적을 복잡한 물리-화학적 공정 없이 단순 증발 과정을 거쳐 100 ㎛ 수준의 커피링이 전혀 없는 균일 패턴을 구현하는 데 성공했다.



▲ 다중배열 균일한 퀀텀닷 패턴 제작 기술. a) 마이크로 QD 배열의 제조 공정. b) QD 이원 혼합물 방울이 증발한 후 QD 마이크로 커피링 다각형 패턴. c) 밀리미터 크기의 녹색 QD 다각형 패턴. d–f) 삼각형, 정사각형 및 육각형 패턴의 QD 마이크로 크기 배열. g-i) 패턴별 실제 두께 및 발광 균일도 비교도



QLED용 퀀텀닷 패턴은 주변의 공정 요인에 민감하게 변화할 수 있는데, 연구팀은 잉크젯 기반의 토출식 프린팅 기술에 집단 액적의 증발을 통한 자발적으로 발생하는 상호 마랑고니 작용 효과들을 이용해 소재의 손상을 방지하고 패턴의 균일도를 확보했다.


실험적 기술 개발뿐 아니라 이론 모델을 바탕으로 마랑고니 발생 원리와 마랑고니 혼합 유동의 세기 조절에 대한 근본적 설명과 제어 변수들을 제공하고 있다.


김형수 교수는 이번 연구 결과를 실제 디스플레이 양산을 위한 잉크젯 프린팅 공정에 활용하면 적녹청 퀀텀닷 패턴을 물리-화학적 복잡한 공정 없이 높은 효율의 차세대 QLED 디스플레이 구현에 적용 가능할 것이라고 설명했다.


또한 이번 커피링을 없애는 기술을 이용해 인쇄전자에 사용되는 값비싼 소재들로 확대하면 효과적으로 대면적 프린팅할 수 있고 패터닝 공정도 간소화돼 경제성을 높이는 데 기여할 것”이라고 강조했다.


한편, 한국연구재단의 지원을 받아 개인 기초 중견연구(NRF-2021R1A2C2007835)의 지원을 받은 이번 연구는 KAIST 신소재공학과 정연식 교수 연구팀과 협업을 통해 수행됐다.


또, KAIST 기계공학과 편정수 박사과정이 제1저자로 참여한 이번 연구 결과는 국제학술지 어드밴스드 사이언스(Advanced Science)에 지난 2월 7일자 온라인 출판됐다.


기계신문, 기계산업 뉴스채널

권혁재 기자 hjk@mtnews.net

관련기사
기사수정
나도 한마디
※ 로그인 후 의견을 등록하시면, 자신의 의견을 관리하실 수 있습니다. 0/1000
서브광고_우진테크
서브우측_대성지티
서브우측_드라스타
서브광고_오토기전
서브광고_영기풀리미
서브우측_글로벌자동기기
서브우측_태진기전
모바일 버전 바로가기