액정단량체(RM, Reactive Mesogen)를 이용해 퀀텀닷(QD) 소재를 균일하게 분산시킬 수 있는 기술이 공개됐다. 이 기술을 활용하면 QD 디스플레이의 발광필터(QDCF) 효율을 높여 색 순도와 발광 효율을 개선하고, 생산 원가를 낮출 수 있을 것으로 기대된다.

이신두 서울대 전기⋅정보공학부 교수는 디스플레이 안에서 고순도 광변환 소재로 사용하는 QD를 뭉치지 않게 고루 분산하는 특허를 등록했다고 20일 밝혔다. QD는 빛이나 전기 에너지를 받으면 특정 색상의 빛을 내는 나노소재다.

디스플레이 업계는 잉크젯 프린팅, 혹은 사진식각(photolithography) 공정을 이용해 QD를 적색⋅녹색 광변환층에 패터닝하는 방안을 연구개발하고 있다. 문제는 발광 효율을 높이기 위해 QD 농도를 짙게 만들수록 서로 뭉친다는 점이다. QD가 특정 영역에서 뭉치면 빛 역시 균일하게 방출할 수 없다.

미숫가루 양을 늘려 진하게 만들면, 서로 뭉쳐 완전히 녹지 않는 현상과 유사하다. 반대로 QD를 균일하게 분산하기 위해 QD 농도를 낮추면 발광 효율이 떨어진다.

업계는 이 같은 문제를 해결하기 위해 QD 최외곽에 리간드(Lignad)를 붙여 입자간 간격을 유지하게 만들었다. QD가 알밤이라면, 리간드는 밤 껍질의 가시다. 리간드가 서로 밀어내 QD끼리 들러붙지 않게 만들어준다. 그러나 QD 표면에 리간드를 붙이는 과정이 복잡해 QD 소재 원가를 높이는 원인으로 지목됐다.

이신두 교수가 출원한 특허는 리간드 없이도 QD가 서로 뭉치지 않게 분산하는 기술이다. QD를 RM에 섞어 화소를 형성하면, RM이 자외선(UV) 경화하는 과정에서 수직 혹은 수평방향으로 나란히 배열하게 된다. 이를 통해 QD를 균일하게 배열시킬 수 있다는 게 이 교수 설명이다. 마치 고정된 틀에 다량의 쇠구슬을 굴리면 빈 공간을 가지런히 채우게 되는 것과 비슷하다.

이는 최근 삼성디스플레이가 파일럿 투자를 진행 중인 ‘QD 디스플레이(QD-OLED)’ 생산에도 적용될 수 있다. 삼성디스플레이는 청색 OLED 발광층 위에 적색⋅녹색 QD를 색변환층(Color Converting)으로 얹어 적⋅녹⋅청색을 구현한다. 이 과정에서 QD는 잉크젯 프린팅 기술을 이용해 패터닝한다.

이신두 교수는 “이 기술을 적용하면 일반 ‘코어+쉘’ 구조의 QD를 서로 뭉치지 않게 할 수 있다”며 “PL(Photoluminescence) 방식의 QD 디스플레이 생산원가를 낮추고, 높은 효율로 제조할 수 있다는 점에서 의미가 있다”고 설명했다.