CSOT, 최신 퀀텀닷 패너닝 기술 개발, 고성능 QLED에 적용 가능

 

OFweek: 2021/08/04

https://display.ofweek.com/2021-08/ART-230001-8220-30515228.html

 

 

8월 4일, CSOT는 자사의 디스플레이 기술혁신센터의 신소재개발팀이 1000PPI 이상의 풀컬러 대면적 퀀텀닷(QD) 패턴화 컬러 필름 및 고성능 QLED 소자의 제조할 수있는 새로운 형태의 선택성 전기 증착 기술을 개발했다고 밝힘.

 

CSOT의 기술혁신센터는 난팡커지대학(南科大), 베이징대학(北京大)과 함께 최근 국제적으로 유명한 저널인 "Nature Communications"의 온라인판에 "Large-Area Patterning of Full-Color Quantum Dot Arrays Beyond 1000 Pixels Per Inch Selective Electrophoretic Deposition"의 연구 논문을 게재하였음.

 

퀀텀닷 재료는 크기, 발광 파장 조절이 가능하며 발광 스펙트럼이 좁고 발광 효율이 높은 장점이 있어 최근 많은 주목을 받고 있는 소재임. 반도체 기능성 소재로서 표시장치, 조명장치, 태양전지, 광검출기 등의 분야에서 응용 잠재력이 풍부함.

 

자료에 따르면, 지금까지 포토리소그래피, 잉크젯 인쇄, 스탬프 전사, 미세 접촉 프린팅, 나노임프린팅 등과 같은 다양한 기술이 패턴화 및 픽셀화된 QD 소자 처리에 사용되었지만, 이들 기술은 QD 성능에 영향을 미치는 자외선 및 용매, 복잡한 공정 기술, 긴 처리 시간, 낮은 장치 효율성 및 불량한 반복성 등의 단점을 가지고 있었음. 따라서 이러한 단점을 극복하여 QD를 상용화하기 위하여 새로운 퀀텀닷 패터닝 기술의 개선과 개발이 필수적임.

 

연구팀은 편광 발광 양자봉을 질서있게 배열하기 위해서는 고주파 교류 전기장이 필요하다는 점에 주목하고, 그렇지 않으면 침전 현상이 일어날 수 있다고 분석했음. 무기반도체 원자핵과 유기 리간드(ligand) 외피로 구성된 콜로이드 QD는 그 리간드가 용액에서 해리 상태에 있을 수 있음. 따라서, QD의 표면은 음이온 또는 양이온이 풍부하게 되며, 대전된 QD는 전기장의 작용으로 인해 반대 전하를 띤 전극에 침착될 수 있음.

 

이를 바탕으로 연구팀은 고해상도 포토리소그래피 미세전극 기술과 부드러운 전기증착 기술을 결합한 새로운 형태의 QD 선택적 전착(SEPD) 패터닝 기술을 개발해 단일 전극에서 고효율, 균일, 대면적의 풀컬러 QD 패턴 필름을 구현했음.

 

연구팀은 합리적인 용매와 리간드 설계를 통해 먼저 단일한 전기적 성질을 띤 QD를 얻었고, 양극과 음극의 동시 증착과 다색 퀀텀닷이 증착되는 동안 교차 오염을 효과적으로 방지했음.

 

공정을 통해 얻어진 QD 필름은 제어 가능하고 균일한 피처 크기(2μm-20μm)를 가지며 어떤 패턴으로도 증착될 수 있음. 또한 필름은 우수한 형상, 질서 있는 구조 및 우수한 광학 특성을 가지며 표면 형상의 퇴적도 및 굴절률(N = 1.7-2.1)은 넓은 범위에서 조정이 가능하여 다양한 조건에서 필요한 퀀텀닷 필름을 얻을 수 있음. 그 결과, 기존의 용액 처리 방법(스핀 코팅 및 잉크젯 인쇄)보다 더 높은 PL 발광 능률을 실현해 낼 수 있음. 또한, 전기 증착 전압과 퀀텀닷 농도 조절을 통하여, 패턴화된 퀀텀닷 필름의 두께를 수 나노미터에서 수십 미크론 범위에서 정밀하게 조절할 수 있음.

 

연구팀은 한걸음 더 나아가 방출 특성이 다른 퀏텀닷을 대면적 어레이에 집적해 풀 컬러 화소를 형성하고 고성능 QLED 전계발광 소자를 제작해 내었음.

 

QLED의 전류 효율은 77cd/A(G)와 54cd/A(R)로 현재 잉크젯 프린팅 소자와 수준이 비슷함. 용매와 재료 선택의 보편성, 구조의 제어 가능성 및 장치의 우수한 성능으로 인해 SEPD(선택적 전기 증착 기술)가 발전 잠재력이 큰 나노 입자 패터닝 처리 기술임을 확인할 수 있었음.

 

패터닝된 필름은 다양한 크기의 LCD, 청색광 OLED 디스플레이, Blue Micro LED의 색전환층 및 QLED 자발광 디스플레이의 요구를 만족시킬 수 있음. 아울러 저해상도, 중간 해상도, 고해상도 디스플레이 기기에 적용될 수 있으며, 태양광 기기 및 퀀텀닷 검출기 분야에서도 그 응용 가능성이 매우 밝음. 이 연구 결과는 CSOT의 첨단 기술 분야에서 지속적인 탐구와 협력의 결실로 선택적 전기 증착 필름 불균일 및 커피링 효과(Coffeering effect: 색소가 잉크방울 가장자리에 침착되는 현상)를 크게 개선했으며 이는 잉크젯 인쇄 기술의 강력한 보안책으로 여겨 짐.

 

CSOT 디스플레이기술혁신센터의 자오진양(赵金阳) 박사가 이 논문의 제1저자이며, 이 센터의 전자화학재료 부서장인 천리슈엔(陈黎暄), 베이징대학의 장성둥(张盛东) 교수, 난팡커지대학의 쑨시아오웨이(孙小卫) 교수가 교신저자로 이름을 올렸음.

 

이 연구는 CSOT, TCL 기술연구소, 중국국립자연과학재단, 광둥성(广东省) 핵심 R&D 프로그램, 선전(深圳) 쿵췌(孔雀) 팀 프로젝트의 지원 아래 이루어졌음.