팀명 : 퀀텀닉스
- 지도교수 : 박시현(전자공학과)
- 과제참여자 : 이경민(전자공학과), 나은철(전자공학과), 이재교(전자공학과), 김홍주(기계공학부), 허의진(음악과)
풀컬러 Micro LED 디스플레이를 위한 페로브스카이트 양자점 색 변환층 제작 및 최적화
디스플레이 산업이 발전함에 따라 마이크로 LED가 차세대 반도체 소자로 각광받고 있다. 마이크로 LED는 높은 해상도, 빠른 응답시간, 높은 에너지 효율성 등 다양한 장점을 가지는 10~100 μm 크기의 LED 소자이다. 풀 컬러 마이크로 LED 디스플레이를 구현하기 위해서는 Red, Green, Blue 각각의 서브픽셀을 필요로 한다. 이를 위해, 각각의 R,G,B 마이크로 LED를 웨이퍼에서 디스플레이 패널로의 전사가 필수적이다. 이러한 이종 전사 방법을 통한 마이크로 LED 디스플레이는, 각각의 R,G,B 칩의 구동 전압이 달라 구동부의 복잡성을 증가시킨다. 또한 마이크로 LED의 크기가 매우 작아 전사 공정의 큰 어려움이 존재하며 이는 마이크로 LED 상용화가 늦춰지는 주요인 중 하나이다. 이종 전사의 어려움을 회피하면서도, 풀컬러 마이크로 LED 디스플레이를 구현할 수 있는 가장 유망한 전략은 양자점(Quantum Dot; QD)을 적용하는 것이다. 양자점은 나노미터 이하의 반도체 결정 입자로, 높은 색 순도, 높은 발광 효율, 손쉬운 발광 파장 조절 등의 장점을 지닌다.
양자점 적용 마이크로 LED는 여기 광원으로 청색 발광 마이크로 LED를 이용하고 청색광을 받아 적색/녹색 빛을 발광하는 양자점을 색 변환층으로 이용한다. 이러한 QD 적용 마이크로 LED는 구동부의 단순화, 공정 로드 축소 등의 장점을 제공하며, 마이크로 LED의 상용화를 앞당길 수 있을 것이라 기대된다. 본 과제에서는 양자점 소재 중 표 1과 같이, 높은 양자효율, 조성에 따른 파장 조절 등의 장점을 지니는 페로브스카이트(Perovskite) 양자점을 이용하여 양자점 색 변환층의 박막 최적화를 목표로 한다. 색 변환층으로써의 양자점 박막을 형성하는 과정에서 발광효율을 높이기 위해서는 고르고, 거칠지 않은 박막을 필요로 한다. 이를 위해 일렉트로 스프레이를 사용한다. 일렉트로 스프레이는 양자점 입자를 용매(solvent)에 용해시킨 후 외부 전기장을 가해주면서 분사시키는 방식으로, 외부 전기장으로 인해 용액이 아주 작은 액적 형태로 분산되게 하여 고른 양자점 박막 형성을 가능하게 한다. 이는 기존의 양자점 코팅 기법(스핀코팅, 잉크젯 프린팅 등)과 비교했을 때, 비교적 쉬운 제어 방식을 가지고, 전 처리 과정이 필요 없으며, 용액의 90% 이상을 사용함으로써 재료 손실을 최소화할 수 있다는 장점을 지닌다