대구경북과학기술원(이하 DGIST) 에너지공학과 이종수 교수 연구팀이 포토레지스트(감광막) 없이 빛만으로 양자점(QD)을 초고해상도로 패터닝하는 ‘직접 광리소그래피(DOL)’ 기술을 개발했다고 1일 밝혔다.연구팀은 이 기술을 통해 약 2㎛(6350DPI) 수준의 초미세 패턴을 구현했으며 고성능 QLED 제작을 위한 크로스링커 선택 가이드라인도 제시했다.양자점은 머리카락 굵기의 10만분의 1 수준인 초미세 반도체 입자로, 크기에 따라 발광 색을 자유롭게 조절할 수 있어 색 재현력이 뛰어난 차세대 디스플레이 소재다. 그러나 기존 포토레지스트 기반 패터닝 공정은 복잡한 절차와 발광 성능 저하, 패턴 변형 등의 한계가 있었고, 잉크젯 및 마이크로콘택트 프린팅 역시 해상도와 정밀도에서 제약을 받았다.연구팀은 이를 해결하기 위해 자외선(365㎚)에 반응하는 디아지린(diazirine) 기반 크로스링커 TDBA를 도입했다. TDBA는 양자점 표면에 직접 결합하는 ‘카복실산 작용기’와 빛에 반응하는 ‘디아지린 구조’를 동시에 갖추고 있어 빛 조사 한 번으로 양자점과 화학 결합을 형성하며 초미세 패턴을 안정적으로 구현할 수 있다. 이를 통해 연구팀은 기존 한계를 뛰어넘어 초고해상도 패터닝에 성공했다.또 티올(thiol) 기반의 PETMP를 활용한 후처리 과정을 통해 양자점 표면 결함을 최소화해 양자효율(PLQY)을 높였다. 이를 적용한 QLED 소자는 최대 외부양자효율 10.3%, 최대 휘도 99,369cd/㎡를 기록하는 등 세계적 수준의 성능을 입증했다. 특히 R/G/B 양자점을 활용한 반투명 QLED에서도 양면 발광이 가능함을 확인해 차세대 투명 디스플레이 응용 가능성도 열었다.연구팀은 제작 기술 개발에 그치지 않고, 크로스링커 분자 구조가 양자점 발광 및 전기적 특성에 미치는 영향을 심층 분석했다. 양자역학 기반 밀도범함수 이론(DFT)으로 황(S) 원자가 포함된 TBBT와 황이 없는 BPDT를 비교한 결과, BPDT가 더 높은 전도성을 보여 QLED 성능 향상에 유리하다는 사실을 밝혀냈다.이 교수는 "양자점의 고유한 발광 특성과 전기적 특성을 유지하면서 안정적으로 제작할 수 있는 방법과 소재 선택 기준을 함께 제시했다”며 “AR·VR 등 차세대 디스플레이 상용화를 크게 앞당길 수 있을 것”이라고 말했다.이번 연구는 한국연구재단과 국가과학기술연구회의 지원을 받아 수행됐으며, 양자점 전문기업 DCT와 한국기초과학지원연구원이 공동 참여했다. 연구 성과는 재료화학 분야 권위 학술지 Nano Letters(IF 9.1)와 ACS Nano(IF 16.0)에 각각 게재됐다.