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반도체 나노막대 사용해 빛 손실 문제 해결한 초박막 편광필름 제작

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반도체 나노막대 사용해 빛 손실 문제 해결한 초박막 편광필름 제작

2019.03.20 09:00
이도창(왼쪽)∙김신현(가운데) KAIST 생명화학공학과 교수 연구팀이 반도체 나노막대가 일렬로 배열된 수 나노미터(nm) 두께의 편광필름을 개발했다고 20일 밝혔다. 김다흰 미국 메사추세츠대 화학공학과 박사후연구원(당시 박사과정생)도 1저자로 연구에 참여했다. KAIST 제공.
이도창(왼쪽)∙김신현(가운데) KAIST 생명화학공학과 교수 연구팀이 반도체 나노막대가 일렬로 배열된 수 나노미터(nm) 두께의 편광필름을 개발했다고 20일 밝혔다. 김다흰 미국 메사추세츠대 화학공학과 박사후연구원(당시 박사과정생)도 1저자로 연구에 참여했다. KAIST 제공.

국내 연구팀이 막대한 빛 손실 문제를 안고 있던 기존 편광판을 대체할 새로운 초박막 편광필름을 개발했다. 새로운 광필름 제작으로 디스플레이 두께 최소화, 비용 절감, 성능 강화가 기대된다.


KAIST 생명화학공학과 이도창∙김신현 교수 연구팀이 반도체 나노막대가 일렬로 배열된 수 나노미터(nm) 두께의 편광필름을 개발했다고 20일 밝혔다. 김다흰 미국 메사추세츠대 화학공학과 박사후연구원(당시 박사과정생)도 1저자로 연구에 참여했다.


반도체 나노막대는 막대의 긴 방향을 따라 편광 빛을 독특한 광학 특성이 존재한다. 이를 이용해 디스플레이 분야에서 막대한 빛 손실을 가져왔던 기존 편광판을 대체할 수 있는 나노소재로 주목받고 있다. 단일 나노막대의 편광 특성을 소자 면적 필름에서 구현하기 위해선 나무뗏목처럼 모든 나노막대가 한 방향으로 정렬된 스멕틱 자기조립 구조가 필요하다. 


하지만 실제 소자에 적용하기에 한계가 있다. 수십 나노미터의 길이와 수 나노미터 두께의 나노막대를 대면적에 정렬하기 위해서는 전기장을 유도하는 전극 기판이나 한정된 공간에서 입자를 조립할 수 있는 패터닝된 기판이 필요하다. 전극기판과 패터닝된 기판을 사용해 조립된 나노막대 필름은 두께가 불균일하고 두꺼워 균일할 초박막층을 사용해야하는 필름 소자에는 적합하지 않다.


연구팀은 문제 해결을 위해 공기-용액 계면과 나노막대 간의 인력, 나노막대 간의 인력을 순차적으로 유도해 단일층 두께의 나노막대스멕틱 필름을 제작했다. 길이 30나노미터(nm), 지름 5나노미터(nm)의 나노막대들이 수십 마이크로제곱 면적에 걸쳐 88%의 정렬도로 초박막 필름을 형성한 것으로 나타났다.


연구팀은 “판으로 사용된 공기-용액 계면을 용액 증발과 함께 제거할 수 있고 조립 면적에 제한이 없어 소자 종류에 상관없이 적용할 수 있다”고 “고배열, 고배향을 갖는 다양한 나노입자의 초박막 필름 제작 및 필름 소자에 활발히 사용될 것”이라고 밝혔다. 


이번 연구결과는 국제학술지 ‘나노레터스’ 1월 25일자에 발표됐다.

 

나노막대 표면을 감싸고 있는 리간드 층 밀도에 따른 자기조립구조 모식도와 전자현미경 이미지. KAIST 제공
나노막대 표면을 감싸고 있는 리간드 층 밀도에 따른 자기조립구조 모식도와 전자현미경 이미지. KAIST 제공


 

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