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- 작성자응용화학부
- 작성일2026-10-07
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- 작성자응용화학부
- 작성일2026-09-21
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- 작성자응용화학부
- 작성일2026-09-21
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국민대학교(총장 정승렬) 화학과 도영락 교수 연구팀이 차세대 디스플레이의 핵심 소자인 마이크로 발광다이오드(Micro-LED)를 원하는 위치와 방향으로 정밀하게 조립하고, 잘못 배치된 소자를 수리한 뒤 다른 기판으로 전사할 수 있는 통합 조립 기술을 개발했다. 이번 연구는 마이크로 LED 상용화의 주요 과제로 꼽히는 대량 정렬(Mass Assembly), 칩 방향 제어, 불량 픽셀 수리, 대량 전사 등 여러 제조 공정을 하나의 물리적 정렬 플랫폼에서 연계할 수 있는 방법을 제시했다. 마이크로 LED는 높은 밝기와 에너지 효율, 빠른 응답속도, 긴 수명 등의 장점을 갖고 있다. 그러나 대면적·고해상도 디스플레이를 구현하려면 방대한 수의 마이크로 LED 칩을 정확한 픽셀 위치에 배치해야 한다. 특히 유체 조립 과정에서 높은 전사 수율을 확보하더라도 칩의 오배치나 방향 오류가 발생할 수 있어, 이를 효과적으로 수리하는 기술이 중요한 과제로 남아 있다. △ 사진= 마이크로 LED ‘조립-수리-전사’ 통합 플랫폼 연구팀은 이를 해결하기 위해 유전영동(Dielectrophoresis, DEP)에 주입-흡입 프린팅(Injection-Suction Printing, ISP)을 결합한 ‘유전영동 기반 주입-흡입 프린팅(DEP-ISP)’ 기술을 개발했다. 이 기술은 전기장에 의해 마이크로 LED 칩에 작용하는 유전영동 힘과 회전 토크, 주입·흡입 과정에서 발생하는 유체력을 정밀하게 조절하는 것이 핵심이다. 유전영동 힘을 이용해 칩을 원하는 서브픽셀 위치로 이동시키고, 회전 토크를 통해 칩의 앞면과 뒷면 방향까지 제어한다. 여기에 주입-흡입 프린팅을 결합해 정상적으로 정렬된 칩은 유지하면서 불필요하거나 잘못 배치된 칩만 선택적으로 제거할 수 있도록 했다. 특히 정상 방향으로 정렬된 칩은 유전영동 힘으로 고정하고, 잘못된 방향의 칩은 흡입 과정에서 발생하는 유체력을 이용해 제거한 뒤 빈 위치를 다시 채우는 자기보정형 수리 공정을 구현했다. 이를 통해 조립과 방향 정렬, 불량 제거, 재조립을 하나의 공정 안에서 연속적으로 수행하도록 만들었다. 반복 검증 결과 수리 이후 평균 조립 수율은 99.8%, 방향 정렬 수율은 100%를 기록했다. 연구팀은 마이크로 LED의 측면과 상부에 SiO₂ 층을 형성해 칩의 유전 특성을 조절하고, 유전영동 힘과 회전 토크의 작용을 최적화해 방향 선택성도 향상시켰다. 이는 향후 발광 특성뿐 아니라 조립과 전사에 유리하도록 마이크로 LED 자체의 구조를 설계하는 방식으로 확장될 수 있다. 주입-흡입 프린팅은 기존 유체 조립 방식과 달리 필요한 영역에만 소량의 칩 용액을 주입한 뒤 다시 회수할 수 있다는 특징도 갖는다. 유전영동 힘으로 원하는 위치의 칩을 유지하면서 흡입 유체력으로 불필요한 칩을 제거할 수 있고, 동일한 칩 용액을 반복 사용할 수 있어 칩과 용매 사용량을 줄일 가능성도 확인했다. 전사 공정에서도 높은 정밀도를 확보했다. 연구팀은 유전영동 힘으로 칩의 이동을 억제한 상태에서 PDMS 기반 전사를 수행해 100%의 전사 수율과 최소한의 위치 변위를 기록했다. 이후 실제 마이크로 LED 어레이를 제작해 발광을 확인함으로써 소자 제작 공정에 적용할 수 있는 가능성도 검증했다. 이번 연구는 마이크로 LED 제조 과정에서 칩을 빠르게 배치하는 데 그치지 않고, 칩에 작용하는 유전영동 힘과 회전 토크, 유체력을 정밀하게 제어해 정밀 조립부터 방향 제어, 불량 수리, 재조립, 전사까지 제조 과정 전반의 수율을 높일 수 있는 통합 공정의 가능성을 제시했다. 향후에는 현재 수동으로 수행한 주입-흡입 공정을 펌프와 밸브, 다중 노즐 디스펜서 등과 결합해 자동화하고 대면적 기판으로 확장하는 연구가 이어질 예정이다. 이번 연구에는 국민대 화학과 어윤재 박사가 제1저자로 참여했으며, 도영락 교수가 교신저자로 연구를 주도했다. 연구 결과는 ‘Dielectrophoretic Assembly, Repair, and Transfer Technology for Micro-LED Display Boosted by Injection-Suction Printing’이라는 제목으로 국제학술지 Advanced Functional Materials 온라인판에 게재됐으며, 향후 발간되는 오프라인판의 Front Cover로도 선정됐다. 이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다. #국민대학교 #국민대 #화학과 #도영락교수 #기술개발 #연구
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- 작성자응용화학부
- 작성일2026-09-02
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국민대학교(총장 정승렬) 화학과 김영훈 교수 연구팀의 이유빈 학생은 성균관대학교 이보람 교수, 한양대학교 이태경 교수 연구팀 등과의 공동 연구를 통해 재료과학 분야의 세계적 권위 국제학술지 ‘Advanced Functional Materials’에 ‘Direct Integration of Conductive, Emissive Perovskite Nanocrystals into Efficient Light-Emitting Diodes Without Post-Synthetic Ligand Exchange’라는 제목의 연구 논문을 게재한다. 이 학술지는 기능성 소재와 나노기술, 화학, 물리 등 재료과학 전반의 혁신적인 연구를 다루는 세계적인 학술지로, 피인용지수(Impact Factor) 19.9를 기록하며 JCR 기준 상위 5% 이내에 속하는 저명한 국제학술지이다. 페로브스카이트 나노결정(Perovskite Nanocrystals, PNCs)은 높은 발광 효율과 우수한 색순도, 용액 공정성을 갖춰 차세대 디스플레이용 발광다이오드(LED)의 핵심 소재로 주목받고 있다. 그러나 기존 합성법으로 제조된 페로브스카이트 나노결정의 표면에는 긴 탄화수소 사슬을 갖는 유기 리간드가 다량 존재하며, 이러한 리간드는 전기적으로 절연성이 높아 나노결정 간 전하 이동을 방해한다. 이에 고성능 소자를 제작하기 위해서는 합성 후 긴 리간드를 짧은 리간드로 교체하는 별도의 ‘후합성 리간드 교환(post-synthetic ligand exchange)’ 공정이 일반적으로 요구되어 왔다. 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 SN2 반응 기반의 heat-up 합성법을 이용해 나노결정의 표면 화학을 합성 단계에서부터 제어했다. 이를 통해 기존 나노결정 표면에 존재하던 oleate 리간드의 양을 크게 줄이고, 대신 Br⁻가 풍부하게 표면을 안정화하는 저리간드 밀도의 CsPbBr₃ 페로브스카이트 나노결정을 구현했다. 특히 OAM/Br⁻ 표면 조합은 기존 OAM/oleate 조합보다 안정적인 표면 결합을 형성해 낮은 유기 리간드 밀도에도 불구하고 표면 결함 형성을 억제하고 우수한 광학적 특성을 유지할 수 있음을 실험 및 이론 계산을 통해 규명했다. 또한 개발된 페로브스카이트 나노결정 박막은 기존 방식으로 합성한 나노결정에 비해 낮은 에너지 무질서와 향상된 결정 배열 특성을 나타냈으며, 나노결정 사이의 전하 이동 또한 크게 향상됐다. 이에 따라 별도의 후합성 리간드 교환 과정을 전혀 거치지 않고 나노결정을 발광층에 직접 적용한 LED에서 최대 외부양자효율(EQE) 11.4%를 달성했다. 이는 기존 방식으로 합성한 페로브스카이트 나노결정을 적용한 소자의 2.7%와 비교해 약 4배 향상된 수치이다. 최대 휘도 역시 59 cd m⁻²에서 314 cd m⁻²로 5배 이상 향상됐으며, 발광 스펙트럼의 반치폭(FWHM)은 21 nm에서 17 nm로 감소해 높은 색순도를 동시에 구현했다. 이번 연구의 가장 큰 의의는 고성능 페로브스카이트 나노결정 소자 구현을 위해 필수적인 단계로 여겨져 온 후합성 리간드 교환 공정을 생략할 수 있음을 보여준 데 있다. 합성 단계에서부터 나노결정의 표면 리간드 밀도와 할라이드 패시베이션을 정밀하게 제어함으로써 우수한 발광 특성과 높은 전기전도성을 동시에 확보했으며, 이를 실제 LED 소자에 직접 적용할 수 있음을 입증했다. 이러한 결과는 향후 페로브스카이트 나노결정을 활용한 발광소자의 공정을 단순화하고, 다양한 광전자 소자로의 직접 적용 가능성을 확대할 수 있을 것으로 기대된다. 특히 이번 연구에는 국민대학교 화학과 이유빈 학생이 김지건 연구원, 성균관대학교 석경은 연구원과 함께 공동 제1저자로 참여해 연구의 의미를 더했다. 이유빈 학생은 페로브스카이트 나노결정의 표면 특성 분석 및 발광소자 적용을 비롯한 연구 수행에 참여했으며, 차세대 광전자 소재 및 소자 분야에서 연구 역량을 입증했다. 한편, 본 연구는 국민대학교 김지건 연구원과 이유빈 학생, 성균관대학교 석경은 연구원이 공동 제1저자로 참여했으며, 한양대학교 이태경 교수, 성균관대학교 이보람 교수, 국민대학교 김영훈 교수가 공동 교신저자로 참여했다. #국민대학교 #국민대 #화학과 #논문 #학술지게재 #수상
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- 작성자응용화학부
- 작성일2026-09-02
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- 작성자응용화학부
- 작성일2026-07-15
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▲ (왼쪽부터) 응용화학부 캡스톤디자인 경진대회 - 대상 SPARK 팀장 정다민 학생, 최우수상 나노프린세스 팀장 김동현 학생, 우수상 찾AZO 팀장 강준명 학생 지난 6월 국민대학교 과학기술대학 응용화학부에서 2026학년도 1학기에 제2회 캡스톤디자인 경진대회를 진행했다. 대상 SPARK 팀(정다민(팀장), 유시현, 고나경 학생)은, '휴대용 라만 분광 시스템을 활용한 생활 플라스틱 현장 즉각 판별 기술 개발', 최우수상 나노프린세스 팀(김동현(팀장), 신동철, 강동훈, 유강민 학생)은, 'AI 가속 소재 탐색 플랫폼 도입을 위한 고처리량 공정 최적화'에 대해, 우수상 찾AZO 팀(강준명(팀장), 강은정, 박태호, 송수민 학생)은, 'AZO 투명전극 기반 fin LED 소자 제작'을 발표하여 수상하였다. 국민대학교 응용화학부 학부장 김영훈 교수는 "지난 겨울에 이어 두 번째로 푸른 여름에도 응용화학부에서 학과 자체적으로 캡스톤디자인 경진대회를 진행하게 되어 학생들의 노력한 시간을 볼 수 있어 좋지만 마지막 경진대회라 아쉽다"며 "혹시 추후에 학과에서 다른 행사나 대회가 열리게 된다면 앞으로도 많은 학생이 참여하여 다양한 혜택 받아가기를 기대한다"고 전했다.
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- 작성자응용화학부
- 작성일2026-07-02
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- 작성자응용화학부
- 작성일2026-06-26
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- 작성자응용화학부
- 작성일2026-06-16
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국민대학교(총장 정승렬) 화학과 도영락 교수 연구팀이 차세대 디스플레이 핵심 기술로 주목받는 초소형 마이크로·나노 LED(micro-/nano-LED) 분야의 난제를 해결할 새로운 원천 기술을 제시했다. 연구팀은 하향식(top-down) 나노공정 기반 Fin-LED 구조에 자외선(UV) 조사로 유도되는 수분 흡착(UV-irradiated moisture adsorption, 이하 UVIMA) 표면 제어 기술을 도입해, 5 μm 이하 초소형 LED에서 불가피하다고 여겨졌던 치명적 효율 저하 문제를 근본적으로 개선할 수 있음을 입증했다. 마이크로·나노 LED는 유기발광다이오드(OLED) 대비 높은 밝기와 긴 수명, 우수한 에너지 효율을 갖춘 차세대 디스플레이 기술로 평가된다. 그러나 칩 크기가 수 마이크로미터 이하로 미세화될수록 건식 식각 공정에서 발생하는 Shockley–Read–Hall(SRH) 결함과 표면의 dangling bond로 인해 비발광 재결합이 증가해 발광 효율이 급격히 저하되는 문제가 있었다. 기존 SiO₂·Al₂O₃ 무기 나노박막 코팅 기반 패시베이션은 일부 SRH 결함 완화에는 효과적이었으나, 가장 치명적인 dangling bond 문제에 대해 근본 해법을 제시하지 못해 5 μm 이하 초소형 LED 상용화의 주요 난제로 남아 있었다. 연구팀은 저손상 건식 식각–습식 식각–UVIMA를 결합한 순차적 나노공정을 새롭게 설계했다. 특히 UVIMA 공정은 자외선 조사 과정에서 공기 중 수분을 광화학적으로 활성화해 LED 표면에 화학적으로 흡착시키는 방식으로, 식각 과정에서 형성된 dangling bond를 효과적으로 안정화하는 것이 핵심이다. 이 과정에서 기존 GaN 기반 마이크로·나노 LED에서는 거의 활용되지 않았던 지연 발광(delayed luminescence) 메커니즘이 활성화되며, SRH 결함 및 dangling bond에 포획돼 비발광 손실로 간주되던 전자를 다시 발광에 기여하는 경로로 전환시킨다. 연구팀은 시간분해 발광(time-resolved photoluminescence, TRPL) 및 온도의존 발광(temperature-dependent photoluminescence, TDPL) 분석과 다양한 결정구조 분석을 통해, 결함이 단순 손실원이 아니라 발광 효율 향상에 기여하는 요소로 전환될 수 있음을 실험적으로 입증했다. 그 결과, sub-5 μm 마이크로·나노 크기의 InGaN/GaN Fin-LED에서 내부 양자 효율 70.9%, 외부 양자 효율 16.5%, 전기발광 휘도 약 18,000 cd/m²를 달성하며, 초소형 마이크로 LED가 산업적 활용이 가능한 성능 수준에 도달했음을 보여주었다. 또한 Fin-LED 구조는 유전영동(dielectrophoretic) 기반 조립 기술을 통해 전극 위에 정렬 배치가 가능해 초고해상도 픽셀 제조 공정으로의 확장성도 확보했다. 연구팀은 64×64 sub-pixel 패시브 매트릭스 이미지를 구현하여 손목시계·자동차용 디스플레이는 물론 고해상도 디스플레이 응용 가능성을 실험적으로 확인했다. 도영락 교수는 “초소형 LED의 성능 한계는 미세 공정에서 발생하는 SRH 표면 결함과 dangling bond에서 비롯된다”며 “이번 연구는 UV와 물 기반의 광화학적 표면 제어 기술로 지연 발광이라는 물리적 메커니즘을 활용함으로써, 마이크로·나노 LED에서도 상용화 수준의 효율 구현이 가능함을 보여준 점에서 의미가 크다”고 말했다. 이번 연구에는 국민대학교 화학과 이승제 박사가 제1저자로 참여했으며, 한국전자기술연구원, 경희대학교, 홍익대학교가 공동 연구기관으로 함께했다. 연구 결과는 국제 저명 학술지 Nano Energy 온라인판에 게재됐으며, 한국연구재단과 한국산업기술기획평가원(KEIT)의 지원을 받아 수행됐다. 본 성과는 5 μm 이하 마이크로·나노 LED 디스플레이의 최대 장애 요소였던 효율 저하 문제를 메커니즘 수준에서 해결한 나노공정 기반 광기술 플랫폼으로, 향후 고해상도 무기발광 디스플레이 및 차세대 패널 산업 전반에서 저비용·고효율 micro-/nano-LED 상용화를 가속화할 핵심 원천 기술로 기대를 모으고 있다. #국민대학교 #국민대 #화학과 #도영락교수연구팀 #초소형마이크로나노LED #NanoEnergy온라인판
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- 작성자응용화학부
- 작성일2026-06-02
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