최근 삼성디스플레이가 퀀텀닷나노LED(QNED) 디스플레이 개발을 추진하면서 세간의 이목이 집중되고 있다. QNED는 번인(화면을 꺼도 이미지가 사라지지 않는 현상)이 없으며, 초고화질에도 소모 전력이 적고 수명이 길다는 장점이 있어 차세대 디스플레이로 각광받고 있다. 이번 호에서는 QNED의 핵심소재인 양자점을 연구하는 나노공학과 배완기 교수 연구실을 인터뷰했다.

Q. QNDL 소개

QNDL(Quantum Nanomaterials & Devices Laboratory)은 차세대 디스플레이 발광소재로 잘 알려진 양자점에 대해 연구한다. 양자점은 2-10nm의 반도체 나노입자를 말한다. QNDL에서는 양자점의 구조 및 조성을 원자 수준에서 제어하여 빼어난 색순도, 높은 광효율, 장시간의 안정성을 지니는 양자점 신소재를 개발하고자 한다. 나아가 이를 디스플레이, 조명, 레이저 및 양자통신용 광원 등에 적용하는 연구도 진행 중이다.

QNDL은 세 가지 실험실로 구성되어 있다. 발광재료인 양자점을 직접 만들어내는 ‘합성 실험실’, 합성된 양자점으로 소자를 제작하는 ‘소자제작 실험실’, 합성된 양자점과 제작된 소자의 성능을 측정하는 ‘광분석 실험실’로 이루어져 있다. 현재 삼성디스플레이와 MOU를 맺고, 차세대 디스플레이용 양자점 잉크 개발 연구실도 운영하고 있다.

Q. 대표적인 연구 활동

QNDL에서는 양자점의 구조제어를 통한 광특성 향상 기술, 양자점 표면 처리를 통한 균일한 박막 형성 기술 및 전하 주입 특성 개선 기술을 개발하여 고효율, 고색군도의 전계발광소자를 구현하는 성과를 이루어냈다.

지도교수인 배완기 교수는 디스플레이 분야에서 권위 있는 학술대회인 IMID의 양자점 관련 초대 분과 위원으로 현재까지 활동 중이며 SID, ICDT와 같은 국제 학회에 다수 초청되어 강의했다. 이러한 연구 성과 및 학계의 기여를 인정받아 2016년에는 Merck Young Scientist Award를 수상하고, 2017년에는 공학한림원 100대 기술 및 주역에 선정되었다.

최근 QNDL의 함동효 학생이 제 26회 휴먼테크논문대상에서 은상(상금 700만원, 삼성전자 입사 혜택)을 수상하며 정병국 학생(제 25회 휴먼테크논문대상 동상 수상, 상금 500만원)에 이어 QNDL에서 2회 연속 수상자가 나왔다. 이는 QNDL의 연구 수준을 잘 보여주는 대표사례기도 하다.

Q. 하나의 연구를 진행하는 과정

QNDL에서는 학생들이 교수와 함께 토의하며 연구주제를 정한다. 이후 ‘합성 실험실’에서 연구주제에 따라 양자점의 입자 크기, 모양 및 재료조성에 대한 조건을 변화시키며 여러 소재를 합성한다. 성공적으로 합성된 양자점 샘플은 ‘광분석 실험실’에서 양자점 1개 단위로 세밀하게 분석되며, ‘소자제작 실험실’에서 디스플레이 소자의 핵심 광원으로 적용된다. 다시 ‘광분석 실험실’에서 제조된 소자의 발광특성을 분석한 후, 데이터를 정리하고 연구과정을 마무리 짓는다. 이러한 과정에서 흥미로운 정보를 발견하면, 매주 수요일마다 있는 회의나 교수의 강의시간에 정보를 공유한다.

Q. QNDL 자랑

우선 QNDL에는 양자점 합성뿐만 아니라 광특성 분석, 소자 제작 등 양자점과 관련된 모든 연구를 할 수 있는 환경이 조성되어 있다. 연구실 구성원 모두 양자점을 연구하기 위한 최적의 실험실이라고 입을 모아 자부한다. 이외에도 원활한 업무처리를 장려하는 차원에서 박사과정 연구원들에게 노트북을 지원하고, 연구원들에게 매년 국내외 학회 참여 기회도 제공한다. 현재는 매년 브라질로 파견 연구를 지원하고 있으며 미국, 독일과의 연구 교류도 추진 중이다.

연구원들의 활동에 도움을 주는 부분이 많은 배완기 교수도 QNDL의 자랑거리다. 배완기 교수는 “연구실의 출퇴근 시간은 8 to 5로, 저녁이 보장된 삶을 항상 강조합니다. 또한 각 연구원들의 연구주제들을 하나하나 상담해 주려고 노력합니다. 연구원들의 학문 증진을 위해 매주 직접 강의를 하거나, 우수연구 주제를 중심으로 세미나를 진행하기도 합니다.”라고 덧붙였다.

Q. 후배들에게 해주고 싶은 말

QNDL에 들어오기 위해서 정해진 요구조건은 없습니다. 다만 처음에 실험 장비와 기구들을 다루는 게 어렵게 느껴질 수 있으므로 배우고자 하는 굳은 의지가 필요합니다. 또한 성공적인 연구결과에 이르기까지 많은 공부가 필요하므로 연구에 관한 강한 열정도 필요합니다. 주로 공부하는 분야는 양자역학, 고체물리, 광학, 디스플레이공학 등에 기반한 내용입니다. 따라서 이와 같은 과목들을 미리 수강하고 들어온다면 이후 연구가 수월할 것입니다.

QNDL을 통해 모든 연구원들이 원하는 바를 다 성취할 수 있었으면 좋겠습니다. 이를 위해서 연구원들이 적극적으로 참여할 수 있는 수평적 연구 문화를 마련하고, 연구원들에게 장학금 지원, 해외 방문 연구 기회 등 최대한의 혜택을 제공할 수 있도록 더욱 노력하겠습니다. 항상 꿈꾸고 노력하는 QNDL이 됩시다. 파이팅! (배완기 교수)