[고려대학교] 디스플레이 및 나노센서 연구실
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2005년, 주병권 교수의 부임으로 설립된 디스플레이 및 나노센서 연구실(Display and Nanosensor Lab., 일명 다이아나 랩)은 고려대학교 공과대학 전기전자공학과 소속 연구실로, 디스플레이(유기 발광 다이오드, 박막 트랜지스터)와 나노 센서(나노 소자 및 공정) 분야의 연구를 진행하고 있습니다. 특히 산업체들(삼성전자, 삼성디스플레이 등)과의 연구 과제를 지향하고 있으며 한국과학기술연구원(KIST), 한국기계연구원(KIMM), 한국세라믹기술원(KICET), 한국생산기술연구원(KITECH), 한국전자기술연구원(KETI), 한국전자통신연구원(ETRI) 등의 연구기관들과도 유기적인 연구를 수행하고 있습니다. 다이아나 랩에서 배출한 동문들은 현재 약 200명에 이르고 있으며 국내외 유수 기업, 연구소, 학교 등 각지에서 산업 발전과 연구, 교육에 이바지하고 있습니다.
OLED(Organic Light-Emitting Diode, 유기 발광 다이오드)는 발광층이 유기화합물로 이루어져 있고, 전류 인가 시 빛을 발산할 수 있는 발광 다이오드(LED)를 말합니다. 전류 인가 시 발광층에서 생성되는 광자들은 기판(유리, 플라스틱 등)과 공기 중의 굴절률 차이로 인한 전반사(Substrate mode), 투명전극(ITO, IZO 등)과 유리기판 사이의 굴절률 차이로 인한 전반사(Waveguide mode), 유기층과 금속층 간의 전자기파로 광전자가 갇히는 SPP(Surface Plasmon Polariton) mode의 원인 등 여러 가지 이유로 인하여 광자의 약 20~30%만이 외부로 추출됩니다. 다이아나 랩에서는 광자가 갇히는 메커니즘을 분석하고 광 손실을 줄이기 위한 구조체를 디자인하여 이를 적용시켜 각 층의 계면에 갇히는 광자들을 추출하여 광 효율을 증가시키는 연구를 진행 중에 있습니다.
그림1. 광 추출 구조체 및 특성 분석
OLED의 주요 발광 방식 중 하나인 형광(fluorescence)은 소자 안정성이 좋지만 열 또는 진동으로 인하여 소멸되어지는 입자(삼중항)들로 인해 내부 양자효율이 최대 25%로 낮다는 단점이 있습니다. 열 활성화 지연 형광(Thermally Activated Delayed Fluorescence, TADF)은 역 계간 전이(Reverse inter-system crossing)를 이용하여 이러한 단점을 개선할 수 있고, 최대 내부 양자효율을 100% 수준까지 상승시킬 수 있는 차세대 OLED 발광 방식입니다. 아직 적, 녹색에 비해 청색 TADF는 낮은 발광 효율과 짧은 수명 문제를 가지고 있기 때문에 OLED, 그리고 향후 양자점(Quantum Dot, QD) OLED 디스플레이용으로써 사용될 수 있도록 청색 TADF OLED의 발광 효율과 수명을 개선하기 위한 연구를 진행하고 있습니다.
그림2. Blue TADF 구조 및 특성분석
유연 센서와 디스플레이용 투명 유연 전극을 개발하는 연구를 진행하고 있습니다. 유연하거나 늘어나도 물리적, 화학적 안정성을 가진 기판 연구와 더불어 전극으로 사용되는 금속(은, 구리 등)을 전기방사(Electro-spinning) 장비를 이용하여 나노 패터닝 하여 투명 유연 전극을 제작하고 특성 분석을 진행하고 있습니다.
그림3. 투명 유연 전극 제작 방법 및 특성 평가
OLED는 수분과 산소에 매우 취약한 유기물과 금속으로 제작됩니다. 수분과 산소를 차단하기 위해 박막 봉지(Thin Film Encapsulation, TFE) 공정이 필수적이며, 박막 봉지는 스퍼터링(Sputtering), 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD), 층별 증착법(Layer by Layer, LBL) 공정 등을 통해 제작할 수 있습니다. OLED에 사용할 수 있는 봉지 막 성능은 수분 투과도(WVTR ≤ 10-6g/㎡/day)와 산소 투과도(OTR ≤ 10-4g/㎡/day)가 요구됩니다. 이를 만족하며, OLED 광 효율도 개선할 수 있는 TFE 최적화 구조를 개발하는 연구를 진행하고 있습니다.
그림4. LBL 공정도 및 투명 배리어 특성 분석
자기 기반 메모리(MRAM: Magnetic-Random Access Memory)는 MTJ(Magnetic Tunnel Junction)의 특성을 이용하는 저항 변화 기반 메모리입니다. DRAM과 달리 비휘발성으로 리프레시(Refresh) 없이 데이터를 보존할 수 있는 장점을 가진 차세대 메모리로써, 현재 MRAM을 이루는 MTJ의 자성 물질과 그 구성의 변화에 따른 자기적 특성 분석 및 환경 조건에 따른 특성 변화, 특히 고온에서의 성질을 연구하고 있습니다.
그림5. MRAM 內 MTJ 소자의 특성 분석
연구 측면 이외에도 단합을 위하여 연구실 행사를 주최하고 있습니다. 워크샵, 홈 커밍 데이 등을 기획하여 연구실원들간 친목 도모와 더불어 선후배들 간의 교류를 통해 학계와 산업계 간 소통의 장도 마련하고 있습니다.
다이아나 랩에 관심이 있는 분들은 하단의 주소 및 연락처 참고 부탁드리며, 추가로 운영하고 있는 블로그에는 디스플레이 및 센서 관련 뉴스, 학업 자료 등이 잘 정리되어 있으니 많은 참조 바랍니다.
■ 전화번호 :02-3290-3671
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■ 블로그 : https://blog.daum.net/jbkist
막강하군요. 화이팅 부럽습니다.노벨상 기대 가져도 되겠죠!