미국에 본사를 둔 양자점(Quantum Dot) 전문기업 크리스탈플렉스(Crystalplex)는 카드뮴을 사용하지 않는 ‘사파이어’(Sapphire™) 양자점을 개발했다고 지난 23일 밝혔다.

양자점은 수 나노미터 크기의 단일 또는 화합물 반도체 입자로서 입자 크기에 따른 양자 구속효과가 발생해, 특이한 전기적·광학적 물성을 나타내는 소재다. 가시광선 영역에서 발광효율이 100%에 근접하기 때문에 특히 디스플레이에 적용하면 색을 구현하는 픽셀(pixel)들을 더욱 작게 만들 수 있고 색재현성이 우수하기 때문에 차세대 디스플레이 소재로 각광받고 있다.

그러나 지금까지 양자점 소재로서 카드뮴, 납 등의 중금속을 포함하는 화합물 반도체 소재가 많이 연구돼 왔으나 인체에 미치는 독성 문제로 인한 사용규제로 중금속을 사용하지 않는 양자점을 개발하는 것이 업계의 큰 관심사였다.

12년 동안 나노입자 연구개발을 진행해온 크리스탈플렉스는 기존의 합금 경도(alloy gradient) 양자점 플랫폼을 기반으로 무카드뮴 ‘사파이어’ 양자점을 양산할 수 있는 기술을 개발했다. 이들 양자점은 카드뮴이 들어가지 않고 특허 받은 합금 경도 나노결정 구조를 사용함으로써 부동태화하고 투명한 사파이어 피복(AIM™)으로 보호받을 수 있게 된다. 그 결과 카드뮴 기반 나노결정체와 같은 밝기를 나타냈다.

크리스탈플렉스는 허가 받은 기존의 합금 경도 양자점과 출원 중인 다른 자산과 함께 무카드뮴 ‘사파이어’ 양자점에 대해서도 특허를 추진하고 있다. 회사는 이 기술을 통해 ‘사파이어’ 양자점을 함유한 잉크, 필름, 열가소성 수지 성형 부품 등을 개발할 수 있고 고급 건축물 조명과 농업용 조명을 포함한 다양한 광전자 제품군에 양자점 채용을 가속화할 것으로 기대했다.

크리스탈플렉스의 리안후아 쿠(Lianhua Qu) 최고기술책임자(CTO)는 “균일한 크기와 형태의 양자점을 생산하여 산화알루미늄을 3~4 원자 정도의 매우 얇은 두께로 도포함으로써 양자점을 환경으로부터 보호할 수 있게 한다”며 “이 사파이어 AIM™피복은 회사의 카드뮴 함유 양자점과 새로 개발한 무카드뮴 양자점 모두의 안정성과 긴 수명을 확보하게 한다”고 밝혔다.

매트 부트먼(Matt Bootman) 크리스탈플렉스 사장 겸 최고경영자(CEO)는 “다른 양자점은 그 크기나 형태를 변경하여 출력 파장을 조정해야 하지만 우리 회사의 양자점은 크기가 아니라 반도체 비율을 바탕으로 출력을 조정한다”며 “이를 통해 회사의 양자점은 2나노미터 범위 안에서 목표 방사 파장을 안정적으로 맞출 수 있게 됐다”고 밝혔다.