보고서 정보
주관연구기관 |
가톨릭대학교 Catholic University of Korea |
연구책임자 |
박종욱
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2016-10 |
과제시작연도 |
2015 |
주관부처 |
산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 |
TRKO201800039831 |
과제고유번호 |
1415142325 |
사업명 |
소재부품기술개발 |
DB 구축일자 |
2018-11-03
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키워드 |
이미지 센서.씨모스.색재.유기 염료.유기 포토-다이오드.p-n 접합.
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초록
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핵심기술
○ 청, 녹, 적색에 대하여 높은 광전효율을 갖는 우수한 p,n-type 재료 개발
○ 청, 녹, 적색에서 최대 흡수 피트를 갖고, 용해성이 우수한 색재 개발
최종목표
○ 455, 530, 625 nm 의 최대 흡수 피크를 갖는 용해성이 우수하고 상용화가 가능한 3색 색재 재료 개발
○ 3색 색재에 대한 E.Q.E.값이 75%(청색), 70%(녹색), 55%(적색)의 광전 효율을 갖는 우수한 광감응 소재 개발
○ 고효율의 광감응 소재와 우수 성능의 색재 재료의 최적화 개발로 고성능 서
핵심기술
○ 청, 녹, 적색에 대하여 높은 광전효율을 갖는 우수한 p,n-type 재료 개발
○ 청, 녹, 적색에서 최대 흡수 피트를 갖고, 용해성이 우수한 색재 개발
최종목표
○ 455, 530, 625 nm 의 최대 흡수 피크를 갖는 용해성이 우수하고 상용화가 가능한 3색 색재 재료 개발
○ 3색 색재에 대한 E.Q.E.값이 75%(청색), 70%(녹색), 55%(적색)의 광전 효율을 갖는 우수한 광감응 소재 개발
○ 고효율의 광감응 소재와 우수 성능의 색재 재료의 최적화 개발로 고성능 서브마이크론급 이미지 센서용 유기 광응답소재 개발
개발내용 및 결과
1. 주관기관(가톨릭대학교) :
○ 신규 p, n-type 재료 19종 개발
- 몰흡광계수 1.02x105ε·cm-1로 2차년도 목표치(1x105 ε·cm-1) 달성
- E.Q.E.: Blue-75.23%, Green-70.88%, Red-83.78% 달성
- Photo conductivity: 7.38x105 로 2차년도 목표치(1x105) 달성
○ 자외가시흡광분광 및 형광발광분광을 통한 유기반도체/컬러필터 색재의 고급분광분석
○ 신규 이미지 센서용 색재의 성능평가 30회 이상 진행
2. 참여기관 1(서강대학교) :
○ 1차년도에서 선정한 ETL, HTL물질과 Yb(ytteribium), DMDCNQI 등의 n형 버퍼층을 사용하여 소자를 제작하고 특성 분석
○ Yb n형 버퍼층의 적층 또는 공증착에 의한 도핑효과에 따라 ETL의 trap site 제거로 transport 되는 carrier의 양을 늘려 signal을 향상시킬 것으로 예상
○ Yb n형 버퍼층의 일함수 제어 및 고밀도 특성에 의한 미세계면 저항과 암전류 감소에 따른 signal이 향상될 것으로 예상
○ 고이동특성 HTL과 ETL 사용에 따른 소자의 특성 향상
- 최적화된 소자 기술을 바탕으로 우수한 집적도 경쟁력과 경제성을 갖춘 CMOS 소자를 제작하여 응용 가능성을 분석
○ 신규물질 적용 소자(blue, red)에 Yb 도입 시
- E.Q.E. 10% 상승 및 Dark current 10-2mA/cm2 감소
3. 참여기관 2(한국화학연구원) :
○ 이미지 센서용 신규 Blue, Green, Red 염료 개발 24 종 개발
- 내열성, 내화학성이 향상된 Triarylmethane 을 기초로 하는 신규 Blue 염료 소재 합성
- Cyanine 을 기초로 하는 신규 Green 염료 소재 합성
기술개발 배경
○ 이미지 센서(image sensor)는 광학 영상(optical image)을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 모듈로서, 영상 이미지의 저장 및 전송, 디스플레이 장치에서의 광학 영상 재현을 위하여 사용하는 전자부품임. 따라서 휴대폰용 카메라, 디지털 카메라, 방범용 카메라, 정밀의료장비 등의 상용기기 및 가전제품에 적용되고 있음.
○ 전 세계 이미지 센서 시장규모는 2012년 약 7,600 백만 달러이고 핸드폰과 태블릿 PC 의 수요증가와 자동차, 의료장비 등의 적용으로 2009 ~2019 년까지 매년 8.7 %의 시장 성장률을 보이고 있어 2019년에는 약 13,600 백만 달러로 성장할 것으로 예상됨.
○ 디지털 카메라를 기본으로 채택하는 스마트폰의 폭발적인 수요증가와 CCD 이미지 센서에 비해 가격적 우위, 저전력 소모, 고집적화, noise 감소 등의 장점을 통해 CMOS 이미지 센서 시장이 증가되고 있음.
○ CMOS 이미지 센서(세트 기준) 시장 중 Sony가 27%의 시장 점유율을 보이고 있으며 다음으로 Canon, Omnivision, Samsung 순으로 시장 점유율을 보이고 있음. 최근 출시되는 주요 고급 스마트폰에 대부분 소니의 이미지 센서가 탑재되면서 고속 성장세에 있음. 따라서 일본 업계의 독주를 막기 위해서는 이미지 센서 관련 연구가 필요함.
○ 최근 소비자들의 핸드폰, 디지털 카메라의 고해상도, 고선명, 고감도 등에 요구에 따라 이미지 센서의 단위화소 크기(pixel size)가 점차 줄어드는 것이 기술적인 추세임. 1,000만 화소 이상에 들어가는 7세대 이미지 센서의 경우 마이크론 이하로 줄어들 것으로 예상됨.
○ 따라서 단위화소 크기의 미세화 요구에 따라 이미지 센서용 색재인 color filter 역시 점차 작아져야함. 이를 구현하기 위해서는 기존의 안료를 millbase를 통한 분산방법은 입자의 미세화 한계가 있어 잘 녹는 염료를 이용한 방법이 필요함. 하지만 일반적으로 염료는 안료에 비해 내광성, 내열성이 떨어지므로 고내광성, 고내열성 등의 고신뢰성을 가진 염료에 대한 기초연구가 필요함.
○ 이미지 센서의 고감도 구현을 위해서는 광전환 효율이 극대화 되어야 함.
이를 구현하기 특정 파장의 높은 투과율(transmittance rate)와 투과 스펙트럼의 미세한 조절이 필요함. 고감도 이미지 센서 구현을 위해서는 특정 파장의 높은 흡광도와 흡수 spectrum의 미세 조절이 필요함. 따라서 이미지 센서용 color filter에 들어가는 red, blue, green, yellow, violet 색재들의 화학 구조에 따른 높은 흡광도와 흡수스펙트럼 조절의 연구와 data base 화가 이루어져야 함.
핵심개발 기술의 의의
○ 최근 출시되는 주요 고급 스마트폰에 대부분 소니의 이미지 센서가 탑재되면서 고속 성장세에 있음. 따라서 일본 업계의 독주를 막기 위한 이미지 센서 관련 연구 및 제품의 국산화 실현.
○ 1,000만 이상 화소급 7세대 이미지 센서 개발 및 높은 흡광도를 가진 고신뢰성 염료의 색재 개발을 통한 시장 선점.
○ 이미지 센서 소재들의 국산화를 통해 일본 업계 의존형 소재 종속화를 해소하고 소재의 차별화를 통한 해당산업의 발전 및 고용 증대효과를 얻음.
○ 현재 사용되는 실리콘 포토다이오드는 수광능력의 한계로 픽셀의 크기를 1마이크론 이하로 줄이기가 어려우나, 흡광계수가 높은 유기소재를 기반으로 한 포토다이오드 적용 시 이미지 센서의 감도를 증가시킬 수 있음.
○ 이미지센서의 응용분야로 스마트폰 시장이 급격히 발달, 확산되고 있어서 원천성을 가지는 신규소재의 개발.
적용 분야
본 과제를 통하여 개발된 신규 재료 및 소자는 고감도 이미지 센서에 적용될 수 있을 뿐만 아니라 광학적, 전기적으로 뛰어난 특성을 바탕으로 LCD color filter, solar cell 에도 충분히 적용할 수 있음.
(출처 : 최종보고서 초록 4p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 제 출 문 ... 2
- 기술개발사업 최종보고서 초록 ... 3
- 기술개발사업 주요 연구성과 ... 10
- 목차 ... 16
- 제 1 장 서론 ... 17
- 제 1 절 과제의 개요 ... 17
- 제 2 장 과제 수행의 내용 및 결과(기술개발 내용 및 방법) ... 29
- 제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 29
- 제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 30
- 제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 33
- 제 4 절 수행 결과의 보안등급 ... 120
- 제 5 절 유형적 발생품(연구시설, 연구장비 등) 구입 및 관리 현황 ... 120
- 제 3 장 결과 ... 121
- 제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 121
- 1. 연구개발 추진 일정 ... 121
- 2. 연구개발 추진 실적 ... 122
- 제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 123
- - 각 기관/기업별 역할 및 추진 내역 ... 123
- 제 3 절 고용 창출 효과 ... 124
- 제 4 절 자체보안관리진단표 ... 124
- 제 4 장 사업화 계획 ... 125
- 제 1 절 시장 현황 및 전망 ... 125
- 제 2 절 사업화 계획 ... 125
- - 사업화 소요기간, 예상 매출 규모, 시장 점유율, 마케팅 계획 등을 기재 ... 125
- 제 3 절 향후 추가 기술 개발 계획(개발기술 응용 등) ... 126
- 부 록 : 시험성적서, 도면, 설계도 등 ... 126
- 끝페이지 ... 144
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