▲ 나노과학 분야 국제 학술지 '스몰(Small)' 표지 논문 그림.

KAIST 물리학과 조용훈 교수 연구팀이 퀀텀닷(Quantum Dot) 발광다이오드(LED)의 효율을 향상시킨 기술을 개발했다.

퀀텀닷은 색 재현성이 뛰어난 수 나노미터 크기의 반도체 물질인데, 이번에는 금속 나노 배열구조를 이용해 퀀텀닷 LED 효율을 높이는 기술을 개발한 것이다. 

밝은 부분은 더 밝게, 어두운 부분은 더 세밀하고 정교하게 표현할 수 있어 차세대 디스플레이 소자로 주목받고 있다.

현재 퀀텀닷 디스플레이는 청색 LED를 광원으로 삼아 녹색과 적색 퀀텀닷을 '여기(勵起)'해 색을 변환하는 방식을 이용하고 있다.

'여기'는 원자나 분자가 외부로부터 에너지를 흡수해 에너지가 더 높은 상태로 전이하는 현상을 말한다.

하지만 기존의 퀀텀닷 디스플레이는 발광 효율이 떨어지고 단가가 높다는 단점이 있다.

액체 상태인 퀀텀닷을 고체로 변화하기 위해 공기 중에 말리면서 효율이 떨어어지고 많은 양의 퀀텀닷이 필요해 소자의 단가가 높아지기 때문이다.

연구팀은 청색 LED의 빛을 받으면 발생하는 국소 표면 플라즈몬 효과가 나타나는 금속 나노구조를 만들어 이같은 단점을 극복했다.

국소 표면 플라즈몬 효과는 나노미터 사이즈의 작은 금속 구조가 빛을 받았을 때 표면에 일어나는 자유전자의 거동 현상으로 퀀텀닷의 발광 파장과 같을 경우 공명현상을 일으켜 발광 휘도를 증가시키는 효과를 얻을 수 있다.

연구팀은 알루미늄과 은으로 이루어진 나노구조를 만들었다.

여기에 청색 LED를 여기 광원을 적용해 각각 녹색과 적색의 발광 휘도를 증가시키는 데 성공했다.

이를 이용해 특정 휘도를 얻기 위한 퀀텀닷의 양을 줄일 수 있어 퀀텀닷 디스플레이 소자의 단가를 낮출 수 있다고 연구팀은 설명했다.

조용훈 교수는 "앞으로 퀀텀닷 디스플레이에 금속 나노구조를 도입하는 기술이 적절히 도입된다면 소재에 필요한 퀀텀닷의 양을 줄이고 효율적인 색 변환을 통해 단가를 줄일 수 있을 것으로 기대된다"라고 말했다.

한편, 이번 연구는 한국연구재단의 중견연구자 지원사업과 KAIST 기후변화연구 허브사업의 지원을 받아 KAIST 나노과학기술대학원 박현철 박사과정이 1저자로 수행했다.

연구 결과는 지난해 12월 27일, 나노과학 분야 국제 학술지 '스몰(Small)'의 표지 논문으로 선정됐다.

신성우  sungwoo2010@hanmail.net

<저작권자 © 충청비즈, 무단 전재 및 재배포 금지>