서울대학교 물리천문학부 전헌수 교수팀(제1저자 이태윤 연구원)은 충남대 박연상 교수팀과 공동으로 '공진 공동 구조를 이용한 고효율 양자점 형광체'를 개발했다.

형광체는 고체 조명(solid-state lighting), 총천연색 디스플레이(full-colour display) 등 현대의 다양한 광학적 장치에서 필수적으로 요구되는 색변환 물질이다. 이러한 형광체에 대한 연구는 지금까지 전통적/전형적인 물질 개발 위주로 진행돼왔다.

최근 연구진은 형광 물질에 나노광자학적 구조를 접목함으로써 형광체의 효율을 획기적으로 증가시키는 방법을 제안, 관련 연구를 수행하고 있다. 일례로 광자결정(photonic crystal; PhC)이라는 나노광자학적 구조를 콜로이드 양자점(colloidal quantum dot; CQD; 퀀텀닷)과 결합함으로써 CQD의 색변환 효율을 획기적으로 증가시킬 수 있음을 시현했고, 이를 점진적으로 발전시켜왔다.

하지만 광자결정 형광체는 제작 공정이 까다롭고, 확보가 가능한 궁극적 효율에도 분명한 한계가 존재한다는 단점이 있다. 이에 이번 연구를 통해 광자결정 형광체에 비해 더 간단한 구조, 더 용이한 제작 공정, 더 우수한 성능을 갖는 공진 공동(resonant cavity; RC) 구조를 이용한 형광체를 개발했다.

두 개의 분배되먹임반사체(distributed feedback reflector; DBR) 사이에 매우 얇은(~40 nm) 콜로이드 양자점 박막을 삽입함으로써 공진공동 형광체를 구성했다. 이때 DBR은 물론 전체 RC 구조는 형광물질인 CQD를 광펌핑하기 위한 파장, 즉 450 nm 파장의 파란색에 맞춰 설계 및 제작됐다.

매우 얇은 CQD 형광막을 사용했음에도 불구하고 공진공동 효과로 인해 펌핑된 광의 대부분(~87%)을 흡수할 수 있음이 확인됐고, 그 결과 공진공동 구조가 없는 단순한 CQD 형광막으로 이뤄진 기준 형광체에 비해 29배로 향상된 색변환 효율을 보였다.

이 연구를 통해 개발된 공진공동 형광체는 전체 구조의 두께 또한 획기적으로 얇아짐으로써 기존의 디스플레이 장치뿐만 아니라 헤드업 디스플레이, 스마트 안경, AR/VR 등 미래형/휴대용 디스플레이 장치에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.


*에듀진 기사 URL: http://www.edujin.co.kr/news/articleView.html?idxno=43969
기사 이동 시 본 기사 URL을 반드시 기재해 주시기 바랍니다.