광자결정 이용한 고효율 백색광 구현

[산업일보]
한국연구재단(이사장 조무제)은 전헌수 교수(서울대학교) 연구팀이 “형광체*를 광자결정* 형태로 구조화해 색변환 효율을 개선함으로써, 경제적·효율적으로 백색광을 구현하였다”고 밝혔다.

현대 조명 및 디스플레이 산업 분야에 필수적인 요소인 형광체는 여기광원의 빛을 흡수해 다른 파장의 빛으로 방출하는 물질이다. 지금까지 형광체 연구는 형광체의 재료적·물질적인 측면에 치중해 왔으나, 이러한 연구 패턴은 급격히 한계점에 이르고 있다.

연구팀은 광자결정 구조를 형광체에 도입해 효율을 가시적으로 향상시키는 새로운 접근법을 활용했다. 광자결정 구조는 빛이 구조 내부에서 공진현상을 나타내는 광밴드엣지 효과를 일으키면서 형광체의 빛 흡수량이 증가되고, 이는 결국 발광량 증가로 이어진다.

연구팀은 광자결정 형광체의 구현을 위해, 투명한 유리 기판 위에 생성된 질화규소 격자 구조 위에 양자점 용액을 스핀코팅했다. 광자결정의 형태로 구성된 적색·녹색의 양자점 박막과 청색 여기광 사이의 광밴드엣지 공진 현상이 일어나도록 했다.

연구 결과, 적색과 녹색의 광자결정 형광체를 청색 파장의 직진광으로 여기시키는 경우, 구조가 없는 비교 형광체 대비 각각 5배와 3배 이상의 색변환 효율 증가가 나타나는 것을 관측했다.

연구팀은 적색과 녹색의 광자결정 형광체를 청색 LED 위에 집적해 효율적으로 3색성의 백색광을 구현해내는데 성공하였다. 광자결정 형광체를 사용해 우수한 색감의 백색광을 구현하는 경우, 구조가 없는 비교 형광체 대비 양자점의 양이 33% 절감됐으며, 그럼에도 불구하고 백색광의 세기는 8% 이상 증가했다.

전헌수 교수는 “이 연구를 통해 광학적 구조 특성에 기반한 새로운 접근 방법으로 형광체의 색변환 효율을 획기적으로 개선시켰다”며, “LED 및 디스플레이 소자에 직접 적용돼 발광 소자의 효율 향상을 기대한다”고 연구의 의의를 설명했다.