자체 발광 양자점 소자 성능, 2배 이상 향상돼

[산업일보]
양자점은 높은 색 순도, 안정성 등의 장점을 가지고 있어, 스스로 빛을 내는 소자에 이를 활용하려는 연구가 활발하다. 그러나 양자점에서 방출되는 빛의 대부분이 소자 내에서 소실되어, 발광 효율이 매우 낮은 점이 소자 개발의 걸림돌이 되고 있다.

이도창 교수(KAIST) 연구팀이 배완기 교수(성균관대학교), 임재훈 교수(아주대학교)와 함께 스스로 빛을 내는 양자점 소자의 성능을 획기적으로 향상시키는 방안을 제시했다고 한국연구재단(이사장 노정혜)은 밝혔다.

연구팀은 소자 내에서 소실되는 빛을 최소화하는 방안을 제시했다. 양자점이 한쪽 방향으로만 빛을 방출할 수 있도록 설계한 것이다.

기존 소자에 사용된 양자점은 구형의 형태를 가지기 때문에 빛이 방사형으로 퍼져 나간다. 반면, 연구팀은 막대 또는 판상 형태의 양자점을 사용했고, 한쪽 방향으로만 빛을 방출하는 ‘편광’ 특성이 있다. 이를 잘 정렬하면 빛 방출 효율이 20%에서 40%로 향상된다.

연구팀은 오랫동안 축적한 연구결과를 바탕으로 양자점의 형상에 따른 편광 특성 제어기술과 원하는 방향으로 양자점을 정렬하는 기술을 보유하고 있다. 이를 이용해 빛 방출 효율을 2배 증가시킬 수 있었고, 결론적으로 소자의 발광효율도 2배 상승시켰다.

연구를 주도한 김휘동 박사는 “비교적 덜 주목받던 빛 방출 효율의 중요성을 강조한 연구로서, 정체돼 있던 양자점 자발광 소자의 효율을 향상시키고, 연구 분야에 활력을 불어넣을 것으로 기대한다”라고 연구의 의의를 설명했다. 연구팀은 이 기술을 더욱 발전시켜, 양자점 자발광 소자 효율을 2배 높이는 후속연구를 추진 중이다.

송재용 한국연구재단 나노‧소재단장은 “형상 이방성(물리적 성질이 방향에 따라 달라지는 성질)을 양자점에 적용해 발광효율을 극대화한 고기능 나노소재기술로, 고휘도 디스플레이나 조명의 전력 소모를 획기적으로 줄일 수 있어 상용화로 연계되면 경제적 파급 효과가 뛰어날 것으로 기대된다”라며 성과의 우수성을 높게 평가했다.

연구팀이 제안한 비등방성 퀀텀닷 정렬 기술에 기반한 소자는 구형의 퀀텀닷을 활용한 기존 소자 대비 2배의 발광효율을 가질 것으로 기대된다. 특히 이러한 발광 효율의 상승은 지금까지 큰 관심을 가지지 않았던 빛 방출 효율의 증가를 통한 것으로 퀀텀닷 자발광 소자의 효율 향상에 새로운 접근 방법을 제시한데 그 의미가 크다고 할 수 있다.

이러한 연구 결과는 고휘도, 저전력의 퀀텀닷 디스플레이 또는 조명의 상용화를 앞당기는데 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.