권장혁 경희대 정보디스플레이학과 교수 연구팀이 유기물질을 이용한 오가닉 나노닷(organic nano-dot) 합성과 광변환 필름 기술을 개발했다. 이 연구 내용은 네이처 커뮤니케이션에 게재됐다.
기존 액정표시장치(LCD)나 퀀텀닷 유기발광다이오드(QD OLED)는 우수한 색특성과 우수한 색변환 재료로 퀀텀닷으로 알려진 무기 양자점을 사용한다. 이 재료는 수분과 산소, 열에 취약하다. 색 변환 제조 공정과 고온 응용 분야에서 활용되기 어려웠다.
권장혁 교수팀과 워커 교수 그룹은 일반적인 유기 형광 물질을 활용해 균일한 크기의 나노닷을 최초로 합성했다. 이를 색 변환 층에 적용했다.
일반적인 유기물질 사이에 응집 현상이 발생하면 안정화 효과에 의해서 스펙트럼이 넓어져 색 순도와 발광 효율이 저하된다.
용액·기체 상태 형광 물질이 일정 농도 이상이 될 때 형광 수율이 낮아지는 '농도소광' 현상이 발생하는데 이때 발광 효율이 떨어진다.
이번 연구에서는 응집 현상을 조절하기 위해 계면 활성제를 활용했다. 붕소계 재료를 사용해 색 순도가 무기 양자점 수준과 동일한 적색, 녹색, 청색 나노닷을 합성했다. 색 변환 층으로 주로 사용하는 무기 양자점 재료와 비교해 뛰어난 광화학적, 열안전성을 구현했다.
연구팀은 색 변환 효율도 연구했다. 일반적인 녹색 무기 양자점의 색 변환 효율은 21%에 그친다. 동일한 색을 갖는 녹색 유기나노닷은 색 변환 효율이 31.1% 더 높다. 적색 유기 나노닷도 색 변환 효율이 27.8%로 상당히 높았다.
연구팀은 대기 중 산소, 수분에서의 안정성을 확인하기 위해 한 달 정도 상온에서 보관했다. 그 결과 무기 양자점 색 변환 효율은 절반으로 감소했지만 유기 양자점의 경우 1% 정도 감소하는 결과를 확보했다.
유기 나노닷이 무기 양자점보다 상온에서 수분, 산소로부터 안정적임을 증명했다.
권장혁 교수는 “유기 나노닷은 고 내열성 장점과 수분과 산소에 덜 민감하다는 장점이 있다”면서 “향후 다양한 디스플레이 분야와 차세대 발광다이오드(LED) 조명 분야에 활용성이 매우 높아 보여 국제특허 출원을 했다”고 말했다.
박소라기자 srpark@etnews.com
