금속나노 배열 구조 이용 LED효율 향상 기술 개발

카이스트 조용훈 교수팀

국제 학술지에 논문 게재

금속 나노구조가 있을 경우와 없을 경우 발광 세기 차이를 보인 스펙트럼.

[대전=충청일보 이한영기자] KAIST 물리학과 조용훈 교수 연구팀이 금속나노 배열 구조를 이용해 퀀텀닷(Quantum Dot) 발광다이오드(LED)의 효율을 향상시킬 수 있는 기술을 개발했다.

이 기술을 통해 차세대 디스플레이 기술이 한 단계 발전하는 데 기여할 것으로 기대된다.

현재 사용되는 퀀텀닷 기반의 디스플레이는 청색 LED를 광원으로 사용해 녹색과 적색 퀀텀닷을 여기(勵起ㆍ광자 에너지가 분자로 옮아가 높은 에너지 상태로 방출되는 상태)해 색 변환을 하는 방식으로, 이런 방식은 높은 가격의 퀀텀닷을 이용하기 때문에 디스플레이 소자의 단가가 높아지고, 액체 상태인 퀀텀닷을 소재에 적용하기 위해 공기 중에 말리면 발광 효율이 급격히 저하된다는 한계가 있다.

연구팀은 문제 해결을 위해 금속 나노구조가 청색 LED의 빛을 받으며 발생하는 국소 표면 플라즈몬 효과를 이용해 퀀텀닷의 발광효율을 증가시키고, 발광 휘도를 높일 수 있는 LED 구조를 이론적으로 제시하고 구현하는 데 성공했다.

이 구조는 기본 청색 LED를 여기 광원으로 이용하는데, 알루미늄 금속 나노구조와 녹색 퀀텀닷을 여기해 녹색 발광 휘도를 증가시키고, 은 금속 나노구조와 적색 퀀텀닷을 여기해 적색 발광 휘도를 증가시키는 방식이다.

이번 연구는 금속 나노구조를 통해 특정 휘도를 얻기 위해 필요한 퀀텀닷의 양을 많이 줄일 수 있다는 의미로 결과적으로 소재의 단가를 낮춤은 물론, 소재의 구조를 이론적으로 모델링했기 때문에 목적에 따라 금속 나노구조를 간단하게 새로 디자인해 조절할 수 있게 됐다.

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

한편, 박현철 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 나노과학 분야 국제 학술지 '스몰(Small)' 12월 27일 자 표지 논문에 선정됐다.

이한영 기자