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NRF, 양자점 소자 발광효율 2배 향상KAIST, 성균관대, 아주대 연구팀 성능 향상 방안 제시
전력소모 획기적 감소... 상용화는 5년 이상
2일, 국내 연구팀이 양자점 소자의 발광효율을 2배 향상시킬 방안을 제시했다. 이도창 KAIST 교수(왼쪽부터), 배완기 성균관대 교수, 임재훈 아주대학교 교수, 김휘동 미국 로스알라모스 국가연구소 박사

국내 연구팀이 양자점 소자의 발광효율을 2배 향상시킬 수 있는 방안을 제시했다. 이 방안이 적용된 양자점은 TV와 같은 디스플레이나 조명기술과 만나 전력소모를 획기적으로 줄일 수 있게 된다. 하지만, 상용화까지는 최소 5년이상의 시간이 걸릴 것으로 보인다. 

한국연구재단(이사장 노정혜)은 이도창 KAIST 교수, 배완기 성균관대 교수, 임재훈 아주대학교 교수 연구팀이 스스로 빛을 내는 양자점 소자의 성능을 획기적으로 향상시키는 방안을 제시했다고 2일 밝혔다.

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.

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 사용해 한쪽 방향으로만 빛을 방출하게 했다. 이를 잘 정렬하면 빛 방출 효율이 20%에서 40%로 2배 향상된다.

구형 양자점 기반 소자의 낮은 빛 방출 효율(왼쪽), 연구진이 제시한 방안으로 개발된 비등방성 양자점 기반소자는 왼쪽대비 높은 빛 방출 효율을 보인다.

연구팀은 오랫동안 축적한 연구결과를 바탕으로 양자점의 형상에 따른 편광 특성 제어기술과 원하는 방향으로 양자점을 정렬하는 기술을 보유하고 있다.

송재용 NRF 나노‧소재단장은 “이 연구는 형상 이방성(물리적 성질이 방향에 따라 달라지는 성질)을 양자점에 적용하여 발광효율을 극대화한 고기능 나노소재기술이다. 이 기술이 적용되면, 고휘도 디스플레이나 조명의 전력 소모를 획기적으로 줄일 수 있어 상용화로 연계됐을 때 경제적 파급효과가 클 것”이라며 기대감을 드러내는 한편, "후속연구가 필요해 상용화까지 최소 5년 이상의 시간이 소요될 것으로 보인다"고 말했다.

이 연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 나노‧소재기술개발사업의 지원으로 수행됐다.

이 연구 성과는 재료화학 분야 국제학술지 ‘케미스트리 오브 머티리얼스(Chemistry of Materials)’에서 지난 14일 초청 논문으로 소개됐다.

■논문 제목

Pushing the Efficiency Envelope for Semiconductor Nanocrystal-Based Electroluminescence Devices Using Anisotropic Nanocrystals

■논문 저자

(제1저자)김휘동 로스알라무스 국가연구소 박사, 김다흰 메사추세츠 공과대학 박사, 윤다은 KAIST 박사과정, 이현준 KAIST 박사과정

(교신저자) 임재훈 아주대학교 교수, 배완기 성균관대학교 교수, 이도창 KAIST 교수

 

최민철 기자  abfps12@naver.com

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