KAIST, 팝콘 구조 퀀텀닷 신소재 개발…기존 대비 21배 발광

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발광 강도가 기존 대비 20배 이상 뛰어난 퀀텀닷 융합 신소재가 개발됐다.

한국과학기술원(KAIST·총장 신성철)은 정연식·전덕영 신소재공학과 교수, 장민석 전기 및 전자공학부 교수 공동 연구팀이 팝콘처럼 내부에 공기주머니가 가득한 고분자 매질과 퀀텀닷을 융합한 고성능 발광 소재를 개발했다고 30일 밝혔다.

연구팀은 새로운 퀀텀닷 광 발광 특성이 순수 퀀텀닷 필름과 비교해 최대 21배까지 증가하는 것을 확인했다.

연구팀이 개발한 팝콘 형상의 퀀텀닷 나노복합 발광소재
<연구팀이 개발한 팝콘 형상의 퀀텀닷 나노복합 발광소재>

퀀텀닷 소재는 현재 디스플레이용 핵심 소재로 떠오르고 있다. 그러나 순수 퀀텀닷 필름은 광흡수도와 광추출도가 높지 못하고 인접 소자 간 상호작용으로 광 효율이 매우 낮아지는 문제가 있었다.

연구팀은 다공성 고분자 매질을 활용했다. 두 가지 이상 고분자 사슬이 공유 결합한 '블록 공중합 고분자'에서 물 입자를 분리시킨 뒤 증발시키는 방법으로 '속이 빈 팝콘' 모양 미세 공극 구조를 만들었다. 여기에 퀀텀닷을 고르게 배열해 발광소재를 만들었다.

연구팀은 다공성 고분자 매질이 빛과 극대화 된 상호작용을 보인다고 설명했다. 이 결과로 퀀텀닷 복합소재 광흡수도, 광추출도가 각각 4~5배씩 증가한다.

또 블록 공중합 고분자는 퀀텀닷 입자를 고르게 분산시켜 퀀텀닷 간 상호작용에 따른 발광 강도 감소 현상을 크게 낮추는 것으로 나타났다.

연구팀은 이 기술 관련 국내 특허를 등록했고, 미국을 비롯한 해외에서도 특허 심사 중이다.

연구팀은 이 기술을 차세대 마이크로 LED 디스플레이에도 활용할 수 있다고 설명했다. 청색 LED 발광 소재에 적용했을 때 순수 퀀텀닷 대비 7배 이상 발광 강도 향상, 45% 이상 내구도 향상 효과를 확인했다.

정연식 교수는 “가시광 전 파장 범위에서 발광 강도 증대 효과가 있어 퀀텀닷 이외에도 다양한 발광 소재에 적용될 수 있는 기술을 개발했다”며 “발광 소재를 적게 사용해도 발광 특성이 우수해 차세대 디스플레이 원가 경쟁력 향상에 기여할 수 있다”고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com