KAIST, 팝콘 구조 퀀텀닷 신소재 개발…기존 대비 21배 발광

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