▲(왼쪽부터) 서울대학교 전기정보공학부 이창희 교수, 화학생물공학부 차국헌 교수,

화학부 이성훈 교수, 동아대학교 곽정훈 교수.

국내 연구진이 세계 최초로 순수한 자외선을 발광하는 고출력 양자점 발광다이오드 개발에 성공했다.

서울대 공대는 전기정보공학부 이창희 교수, 화학생물공학부 차국헌 교수, 화학부 이성훈 교수와 동아대학교 전자공학과 곽정훈 교수로 구성된 공동 연구팀이 정밀한 양자점 핵 형성과 성장, 그리고 껍질 형성을 조절함으로써 370nm 파장대의 순수한 자외선을 방출하는 양자점을 합성했다고 1일 밝혔다.

양자점은 차세대 디스플레이 및 광원 소재로 주목 받고 있으나 합성기술의 한계와 양극 사이에 존재하는 높은 에너지 장벽에 부딪쳐 왔다. 특히 짙은 청색이나 이보다 짧은 파장의 빛을 내는 양자점은 에너지 밴드갭이 커서 전자와 홀을 주입하기 어려워 단파장 발광다이오드 개발은 매우 어려웠다.

그러나 공동 연구팀은 일반적인 양자점 발광다이오드의 양극과 음극을 뒤바꾼 역구조 다층박막 소자 구조를 최적화해 기존 기술의 한계를 뛰어넘었다. 그렇게 탄생한 양자점 발광다이오드는 순수한 자외선을 발광하는 고출력의 성능을 나타낸다. 이 소자는 금속산화물이나 유기재료를 발광층으로 사용한 기존의 다층박막형 자외선 발광소자에 비해 수십에서 수백 배 높은 출력을 내며 구동전압도 매우 낮다.

공동 연구팀의 서울대 이창희 교수는 “이번에 개발한 자외선 양자점 발광다이오드는 활용 영역을 가시광 이외의 파장까지 넓혔을 뿐 아니라 낮은 광출력, 높은 구동전압 등의 문제를 단번에 해결했다는 점에서 큰 의미가 있다”며, “특히 원하는 파장의 좁은 선폭의 자외선만 방출하기 때문에 살균, 의료 분야 등에서 안전성을 크게 향상시켜 활용도가 높을 것”이라고 설명했다.

이번 연구 성과는 세계적으로도 인정받아 저명 나노과학 학술지인 ‘나노 레터즈’지에 게재됐으며, 미국화학회 주간 소식지인 ‘케미스트리 앤 엔지니어링 뉴스’ 5월 27일자에 보도됐다.

이 연구 결과는 산업통상자원부가 지원하는 산업전략기술개발사업, 에너지인력양성사업, 교육부가 지원하는 창의적연구사업, 일반연구자지원사업, 도약연구사업, 미래창조과학부가 지원하는 글로벌프론티어사업, 기후변화대응기술개발사업의 지원으로 이뤄졌다. 

▲ 제작된 자외선 양자점 발광다이오드를 적색~청색의 가시광 영역의 발광체(양자점)에 비추어

발광시킨 모습(좌)과 지폐의 숨은 도안이 나타나는 모습(우) (각 삽도는 자외선을 비추기 전 모습)