금속나노 배열 구조 이용한 퀀텀닷 LED 개발

조용훈 KAIST 물리학과 교수 연구팀 성공
청색LED 광원 사용해 여기(勵起)하는 방식


2018-01-15


KAIST

조용훈 교수와 박현철 박사과정. 사진 오른쪽은 금속 나노구조가 있을 경우와 없을 경우의 발광 세기 차이를 보인 스펙트럼




조용훈 KAIST 물리학과 교수 연구팀이 금속나노 배열 구조를 이용해 퀀텀닷 발광다이오드의 효율을 향상 시킬 수 있는 기술을 개발했다.

현재 사용되는 퀀텀닷 기반의 디스플레이는 청색LED를 광원으로 사용해 녹색과 적색 퀀텀닷을 여기(勵起, 광자 에너지가 분자로 옮아가 높은 에너지 상태로 방출되는 상태)해 색 변환을 하는 방식이다. 이 방식은 높은 가격의 퀀텀닷을 이용하기 때문에 디스플레이 소자의 단가가 높아진다. 또 액체 상태인 퀀텀닷을 소재에 적용하기 위해 공기 중에 말리면 발광 효율이 급격히 저하된다.

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

이 구조는 기본 청색 LED를 여기 광원으로 이용한다. 알루미늄 금속 나노 구조와 녹색 퀀텀닷을 여기해 녹색 발광휘도를 증가시키고, 은 금속 나노 구조와 적색 퀀텀닷을 여기해 적색 발광 휘도를 증가시키는 방식이다.

이는 금속 나노구조를 통해 특정 휘도를 얻기 위해 필요한 퀀텀닷의 양을 많이 줄일 수 있다는 의미고, 결과적으로 소재의 단가를 낮출 수 있다.

이번 연구는 소재의 구조를 이론적으로 모델링했기 때문에 목적에 따라 금속 나노구조를 간단하게 새로 디자인해 조절할 수 있다.

조용훈 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.




이해미 기자




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