서울대·충남대 연구진, '고효율 형광체' 개발…"첨단 디스플레이 장치 활용 가능"

국내 연구진이 '공진공동'(RC) 구조를 이용해 효율을 높인 형광체를 개발하는 데 성공했다. 형광체는 현대 광학 장치에서 필수적으로 요구되는 색변환 물질로, 이번에 개발된 형광체는 기존 형광체보다 29배 향상된 색변환 효율을 보였다. 향후 스마트 안경, 가상현실(VR)·증강현실(AR) 디스플레이 장치 등에 활용될 수 있을 것으로 보인다.

전헌수 서울대 물리천문학부 교수.[사진제공=서울대]

전헌수 서울대 물리천문학부 교수·박연상 충남대 물리학과 교수 연구팀은 공진공동 효과를 활용해 새로운 형광체를 개발했다고 30일 밝혔다. 이번 연구 결과는 세계적 학술지 네이처의 자매지인 '네이처 커뮤니케이션스'에 게재됐다.

형광체는 LED 등 발광 소자 위에 도포하는 현대 디스플레이 장치의 필수 요소다. 연구진은 앞선 연구에서 '광자결정'(PhC)이라는 나노광자학적 구조를 콜로이드 양자점(CQD, 퀀텀닷)과 결합해 색변환 효율을 획기적으로 증가할 수 있음을 증명했다. 다만 고비용 공정, 구현 가능한 색변환 효율 등 넘어야 할 과제도 있었다.

이번 연구에서 연구진은 공진공동 구조를 통해 주요 문제를 극복했다. 공진공동 구조는 박막을 수직 방향으로 켜켜이 쌓음으로써 제작하는 방식으로 레이저·광검출기 등에서 활용되고 있지만, 형광물질의 흡수율 증가를 위해 적용된 사례는 없다는 게 연구진의 설명이다. 이에 연구진은 두 개의 '분배되먹임반사체(굴절율이 다른 두 개의 물질을 번갈아 쌓아 올려 구성한 박막 형태의 광 반사체)' 사이에 40㎚ 이하의 매우 얇은 퀀텀닷 박막을 삽입해 공진공동 형광체를 구성했다. 그 결과, 퀀텀닷에 의한 최대 광흡수율은 87%, 최종 색변환 효율은 29배 상승한 것으로 나타났다.

연구진은 "이번 연구를 통해 개발된 공진공동 형광체는 전체 구조의 두께가 획기적으로 얇아졌다"며 "기존 광자결정 형광체에 비해 더 간단한 구조, 더 용이한 제작 공정, 더 우수한 성능을 갖는 형광체"라고 설명했다.

황서율 기자 chestnut@asiae.co.kr