기존 기술 한계 극복 친환경 퀀텀닷 기술 개발

디지스트 이종수 에너지고학과 교수 연구팀
고색순도 실현 비카드뮴계 퀀텀닷 합성기술 개발

대구경북과학기술원(DGIST, 디지스트) 이종수(가운데) 에너지공학과 교수와 연구원들. 디지스트 제공

최근 국내외 가전업계에 화두로 등장한 퀀텀닷(양자점)TV와 같은 디스플레이 소자로 각광받고 있는 양자점 소재. 차세대 디스플레이와 가상현실(Virtual Reality), 증강현실(Augmented Reality, AR) 등 다양한 광전소자에 활용할 수 있는 차세대 기술이다.

퀀텀닷은 머리카락 굵기의 수만 분의 1에 불과한 초미세 나노 크기 반도체 나노입자다. 특히 자연색을 그대로 재현할 만큼 높은 색 재현력을 갖고 있다. 초고화질 디스플레이에 HDR(High Dynamic Range) 기술에 최적화된 소재다. 다른 발광체보다 색 순도와 광 안정성이 높아 광전소자 분야에서 꿈의 신소재로 각광받고 있다. 이때, 양자점의 발광파장의 반치폭(Full Width at Half-Maximum, 발광스펙트럼상의 최고 발광강도와 절반강도 파장간의 차이로 그 수치가 낮을수록 고색순도를 구현한다)이 좁을수록 좋은데 지금까지 녹색발광 비카드뮴 퀀텀닷 발광피크 반치폭은 35㎚가 한계였다.

아직까지는 주로 사용하는 카드뮴계 퀀텀닷은 상대적으로 성능이 뛰어나지만, 퀀텀닷 전단계 물질인 전구체의 발화 위험이 있고, 비싸다. 무엇보다 중금속인 카드뮴은 인체에 유해하다는 게 결정적 단점이다. 이에 따라 국내외 관련 학계와 업계에선 친환경 고색순도를 가진 비카드뮴 퀀텀닷 개발에 총력을 기울이고 있다.

대구경북과학기술원(DGIST, 디지스트) 이종수 에너지공학과 교수 연구팀은 높은 색재현율을 갖는 친환경 녹색발광 비카드뮴 양자점 합성기술을 개발했다고 26일 밝혔다.

이 교수 팀은 온도를 서서히 올려 합성하는 승온법으로 인듐포스파이드(InP)계 양자점 합성공정을 최적화했다. 염화아연(ZnCl2)과 옥타놀(1-Octanol)을 이용해 발광파장의 반치폭을 33㎚이하로 줄이는데 성공했다. 또한 양자효율 80%이상 달성과 더불어 기존 양자점과 동일한 수준의 안정성 확보에도 성공하며 양자점을 정제하는 과정에서 발생하던 양자효율 손실 및 안정화 감소의 문제도 해결했다.

이 교수는 “이번 연구는 비카드뮴계 양자점의 한계로 알려진 30㎚ 이하의 발광피크 반치폭이 가능하다는것을 증명한 연구”라며 “후속 연구를 통해 30㎚ 이하의 발광 반치폭과 함께 100%에 근접하는 양자효율을 갖는 친환경 양자점을 개발하겠다”고 말했다.

이번 연구결과는 한국연구재단의 중견연구자지원사업과 디지스트 그랜드챌린지연구혁신프로젝트(Pre-CoE) 초연결미래소자밸리트로닉스 연구단 지원을 통해 수행했다. 재료화학분야의 최고 권위있는 학회지중의 하나인 재료화학(Chemistry of Materials에 5월 28일자 지면에 실렸다.

정광진 기자 kjcheong@hankookilbo.com