"형광에 기반한 유기 발광소자와 유사한 수준"
국내 연구진이 콜로이드 양자점(quantum dot)을 이용해 고효율의 적·녹·청색 양자점 발광소자를 개발했다.
서울대 이창희·차국헌·이성훈 교수와 동아대 곽정훈 교수팀은 투명전극과 금속전극의 역할을 뒤바꾸는 발상 전환으로 양자점과 양극 간의 홀 주입장벽을 최소화했다고 1일 밝혔다.
어떤 물질의 크기가 수 나노미터(㎚·10억분의 1미터) 수준으로 작아지면 그 이상의 크기에선 나타나지 않았던 독특한 전기, 광학, 역학적 특성이 발현한다.
특히 반도체성 물질을 나노미터 단위 크기로 줄이면 양자국한 현상에 의해 전기, 광학적 성질이 두드러진다. 이런 특성이 발현된 구 형태의 나노입자를 양자점이라 한다.
양자점은 구 형태의 반도체 나노입자로 뛰어난 색순도와 높은 양자효율, 용이한 파장제어, 낮은 제작단가 등으로 차세대 발광소자 소재로 주목 받고 있다.
양자점 발광소자는 양자점을 발광체로 사용한 발광소자로 대개 두 전극 사이에 양자점을 박막(얇은 막) 형태로 삽입, 전자와 홀의 결합에 의해 빛을 만든다.
양자점 발광소자는 여러 장점에도 불구하고 양자점과 양극 사이에 존재하는 높은 에너지 장벽으로 전자와 홀의 효과적인 재결합이 저해돼 발광효율이 떨어지는 문제가 있었다.
공동연구팀은 양극으로 주로 사용되는 인듐·주석산화물 전극을 음극으로 사용했다. 그 위에 산화아연 나노입자 전자전달층, 양자점 박막, 유기물 홀 전도층과 금속 양극을 순차적으로 적층해 기존 소자와 구동방향이 정반대인 소자를 제작했다.
다양한 홀 전도물질을 소자에 도입함으로써 양자점과 양극 간의 홀 주입장벽이 줄어들었다.
개발한 양자점 발광소자는 홀 주입에 최적화된 구조로 인해 전자와 홀이 양자점 내부에서 균형을 이뤄 재결합 할 수 있었다.
휘도(화면 밝기)도 최대 적색 2만3천, 녹색 21만8천, 청색 2천250 니트(nit, 휘도 단위)로 기존 연구결과를 크게 뛰어넘었다. 발광효율도 적색 7.3%, 녹색 5.8%, 청색 1.7%를 달성했다.
연구팀은 "이번 결과는 형광에 기반한 유기 발광소자와 유사한 수준"이라며 "양자점 발광소자 기술의 대중화 가능성을 한 단계 끌어올린 것"이라고 말했다.
이번 연구결과는 나노과학 분야에서 권위를 지닌 학술지 '나노 레터스(Nano Letters)'에 최근 게재됐다.
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