숙명여대 연구팀, 차세대 고색순도 유기발광소자 개발 성공

↑ 그래핀 양자점 기반 유기발광소자의 구조와 발광 사진. 유기발광소자의 구조(좌)와 작동 중인 유기발광소자의 발광(우) 모습 [자료: 숙명여대]

숙명여자대학교 화공생명공학부 권우성·이시우 교수 연구팀이 7일 개질된 그래핀 양자점을 이용해 발광효율이 높은 유기발광소자(OLED) 시연한 연구성과를 발표했다. 그래핀 양자점으로 초록색, 주황색, 빨간색 빛을 구현한 것은 이번이 세계 최초다.
이번 연구는 삼성미래기술육성사업으로부터 지원받아 수행했으며 연구논문은 세계적인 학술지 네이처의 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 6일 게재됐다.
연구팀에 따르면 차세대 양자정보통신기술로 주목받는 양자점(quantum dot)은 화학적 공정을 통해 만드는 나노미터 크기의 반도체 결정체로 주로 초미세 반도체, 질병진단 시약, 디스플레이 등으로 활용된다. 하지만 주로 카드뮴이나 납과 같은 독성이 있는 중금속으로 만드는데다 제작공정이 까다로워 생산성이 떨어진다는 문제점이 있었다. 이에 비해 흑연을 나노미터 크기로 쪼개 합성하는 그래핀 양자점은 독성이 적고 공정이 간단하며 비용이 저렴하다는 장점이 있지만 발생하는 빛의 색순도가 낮아 유기발광소자 등 관련 분야에 응용하는데 어려움이 있었다.
권우성·이시우 공동 연구팀은 이번에 합성된 그래핀 양자점 표면에 아닐린(aniline) 화합물을 화학적으로 결합시키는 개질 공정을 개발해 이를 이용해 매우 높은 색 순도 확보에 성공했다. 기존의 그래핀 양자점에서 나오는 광폭이 약 100nm 정도였던데 반해 개질된 그래핀 양자점은 광폭을 약 10nm로 감축시킴으로써 기존의 유기발광체 보다 우수한 색 순도를 확보할 수 있었다.
권 교수는 “이렇게 만들어진 유기발광소자는 중금속을 이용하지 않아 환경 친화적일 뿐 아니라 제작단가가 낮고 열에 매우 안정적이어서 다양한 형태의 조명기구로 활용될 수 있을 것”이라 전망했다.
[디지털뉴스국 조성신 기자]