▣ KIST, 수분 민감 OLED 발광층 대체 가능성


한국과학기술연구원(KIST, 원장 문길주) 최원국 박사팀이 나노크기 산화아연 결정에 그래핀을 한겹 씌운 양자점 소재를 발광층으로 이용한,친환경적이고 습기에 강한 백색광 LED를 개발했다고 29일 발표했다. 주로 반도체, 디스플레이 등 전기소자 위주였던 그래핀 응용분야가 미래형 광원으로 넓어지는 계기가 될 것으로 기대된다.


OLED(유기발광소자)는 비싼 유기물질을 사용하는 데다 공기나 물을 만나면 특성을 잃어버려 내구성이 떨어지는 문제가 있다. 100나노미터(㎚) 크기 이하의 반도체 나노결정인 양자점은 같은 물질도 크기에 따라 다른 빛을 내 광원으로 활용하려는 연구가 활발하게 이뤄지고 있다. 현재 양자점 재료로는 주로 카드뮴셀레나이드가 쓰이는데, 카드뮴이 인체에 치명적인 독성을 띈다는 문제가 있다.

그래핀은 구리보다 100배 빠른 전자 전달속도로 인해 주로 트랜지스터나 2차전지 전극재료로 연구됐지만 광원으로 활용될 가능성을 구체적으로 밝힌 것은 이번 연구가 처음이다.

연구팀은 인체에 무해하면서도 다양한 종류의 빛을 발할 수 있는 산화물반도체에 주목했다. 그 중에서도 카드뮴셀레나이드와 특성이 유사한 산화아연(ZnO)과 그래핀을 접목시키는 실험을 했다. 먼저 흑연을 산성용액에 넣어 수많은 나노미터 크기의 그래핀 조각을 얻었다. 여기에다 10㎚ 크기 산화아연 결정을 넣어주자 산화아연에 그래핀이 껍질처럼 감싼 물질이 대량으로 만들어졌다.

산화아연은 평소에 자외선을 받아들이거나 내놓는 성질이 있는데, 여기에 그래핀을 씌우자 전자가 산화아연에서 그래핀 쪽으로 빠르게 옮겨갔다가 다시 제자리로 돌아오는 과정에서 푸른빛을 냈다. 이 물질을 발광층으로 사용한 LED 소자를 만들고, 주황색 빛을 내는 반도체 층을 추가하자 푸른빛과 주황색 빛이 결합해 백색광을 냈다.


청색광은 주황색광과 결합해 LED로 활용가능한 백색광을 연출할 수 있다. 이 원리를 적용할 경우, 산화물반도체의 소재에 따라 다양한 빛의 파장을 생성할 수 있어 차세대 LED 원천기술로 활용될 수 있을 것으로 보인다.


산화아연과 그래핀은 인체에 무해한 소재일 뿐 아니라 AM OLED 등 현재 제품을 양산중인 기술에 비해 습도나 공기 노출에 강한 특성을 갖고 있다.


현재 제품을 양산하고 있는 AM OLED의 경우, 물이나 공기를 만나면 반도체 성질을 잃어버리는 특성 때문에 높은 수준의 밀폐 기술이 반드시 필요하지만, 산화아연·그래핀을 활용한 OLED는 이러한 기술적 장벽을 한 단계 낮출 수 있을 것으로 보인다.


최원국 박사는 "가장 효율이 좋고 많이 쓰이는 카드뮴텔룰라이드(CdTe)는 대량으로 사용할 경우 환경 문제 등이 발생할 수 있지만 산화물 반도체는 인체에 무해하다는 장점이 있다"며 "수분이나 산소 노출에도 강해 생산 비용도 훨씬 저렴하다"고 설명했다.


이 밖에도 최원국 박사 연구팀은 산화아연에 그래핀이 외부 막 형태로 결합한 반도체를 산(acid)에 집어넣어 순수한 그래핀만 추출하는 방식으로 나노 크기의 그래핀을 대량으로 제작할 수 있는 방법도 고안해냈다.


최원국 박사는 "스카치테이프로 그래핀을 분리해는 물리적인 박리 방법 대신에 산화아연·그래핀 결합체를 이용하면 산에 산화아연이 녹기 때문에 화학적인 박리가 가능하다"며 "산화아연·그래픽 결합체와 관련해 3개의 원천 특허를 출원했다"고 전했다.


최 박사는 "산화아연·그래핀 결합체는 LED 뿐 아니라 질병 진단용 바이오센서, 고용량 리튬이온 이차전지,태양전지에서 자외선을 받아 가시광선까지 흡수할 수 있는 소자로도 쓸 수 있고 TFT에도 사용할 수 있다. 또 반도체의 특성을 이용해 메모리 소자로도 활용될 수 있을 것"이라고 덧붙였다.


이번 연구성과는 네이처 나노테크놀로지(Nature Nanotechnology) 온라인판에 5월28일자로 게재됐다.

<출처> 아이뉴스24, 2012.05.29

디지털타임스, 2012.05.29

Posted by TopARA

댓글을 달아 주세요