발광층 내부에 전극 삽입으로 평면형 투명전극 제거 및 고휘도 발광 구현
다양한 변형에도 밝기 및 내구성 강해, 추후 다양한 웨어러블 섬유 및 기기 개발에 도움이 될 것으로 기대돼
DGIST는 에너지융합연구부 정순문 박사 연구팀이 새로운 개념의 전계 및 기계발광을 동시에 발생시키는 소자 구조를 개발하였다고 밝혔다.
이를 통해 기존 방식의 한계점을 극복한 고휘도, 저비용, 신축성 발광소자 제작이 가능해져 외부의 환경변화에 강한 전광판과 현수막 등 다양한 분야로의 활용이 가능할 것으로 보인다.
고체에 강한 전계를 가했을 때 발광하는 현상을 전계발광이라고 한다.
이를 발생시키기 위해 기존에는 발광층을 샌드위치 형식으로 평행하게 둘러싸는 두 개의 평면전극을 활용한 수직전계 (vertical E-field) 방식을 활용하였는데, 그 재료로 대부분 금속 및 인듐 주석 산화물을 널리 사용하였다.
하지만 이러한 전극들은 신축성이 많이 떨어지기 때문에 늘어나면서도 빛을 안정적으로 방출하는 발광소자를 제작하는데 큰 걸림돌이 되어 왔다.
이러한 한계점을 극복하기 위해 정순문 박사팀은 발광층 내부에 얇은 막대 형태의 은 나노와이어 전극을 발광층과 평행하게 삽입시켜 면내전계(in-plane E-field)를 발생시켰고 이를 통해 안정적으로 고휘도 빛을 방출시키는 소자를 개발함과 동시에 신축성을 대폭 개선했다고 한다.
연구팀에 따르면, 이번에 개발된 면내전계 기반 발광소자에는 세계 최초로 이미 보고했던 황화아연(ZnS)과 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)의 혼합물을 기계발광 및 전계발광층으로 동시에 적용시켰으며 이는 하나의 소자에서 전계발광과 기계발광이 동시에 발생할 수 있음을 의미한다.
특히 발광층 내부에서 발생된 빛이 전극을 통과할 필요가 없고 두꺼운 발광층 활용을 가능하게 하여 기존소자 대비 매우 높은 휘도를 달성할 수 있었다.
에너지융합연구부 정순문 박사는 “이번에 개발된 발광소자는 고가의 증착공정이나 패터닝 공정을 필요로 하지 않고 외부의 다양한 환경에도 강한 내구성을 보여주고 있다” 라며 “향후 보다 정밀한 전극 패턴디자인을 통해 실생활에 적용시킬 수 있는 소자를 개발하려 한다”고 말했다.
한편, 이번 연구 결과는 세계적 응용물리 국제학술지인 어플라이드 피직스 리뷰(Applied Physics Reviews) 최신호에 게재되었다. 또한 이번 연구는 과학기술정보통신부가 추진하는 중견연구자지원사업과 DGIST의 연구지원으로 진행됐다.
헬로티 김진희 기자 |
