전남대 임원빈 교수팀,세계적 권위 ‘네이처 머티리얼즈’표지논문 채택

전남대학교 임원빈 교수(오른쪽) · 김윤화 연구원(왼쪽)

[아시아경제 노해섭 기자]고온에도 빛이 줄지 않는 새로운 형광체를 개발한 전남대학교 공과대학 신소재공학부 임원빈 교수 연구팀의 연구결과가 세계적 권위의 학술지 ‘네이쳐 머티리얼즈(Nature Materials, IF = 38.891)’최신호(2017년 5월) 표지 논문으로 선정됐다.

‘열적 비소광 형광체(A Zero-thermal-quenching Phosphor)’라는 제목의 이 논문은 온도가 올라감에도 빛의 세기가 줄지 않는 신개념 형광체에 관한 내용으로, 향후 고출력 백색 LED 응용 가능성을 높여주고 있다.

형광체는 외부의 에너지를 받아 빛 에너지를 내는 에너지 변환 물질로, 최근 청색 LED와 함께 혼합해 백색 LED를 구현하기 위해 사용되며, 이 백색 LED는 조명 및 디스플레이를 주축으로 실생활에 다양하게 적용되고 있다. 하지만 청색 LED가 구동되면서 발생되는 열에 의해 형광체의 빛이 줄어드는 ‘열적 소광’문제로 고출력 적용에 어려움이 있었다.

임원빈 교수팀은 이러한 단점을 극복하기 위한 연구를 해왔으며, 그 연구결과를 ACS Nano, ACS 어플라이드 머티리얼즈 & 인터페이스, 네이쳐 커뮤니케이션즈 등의 권위 있는 학술지를 통해 지속적으로 발표해왔다.

임원빈 교수 연구팀은 이번 논문을 통해 자외선 파장의 빛을 흡수해 청색 빛을 내는 새로운 형광체를 보고했다. 이 형광체는 온도가 증가하면 온도에 따라 형광체 구조 내에 존재하는 나트륨 이온의 이동에 의해 α, β, γ 상으로 변화하게 된다. 이로 인해 형광체 내부에 결함 준위를 생성하며, 이 결함 준위에서 빛 에너지로 전환될 수 있는 전자·전공 쌍을 생성하게 되고 이것에 의해 온도가 증가해 빛이 줄지 않는 현상을 나타냄을 실험과 계산을 통해 증명했다.

임 교수팀은 이 현상을 갖는 형광체를 ‘자가치유 형광체’라고 명명했다.

이 연구결과는 고온에서 빛이 줄어드는 형광체의 단점이 외부 코팅 등을 통하지 않고 형광체 모체 내에서도 극복될 수 있음을 보여주었으며, 고출력 LED에 적용할 때도 기존 형광체보다 안정성이 뛰어남을 입증해줬다.

임 교수 연구팀은 논문 발표 전에 형광체에 대한 국내외 원천특허도 확보했다.

특히 이번 연구성과는 김윤화 박사과정 학생(제 1저자) 등 전남대학교 연구진을 주축으로 협력해 거둔 성과여서 의미를 더한다. 이번 연구는 한국산업기술평가관리원, 한국연구재단의 지원으로 수행됐다.