세라믹스｜R&D

포스텍 장현명 교수 연구팀·(주)이그젝스

양자분리형 PDP 형광체 개발 성공

세계 최초로 개발, 상용화 될 경우 발광효율 최대 2배까지 높여, 전력소모량 감소 기대
황산칼슘에 희토류 원소 테르븀 첨가, 황산칼슘에 음전기 띤 엑시톤 생성시켜

포스텍(포항공과대학교, POS
TECH) 신소재공학과 장현명 교수팀은 최근 양자분리형 형광체(quantum-splitting phosphor) 개발에 세계 최초로 성공했다고 밝혔다.
이번 개발은 디스플레이용 기능성 소재 전문업체인 (주)이그잭스와의 2년여에 걸친 협력연구 끝에 이루어진 것이다.
연구팀에 따르면 개발된 형광체가 상용화될 경우, 한 개의 양자가 100% 이상의 발광효율을 낼 수 있어 그동안 많은 전력소모량과 비싼 전기료가 단점으로 지적돼왔던 PDP TV의 전력소모량을 감소시킬 수 있을 것으로 전망된다.
이번에 개발된 형광체는 황산칼슘(CaSO4)에 희토류 원소인 테르븀(Tb)을 첨가한 것이다. PDP 방전에서 발생하는 147나노미터(nm) 파장의 극자외선을 흡수, 황산칼슘에 음전기를 띤 엑시톤(exciton)을 생성시키고 이 에너지를 다시 인접해 있는 2개의 테르븀 원자에 동시에 전달하도록 해 엑시톤 양자 한 개가  두 개로 분리돼 녹색 가시광선을 내도록 하는 것이 이 기술의 핵심이라고 한다. 기존의 PDP가 하나의 양자로만 발광을 하도록 해 80~90%의 발광효율을 갖는데 비해 이 기술을 적용하면 이론적으로 최대 2배(200%)까지 발광효율을 높일 수 있다는 것이 연구팀의 설명이다. 이 기술이 상용화되면 기존 방식보다 적은 양의 형광체로도 발광효율을 유지, 또는 확대할 수 있어 제작비용 절감과 전력소모량 감소 등의 효과가 기대된다는 것이다. 또한 지금까지 대부분 수입에 의존해왔던 PDP 형광체도, 상대적으로 저가인 황산칼슘을 활용, 우리 기술로 간단히 직접 만들 수 있어서 PDP 형광체 수입비용도 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

연구결과 ‘ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS’에 게재
한편 장현명 박사 연구팀은 이번에 개발된 녹색 파장용 형광체의 상용화를 꾀하는 동시에 향후 청색 파장으로도 개발을 확대할 계획이라고 밝혔다.
녹색 파장용 형광체에 이어 청색 파장용 형광체의 발광효율을 높이는 기술이 개발되면 형광체 수입비용이 크게 줄어들어 디스플레이 산업에도 큰 영향을 미칠 것으로 관련업계에서는 예상하고 있다.
이번 연구 결과는 기능성 신소재 연구분야 해외 학술지인 ‘어드밴스드펑셔널머티리얼즈(ADVANCED FUNCTIONAL MATERIALS)’ 1월호에 게재됐다.
박미선 기자

<사진>

장현명 교수

SEM image of CaSO4 : Tb(10%) Na(30%) phosphor

용어해설
엑시톤(여기자, exciton)
반도체와 유기 발광 다이오드 산업에서 사용되는 단어로 전자(electron)와 정공(hole)이 상호작용으로 묶여 있는 상태를 말한다. 전자와 정공은 엑시톤으로 결합된 상태로 빛을 발생하며 반도체와 유기 발광 다이오드는 엑시톤의 이러한 성질을 다양하게 활용해 개발되고 있다.