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韓,그래핀 이용 저비용 고효율 LED 제작 길 열어
그래핀 전극 에너지전달 메커니즘 규명
김진수 전북대학교 신소재공학부 교수
국내 교수가 그래핀 전극 에너지전달 메커니즘을 규명해 향후 저렴하면서도 효율을 크게 높일 발광다이오드(LED)의 제작에 도움을 줄 것으로 보인다.

전북대학교는 지난 9일 김진수 전북대학교 신소재공학부 교수가 그간 가능성만 증명 됐던 그래핀을 이용한 LED 제작의 물리적 증명과 이론적 해석에 성공해 세계적인 주목을 받고 있다고 밝혔다.

현재 LED는 ‘인듐주석산화물’을 투명전극 물질로 주로 사용하고 있는데 단파장 영역으로 갈수록 투과도가 저하되고 경제적 비용이 상승했다. 또한 딱딱한 성질로 유연성 있는 반도체 광전소자를 제작하는 데 한계가 있었다.

이를 극복하기 위해 높은 전기전도성과 가시광선 파장대역에서 90% 이상의 우수한 투과율을 갖는 그래핀을 전극으로 사용하는 연구가 세계적으로 진행되고 있었다.

2009년 그래핀을 이용해 휘어지는 투명전도필름으로 사용할 수 있는 가능성을 보인 이후 그래핀을 투명전극으로 사용한 광전소자 제작 연구가 활발하게 진행되고 있는데 가능성만 증명 되었을 뿐, 이에 대한 물리적 증명 및 이론적 해석은 거의 진행되지 않고 있었다.

이에 김진수 교수팀은 한국전자통신연구원, 미국 조지아공대 등과 공동연구를 통해 그래핀 전극을 갖는 LED를 제작하고, 기존에 설명이 제한적이었던 투명전극과 광이 형성되는 활성층 사이의 에너지전달 메커니즘에 대한 실험적 근거와 해석을 진행했다.

연구팀은 청색 빛을 방출하는 InGaN/GaN 활성층을 갖는 LED 구조 위에 일반적인 화학기상증착법 (Chemical Vapor Deposition)을 통해 이용해 단일층 (Single), 이중층 (Double), 삼중층 (Triple), 사중층 (Quadruple)을 갖는 그래핀을 제작했다.

이를 전기, 구조 및 광학적 특성평가 방법을 통해 InGaN/GaN 활성층에서 광이 방출되는 과정에서 그래핀층 사이에 에너지변환과정을 규명 하였다.

실제 실험을 통해 LED에 그래핀을 전극으로 사용했을 경우 효율이 높아진다는 과정이 규명된것은 이번 연구가 처음이며 이를 통해 그래핀 전극을 가지는 LED와 레이저 다이오드 같은 발광소자의 연구에 널리 활용될 수 있을 것으로 학계는 내다보고 있다.

김진수 교수는 “이번 연구는 그래핀을 LED 전극으로 사용해 효율이 크게 향상되는 과정을 처음으로 실험을 통해 밝힌 것”이라며 “저비용으로 고효율의 LED를 제작하는 데 기여할 수 있는 연구가 될 것”이라고 말했다.

한편, 연구결과는 세계저명학술지인 Nano Letters 논문집에 2015년 2월호에 게재되었다.

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강지혜 기자 (kjh@amenews.kr) [기자의 다른 기사보기]

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