경희대 최석원 교수와 아일본 이화학연구소 라오카 후미토 박사 공동연구팀이 디스플레이의 발광 효율을 향상시켜줄 신개념 원편광 발광재료 설계지침을 제시했다.

원편광 현상은 발광의 진동축이 진행방향의 수직면을 따라 회전하는 현상으로, 원편광을 이용하면 디스플레이의 발광 효율을 크게 개선할 수 있다.

통상의 빛을 원편광 필터를 이용하여 변환시키는 방법이 일반적으로 사용되고 있으나, 변환 과정에서 큰 에너지 손실 및 투과광의 강도 저하가 필연적으로 발생한다.

일반적으로 원편광 발광재료들은 희금속(rare metal)이 이용되거나, 화학적으로 오른쪽 또는 왼쪽 중의 어느 한쪽 방향의 광학이성질체만이 되도록 입체발생 중심을 도입한 분자로 설계되어 고가이며, 분자 설계 및 합성이 용이하지 않다.

연구팀은 단순한 화학구조를 지닌, 입체발생 중심이 전혀 없는 분자들로만 구성된 혼합물에서 원편광 발광 특성이 관측되도록 신개념의 원편광 발광재료를 설계했다.

이 재료에서는 분자들의 자발적인 자기조립 및 분자간의 상분리 현상을 적극적으로 이용할 수 있도록 재료가 설계되어 있다.

화학적으로 입체발생 중심이 없는 저분자 물질의 자발적인 자기조립현상으로 인하여 만들어진 나선형의 구조체들 사이의 미세공간에 발광특성을 지닌 저분자의 액정재료를 채워 넣어, 구조체의 나선형태가 액정재료에 전달되게 재료를 설계했다.

이러한 입체발생 중심이 전혀 없는 분자들로만 구성된 화합물에서 성공적으로 원편광 발광현상이 관측되었고, 또한 이 화합물에서 관측되는 원편광 발광은 전기장 및 온도 제어에 따라 원편광 특성이 가역적으로 제어됨을 확인되어 새로운 개념의 원편광 발광소자의 출현의 가능성을 제시했다.

▲ 최석원 교수

이 연구에서는 입체발생 중심이 전혀 없는 분자들로만 구성되었음에도 원편광 발광이 관측돼 기존 상식을 벗어났다.

최석원 교수는 “이 연구를 통해 원편광 발광재료 설계에 대한 상식이 깨졌다”며 “향후 이 연구 개념이 적용된 원편광 발광의 색변환 재료를 개발해 미래 디스플레이 산업에 기여하고 싶다”고 말했다.

이 연구 성과는 재료과학 분야 국제학술지 ‘어드밴스드 펑셔널 머티리얼스(Advanced Functional Materials)’에 6월 11일 게재되었다.