미국 학계에서 차세대 퀀텀닷(QD) 발광다이오드(LED)를 만들 수 있는 기술이 등장했다. 기존 조명 시스템은 물론 액정디스플레이(LCD)용 백라이트유닛(BLU), 스마트폰 등 광범위한 영역에 사용될 수 있어 주목된다.
미국 오레곤주립대학(OSU) 연구진이 최근 퀀텀닷 제조 기술을 진보시켜 차세대 LED 광원을 만들어낼 수 있는 기술을 개발했다. 이 LED는 카드뮴계 독성 물질을 덜 활용하고 마이크로웨이브 가열이라는 간단한 저가 공정을 써서 사용자에게 더 친화적인 흰 빛을 뿜어낸다.
연구진 측은 비용 절감, 환경성, 성능을 모두 개선한 만큼 이 기술이 활용된 LED로 조명 시스템을 만들면 백열등, 형광등으로 구성했을 때보다 비용 소모를 절반 이상 줄일 수 있을 것이라고 설명했다. 이들은 향후 디스플레이, LCD용 BLU, 스마트폰 등 다양한 영역에 결합될 수 있는 기술이라고 내다봤다. 관련 논문은 나노파티클 리서치에 게재됐다.
연구진은 ‘연속 흐름 화학 반응기와 마이크로웨이브 가열 기술을 활용해 QD LED를 만들었다. 마이크로웨이브 가열 기술은 현재 부엌 전자레인지나 오븐 등에 활용되는 것과 개념적으로 유사하다.
연속 흐름 시스템은 빠르고 저렴하며 에너지효율성을 높여 제조단가를 줄였다. 마이크로웨이브 가열 기술은 공정 중 필요한 열을 정밀하게 제어할 수 있다. 마이크로웨이브 시스템이 기존 소재를 적재적소에 맞게 초기 설정된 크기와 모양의 나노 입자로 바꾸는 형태다.
그렉 헤르만 OSU 엔지니어링 대학 부교수 겸 화학 엔지니어는 “퀀텀닷을 적용할 수 있는 제품이나 기술은 매우 다양하다”며 “하지만 대량 양산해 소비 시장에 이르는 것은 LED 조명이 먼저될 것”이라고 말했다.
그는 “우리는 마침내 저비용, 에너지 효율적인 LED 조명을 만들어내 사람들이 정말 원하는 부드러운 흰 빛을 내게 만들었다”며 “비독성 물질을 사용하고 버려지는 소재를 최대한 줄여 제조 단가를 줄일 수 있는 동시에 환경 보호라는 이점까지 누릴 수 있다”고 덧붙였다.
현재 산업 수준에서 생산되는 LED 조명의 경우 상당수가 인체에 독성이 있다고 알려진 카드뮴 소재를 활용한다. OSU에서 개발돼 테스트 중인 LED 시스템은 이 대신 구리인듐디셀레니드(copper indium diselenide)를 기반으로 만들어졌다. 구리인듐디셀레니드는 에너지 변환 효율이 카드뮴보다 높다.
기존 퀀텀닷 LED는 몇 시간동안 사용할 수 있지만 가격이 비싸고 색상을 바꾸는 데 한계가 있었다. OSU에서 만든 제조 기술은 저가 소비자용 애플리케이션을 양산하는 데 적합하다.
이 기술은 스마트폰 등 휴대용 전자기기가 전력 소모량을 줄이는 데도 활용 가능하다. 위조지폐 감별 시스템 등에서 특정 적외선이나 가시광선을 검출하는 화합물과 결합해 정확성과 식별력을 증가시키는 데 쓰일 수도 있다.
연구진은 현재 민간 업계가 이 기술을 활용할 수 있도록 협력 중이다. 이 연구는 오레곤의 지속가능한 재료화학에 관한 국립과학재단센터 후원을 받아 진행됐다.
김주연기자 pillar@etnews.com