초록 ▼

연구개요
여기광을 흡수하여 다른 파장의 광을 방출하는 형광체 필름의 형광 효율, 혹은 색변환 효율을 향상시키기 위하여 형광체를 마이크로/나노 스케일의 미세 구조로 조성한다. 구체적으로는 광자결정의 형태로 형광체를 조성하여 광밴드에지 공진 현상을 통해, 효율적인 광여기 및 광추출을 기대한다. 광밴드에지 공진 효과는 구조가 조성된 소자의 전면적에서 나타나는 현상이므로, 대면적/고출력 소자를 설계하기 위한 원리로서 적합하다. 고효율의 광자결정 형광체를 구현하기 위하여, 나노구체 자가조립법과 같은 미세 구조 패터닝 방법이 도입될 수

연구개요
여기광을 흡수하여 다른 파장의 광을 방출하는 형광체 필름의 형광 효율, 혹은 색변환 효율을 향상시키기 위하여 형광체를 마이크로/나노 스케일의 미세 구조로 조성한다. 구체적으로는 광자결정의 형태로 형광체를 조성하여 광밴드에지 공진 현상을 통해, 효율적인 광여기 및 광추출을 기대한다. 광밴드에지 공진 효과는 구조가 조성된 소자의 전면적에서 나타나는 현상이므로, 대면적/고출력 소자를 설계하기 위한 원리로서 적합하다. 고효율의 광자결정 형광체를 구현하기 위하여, 나노구체 자가조립법과 같은 미세 구조 패터닝 방법이 도입될 수 있다. 특히 나노구체 자가조립법에 의한 광자결정 구조(오팔, 혹은 역오팔)의 형성 방법을 통해 3차원적으로 패터닝된 형광체 구조를 수월하게 제작할 수 있기 때문에, 1차원이나 2차원의 평면 도파로(~수십 나노미터 두께) 기반 광자결정 박막 구조 형성 방법에 비해, 수 마이크로미터 이상의 두께를 가진 고휘도 형광체 필름 연구에 유리할 것으로 기대된다.

연구 목표대비 연구결과
본 연구의 최종 목표인, 형광 효율(혹은 색변환 효율)이 향상된 고효율의 형광체 필름 개발을 달성하기 위한 구체적인 세부 목표와 연구 결과는 다음과 같다.
1) 밴드에지 모드 파수 벡터(wave vector)의 방향성 설계 및 광밴드구조 분석: 2차원 광자결정 형광체에 대한 연구 선행을 통해, 광자결정 형광체 연구의 타당성을 입증하였다. 2차원 광자결정 형광체는 광밴드구조 및 광공진모드의 분석이 용이하여 광자결정 구조에서 관측 가능한 나노 광학 현상을 이론적으로 뒷받침하기에 유리하다.
2) 형광체가 도핑된 3차원 광자결정(역오팔) 구조 제작: 유기 고분자 소재(silk fibroin)에 유기 형광 염료(Rhodamine 6G)를 도핑하여 3차원 광자결정 형광체를 제작하기 위한 공정 조건을 확립하였다. 이미 잘 알려져 있는 나노구체의 자가조립법을 이용하여 3차원 광자결정 오팔 구조를 준비한 뒤, 이를 템플릿으로 활용하여 역 오팔 구조의 광자결정 형광체를 제작하였다.
3) 3차원 광자결정 형광체 구조의 설계 최적화: 나노구체 자가조립법을 통해 제작된 오팔/역오팔 구조는 면심입방구조(Face Centered Cubic; FCC)를 가지고 있으며, 평면파 전개법(Plane Wave Expansion)을 통해 광밴드구조 분석이 가능하다. 특히, L포인트 방향의 광밴드에지 공진 모드 파장을 여기광원 파장과 오버랩시키기 위한 목적으로, 다양한 종류의 나노구체(지름: 200 nm ~ 500 nm) 및 여기광원(파장: 400nm ~ 500 nm)을 본 연구에 활용하여 형광체 발광 효율을 최적화 하였다.

연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
본 연구개발을 통해 조명 및 디스플레이 산업에서 요구하는 고효율의 형광체 개발에 대한 원천기술 및 노하우를 확보함과 동시에 광자결정의 응용 연구의 새로운 방향을 제시한다. 구체적으로 본 연구개발의 과정에서 고차원 광자결정 형광체의 광밴드구조 분석, 역오팔 기반의 광자결정 형광체 제작 및 광발광 최적화에 대한 기술 및 노하우가 축적되었다. 이와 같은 광자결정 형광체의 원리는 광자결정 구조를 이루고 있는 형광체의 종류나 구성 소재에 한정되지 않으므로, 유기-무기 염료, 양자점, 형광 나노입자 등의 다양한 다운-컨버전 및 업-컨버전 형광체의 발광 효율 향상을 위해 널리 활용될 수 있을 것으로 기대된다. 나아가 본 연구의 핵심 사상인 광밴드에지 공진 효과로 인한 흡광의 증대 원리는 조명 및 디스플레이를 구성하는 형광체 기반 발광 소자 개발 뿐만 아니라, 태양전지나 광검출기와 같은 수광 소자의 개발에도 응용될 수 있을 것이다.

(출처 : 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 5
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 6
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 6
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 11
• 3) 목표 달성 수준 ... 12
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 12
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 12
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 13
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 14
• 끝페이지 ... 23