전남대 임원빈 교수팀, data-mining 통한 새로운 조성 형광체 발굴

새로운 무기화합물 조성 도출에 새로운 연구 가능성 제시

전남대학교(총장 정병석) 공과대학 신소재공학부 임원빈 교수 연구팀이 data-mining으로 발굴된 기존에 존재하지 않던 새로운 조성의 형광체에 관한 연구 결과를 발표했다.

연구팀은 형광체 조성을 슈퍼컴퓨터를 이용하여 예측함으로써, 기존에 존재하지 않는 새로운 조성을 개발할 수 있다는 것을 나타내며 형광체 이외에 다른 세라믹 물질도 data-mining 방법으로 개발이 가능하다는 것을 의미한다. 이 결과를 통하여 기존 한계를 느끼고 있던 새로운 무기화합물 조성 도출에 새로운 연구 가능성을 제시한 것으로 평가된다.

Joule-photo

형광체는 청색/근자외선 LED와 함께 혼합하여 백색을 구현하는 세라믹 소재로써 형광체 기반의 백색 LED는 휴대전화 및 노트북 등의 BLU(back light unit)과 실내·외 조명 등에 널리 사용하고 있다. 하지만 현재 사용되고 있는 형광체는 비싼 희토류 이온이 포함되거나, 합성 방법이 어렵다는 단점을 가지고 있으며 두 색 이상의 형광체를 혼합하여야 연색지수를 높일 수 있다는 한계가 있었다.

연색지수는 영어로 color rendering index, CRI로 표기되는 조명 평가 단위로 광원이 색감에 미치는 영향을 나타낸다. 연색지수가 높을수록 자연광 아래에서의 사물 색상과 유사도가 높다는 것을 의미한다.

이러한 한계점을 극복하기 위하여 본 연구팀은 미국 UCSD(University of California, San Diego)의 연구팀과 함께 지난 2년간 연구를 진행하였으며, 슈퍼컴퓨터를 사용하여 high-throughput computational approach 기반의 Sr-Li-Al-O 조성을 갖는 새로운 조성을 탐색하였다. 이 결과 기존에 존재하지 않던 새로운 Sr2LiAlO4 조성을 도출할 수 있었다.

본 연구팀은 새로운 조성에 소량의 Eu2+, Ce3+을 각각 치환하여 청색/근자외선 영역에 흡수를 갖는 녹색, 청색 형광체를 합성 및 분석하였다. 합성된 새로운 형광체 조성은 희토류 이온이 거의 사용되지 않는 장점이 있으며 합성 방법은 일반 고상법을 사용하였다. 합성된 형광체를 청색 LED와 혼합하여 prototype으로 제작하였을 때 연색지수 90 이상을 갖는 백색을 구현할 수 있었다.

이번 연구 결과는 세계적인 저명 학술지인 Cell 자매지 Joule 저널에 2018년 2월 19일자 온라인 판에 게재되었다.
논문원재는 Mining Unexplored Chemistries for Phosphors for High-Color-Quality White-Light-Emitting Diodes이다.

이 연구는 한국연구재단의 중견연구자사업 지원으로 수행되었으며, 전남대학교 소속 김윤화 박사가 공동 1저자로, 임원빈 교수가 공동 교신저자로 참여하였다.