|
연구팀은 희귀 금속 없이도 빠르게 빛나는 고속 유기 인광 분자 설계 원리를 제시했다.
빛을 내는 물질은 크게 ‘형광’과 ‘인광’으로 분류된다. 형광은 빛을 주는 광원을 없애면 짧은 시간 안에 빛이 사라지는 게 특장이며 우리가 일상에서 쓰는 형광등이 대표적이다.
반면 인광은 들뜬 에너지가 삼중항이라는 상태를 한 번 거친 뒤 빛으로 나오기에 광원을 제거해도 빛이 상대적으로 늦게까지 남는다. 불을 끈 뒤에도 한동안 빛이 나는 야광 스티커나 비상구 표지판이 대표적인 사례다.
인광은 디스플레이에서 특히 중요하다. 유기발광다이오드(OLED)에 전기를 흘리면 만들어지는 들뜬 에너지의 약 75%가 삼중항 상태라서다. 형광 소재는 이를 빛으로 바꿀 수 없지만 인광 소재는 빛으로 활용할 수 있다. 이 때문에 현재 OLED의 적색·녹색 발광 소재에는 이리듐(Ir) 같은 귀금속을 넣은 인광 소재가 쓰인다.
다만 이리듐은 지구상에서 가장 희귀한 원소 중 하나로 값이 비싸고, 독성과 안정성 문제도 안고 있다. 이에 금속 없이 분자만으로 이뤄진 ‘순수 유기 인광체’가 귀금속을 넣은 인광 소재의 대안으로 주목받고 있다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 희귀 금속 없이도 빠르게 빛나는 고속 유기 인광 분자 설계 원리를 제시했다. 허정무 아주대 교수는 “그동안 유기 인광 연구는 빛이 꺼지지 않도록 분자의 움직임을 붙잡아 두는 데 집중해 왔다”라며 “이번 연구는 그와 달리 분자 속 두 카보닐기의 비틀린 방향이라는 단순한 구조 요소로 빛이 나오는 속도 자체를 높이는 새로운 설계 원리를 제시했다는 데 의미가 있다”라고 설명했다.
허 교수는 이어 “결정에서 찾은 유리한 모양을 분자 구조에 새겨 넣어 플라스틱 필름에서도 빠른 청색 인광을 구현한 만큼 실제 소재 설계로 이어질 수 있다”며 “소자에 적용하려면 발광 효율을 더 높이는 후속 연구가 필요하지만, 희귀 금속 없이 빠르게 빛나는 유기 소재는 차세대 디스플레이와 바이오 이미징 기술의 선택지를 넓혀 줄 것”이라고 덧붙였다.
이번 연구는 아주대 교내 연구비 등을 지원받아 수행했다. 아주대 허정무 교수가 제1 저자 겸 교신저자로, 미시간대 김진상 교수와 서울대 권민상 교수가 공동 교신저자로 참여했다. 연구 결과는 화학 분야 저명 국제학술지(Angewandte Chemie International Edition)에 게재됐다.
