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고성능 백색 LED를 위한 YAG 개질용 무기 할로겐화물 페로브스카이트 양자점

전문가 제언: ○ 납할로겐화물 페로브스카이트의 이온성 재료는 광흡수성, 전하 수송능력, 광발광(PL) 특성, 그리고 용액가공성이 뛰어나, 태양전지뿐만 아니라 발광다이오드(LED) 등의 응용에서도 연구가 활발하다. 이 재료는 메틸암모늄(MA)과 같은 유기 양이온을 갖는 하이브리드계 재료와 세슘과 같은 무기 양이온을 갖는 무기 재료의 두 종류로 나눌 수 있는데 하이브리드계 재료는 유기재료로 인한 안정성 부족이 도전의 하나이다.

○ LED에서도 하이브리드 재료가 포항공대 이태우 교수 팀 등에 의해 연구 실적이 가장 앞섰다. 그러나 안정성이 우려되어, QD의 장점도 갖는 세슘납할로겐화물 연구가 한창이다. 한국에서도 조속한 연구 개시가 필요하다. 2015년 무기계 세슘납할로겐화물 QD는 실온 합성법 개발로 고온 주입법 QD 및 칼코겐화물 반도체 QD와 동등 이상의 특성을 보였다.

○ 세슘납할로겐화물 QD의 백색 LED(WLED) 즉 고상 조명을 위한 연구가 가속되고 있는데 오늘날 통상의 WLED는 황색 발광 인광체(Ce3+: YAG)와 결합된 InGaN 청색 칩이 기본이지만, Ce3+:YAG 인광체의 적색 결핍으로 차가운 백색광만이 가능하다. 국제조명위원회(CIE) 규정의 따뜻한 WLED를 위한 적색 발광 인광체로 칼코겐화물 반도체 QD가 제안되었는데 QD 표면에 부동태 셸 성장이 필요하였다.

○ 이 글에서 열적/광안정성, 양자수율, 발광 특성이 더 우수하고 셸이 불필요한 CsPbBr3-xIx (x=0～3) QD를 PbBr2와 PbI2의 혼합 용액에 올레산 세슘을 고온주입법(HI)으로 합성하였다. CsPbBr3-xIx QD 중 CsPbBrI2 QD는 QY(양자수율)가 65%로 높고 Ce3+:YAG 기반 WLED의 적색 발광 성분으로 사용될 때 소자는 LE(발광효율) 58㏐W-1, CCT 5907K, 그리고 CRI 90, 작동 전류 20㎃를 가진 유망한 성능을 보였다.

○ 시제품 WLED는 원격형인데, CsPbBrI2 QD 박막이 황색 발광 인광체(Ce3+:YAG)인 PiG(유리 내 인광체) 원반에 적층된 색상 변환기가 InGaN 청색 칩과 결합되어 구축되었다. WLED는 작동전류가 350㎃로 증가해도 기존 적색 인광체와 달리 뚜렷한 열화를 보이지 않아 CsPbBr3-xIx QD가 고출력 조명용 WLED에 유망한 적색 인광체임을 알려준다.

저자: J. Zhou, et al.
자료유형: 니즈학술정보