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.

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 연색지수**를 높일 수 있다는 한계가 있었다.

(연색지수: 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.

* 논문원재: Mining Unexplored Chemistries for Phosphors for High-Color-Quality White-Light-Emitting Diodes

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