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  보석같은 빛을 발하는 순수한 유기화합물이 보다 저렴하고 효율적인 플렉시블 디스플레이 스크린의 제조를 가능하게 할 전망이다. 미시간 대학 김진상 교수 연구팀이 기존에는 비유기화합물 또는 유기금속물에서만 볼 수 있었던 특성
인 인광을 발하는 새로운 소재를 개발했다.
  김 교수팀은 가시광선에서는 흰색이며, 자외선 하에서는 파란색, 녹색, 노란색 및 오렌지색을 발광하는 비금속 유기 결정을 제조했다. 이 소재의 화학적 조성을 변경하면, 다른 색상을 발광할 수 있다.
  이 새로운 발광소재(인광체)를 이용하면 기존의 유기 발광 다이오드(OLED) 및 고체 조명 (solid-statelighting)을 향상시킬 수 있다. 고휘도, 저전력의 OLED가 휴대폰이나 카메라의 일부 소형 스크린에 사용되고 있으나, 현재로서는 소재의 비용이나 제조상의 문제로 대면적 디스플레이에는 실용화되지 않고 있다.

  오늘날의 OLED는 100% 유기 화합물이 아니며, 탄소 화합물로 제조된 것이 아니다. 사용되는 유기 물질들이 발광을 하기 위해서는 금속과 혼합되어 있어야 한다. “순수 유기물질들은 이제까지 의미있는 인광을 방출할 수 없었다. 우리는 휘도 및 색상조절 능력 면에서 유기금속과 대등한 기능을 나타내는 최초의 유기물질을 개발했다.”라고 재료과학·화학공학·거대분자공학·생의학공학과의 김진상 교수가 말했다. 본 연구는 Nature Chemistry 온라인 판에 발표되었다.
  이 새로운 인광체는 55%의 양자수율을 나타낸다. 소재의 효율 및 휘도의 측정수단인 양자 수율은, 전자가 여기상태에서 기저상태로 변화될때 열 대신 빛으로 얼마나 많은 에너지를 소산하는지를 나타낸다. 기존의 순수 유기화합물들의 양자 수율은 근본적으로“0”이다.
  김 교수가 개발한 인광체에서, 빛은 인광을 생성하는 화합물인“방향족 카르보닐”로 알려진 산소와 탄소분자로부터 방출되지만, 극저온과 같은 특별한 환경에서는 빛이 약하게 나온다. 이 신소재의 특이성은, 방향족 카르보닐이 결정 내의 할로겐과 강력한 할로겐 결합을 형성하여 분자들을 밀집시킨다는 것이다. 이러한 배열은 여기 전자들이 기저상태로 되돌아 갈 때 진동 및 열에너지 손실을 억제함으로써 강력한 인광을 발하게 된다.
  “방향족 카르보닐을 단단한 할로겐 결합으로 결합함으로써, 실용적인 조건에서 훨씬 밝은 인광을 얻을 수 있었다.”라고 최근 재료공학 박사학위를 취득한 이 논문의 공동 저자인 Onas Bolton이 말했다. 이 새로운 방법을 이용하면 유기금속으로는 실현이 어려운 고에너지 청색 유기 인광을 보다 쉽게 만들 수 있다.
  유기 발광 다이오드는, 주로 세라믹으로 만들어진 비-유기 발광 다이오드 보다 가벼우며 제조비용이 저렴하다. 그러나 오늘날의 OLED는 여전히 소량의 귀금속을 포함하고 있다. 이 새로운 화합물은 귀금속을 포함하지 않기 때문에 제조가격이 훨씬 낮다. 개발된 유기화합물은 주로 저렴한 탄소, 산소, 염소 및 브롬으로 만들어진다.

  “아직 초기 단계에 있지만, 우리가 개발한 이 단순한 물질이 상업적인소재로 응용되기 까지 오래 걸리지는 않을 것으로 기대하고 있다. 그리고 화합물들이 매우 저렴하며 합성이 용이하고, 다양한 색상과 특성을 얻기 위해 화학구조를 조절하기가 쉽기 때문에, LED 및 고체 조명 산업에 큰 변화를 가져올 것으로 생각 한다.”라고 김 교수는 말했다.

  박사과정 졸업생인 이광원 박사가, 생물학적 분자의 검출, 의료진단 및 환경 모니터링 등에 사용되는 화합물인 바이오센서를 개발하는 과정에서 이들 물질의 독특한 특성을 발견했다. 이 인광체도 또한 바이오센서 분야에 응용될 수 있다. 이광원 박사의 최초 발견 이후, Bolton이 비금속의 순수 유기 인광체를 개발한 것이다. 본 연구는 미국 과학재단과 한국연구재단으로부터 연구비 일부를 지원받았다.