반딧불이 발광구조 모방 OLED 발광효율 60% 향상

KAIST 정기훈 교수 "첨단 디스플레이·조명에 생체모방 광학 적용 가능"

국내 연구진이 자연계에서 가장 효율적인 발광메커니즘을 가진 것으로 알려진 반딧불이의 발광구조를 모방해 유기발광다이오드(OLED)의 효율을 60% 이상 높이는 기술을 개발했다.

한국과학기술원(KAIST) 바이오 및 뇌 공학과 정기훈 교수팀은 24일 반딧불이가빛을 내는 부분의 구조를 분석해 비늘 모양의 나노구조가 비스듬히 겹쳐있는 계층구조가 발광효율을 높인다는 것을 규명하고 이를 OLED에 적용해 발광효율을 기존 OLED보다 61% 높였다고 밝혔다.

자연계에는 의사소통이나 짝짓기 등을 위해 스스로 빛을 내는 동물이 많이 있으며 이 가운데 반딧불이는 특히 발광효율이 높은 것으로 알려졌다.

과학자들은 반딧불이의 이런 발광 메커니즘을 밝혀내고 이를 산업적으로 적용하면 더 적은 에너지로 더 밝은 빛을 내는 발광체를 개발하는 것이 가능할 것으로 보고 활발히 연구해 왔다.

반딧불이에서 빛이 나는 아랫배 꼬리 부분은 비늘 형태의 각피(cuticle)와 발광층(photogenic layer), 기저층 등 3개 층으로 돼 있으며 발광층을 아래위에서 덮고있는 각피층과 기저층이 효율적인 생체발광에 중요한 역할을 하는 것으로 추정됐다.

정 교수팀은 이 연구에서 이론적 분석과 실험을 통해 표면에 나노미터 수준의가는 선들이 있는 비늘 모양 각피와 이런 각피가 비스듬히 겹치듯 연결된 계층구조가 반딧불이의 발광효율을 높이는 데 핵심적인 역할을 한다는 사실을 밝혀냈다.

분석 결과 표면에 나노미터 수준의 선들이 있는 각피와 이런 각피가 비스듬히겹치듯 연결된 마이크로미터 수준의 계층구조가 모두 표면이 평평한 기존 OLED보다발광효율을 높이는 데 크게 기여하는 것으로 나타났다.

연구진이 반딧불이 발광체의 이런 구조를 적용해 제작한 녹색 OLED를 현재 사용되는 일반 OLED와 비교한 결과 똑같은 양의 에너지를 사용할 때 발광효율이 최고 61% 높았고, 기존 OLED보다 더 넓은 각도에서 더 밝게 빛나는 것으로 나타났다.

정 교수는 "이 연구에서 반딧불이 발광체의 각피 계층구조가 광학적으로 어떤역할을 하는지 밝혀내고 이를 이용해 고효율 생체모방 OLED를 만드는 데 성공했다"며 "이를 공학적으로 모사한 것은 첨단 디스플레이와 조명에 생체모방 광학을 적용하는 데 새로운 방향을 제시한 것"이라고 말했다.

이 연구 결과는 국제학술지 '나노 레터스'(Nano Letters, 3월 25일자) 온라인판에 게재됐다.

scitech@yna.co.kr(끝)<저 작 권 자(c)연 합 뉴 스. 무 단 전 재-재 배 포 금 지.>