동의대학교 DONG-EUI UNIVERSITY

화장품공학과 김성훈 교수팀, 세라믹 매트릭스에 매립된 

양자점 박막으로 고효율·고내구성 백색 LED 조명 소재 개발

고분자 한계를 넘어선 친환경, 고내구성 양자점 기반 조명 기술

[왼쪽부터 이영호 학생, 김성훈 교수]

화장품공학과 김성훈 교수 연구팀이 고성능 백색 LED 조명 구현을 위한 새로운 파장변환 소재를 개발하였다. 이번 연구는 기존 고분자 기반 파장변환재가 지닌 열적 불안정성과 효율 저하 문제를 극복하기 위해, 세라믹 매트릭스에 양자점(Quantum Dots)을 매립한 신개념 복합 박막을 새롭게 제시했다. 개발된 파장변환 소재는 고온 및 고습 환경에서도 성능 저하가 거의 없는 고신뢰성 백색 LED용 파장변환 솔루션을 제안한다. 

이번 연구는 이영호 석사과정생이 제1저자로 참여했으며, 김성훈 교수가 교신저자로 수행하였다. 연구 논문은 ‘Ceramic matrix-integrated quantum-dot films prepared via aerosol deposition for durable and efficient wavelength conversion in phosphor-in-glass plates’라는 제목으로 국제 저명 학술지 ‘Journal of Alloys and Compounds(저널 오브 알로이 앤 컴파운드)’ 최신호에 2025년 9월 온라인 게재되었다.

연구팀은 에어로졸 증착 기술을 이용해 상온에서 양자점과 세라믹 복합층을 직접 형성하는 데 성공했으며, 이 과정에서 세라믹 소재(Al₂O₃, SiO₂)와 함께 PTFE(속칭, 테프론) 첨가제를 도입해 증착 과정에서 발생하는 물리적 손상을 최소화하고, 발광 효율을 크게 향상시켰다. 

그 결과 개발된 복합 박막은 광효율 112.7 lm/W, 연색지수(CRI) 91이라는 우수한 성능을 달성했다. 또한 적색과 청록색 양자점을 양면에 동시 증착하는 방식으로 CRI 96에 달하는 초고연색 특성을 구현, 자연광에 가까운 백색광을 재현하는 데 성공하였다. 

더불어, 150~180°C 고온 및 고습 환경(85°C/85% RH)에서 장기간 안정성을 유지하는 등 탁월한 환경 내구성을 입증했다. 이는 기존 고분자 기반 파장변환재의 수명을 크게 능가하는 성과로 고출력 LED 조명 및 디스플레이, 자동차, 촬영용 특수 조명 등 다양한 산업 분야에 적용 가능성이 크다.

김성훈 교수는 “이번 연구는 친환경적이면서도 고내구성을 지닌 파장변환 기술로, 고품질 LED 조명의 상용화를 앞당길 수 있는 중요한 기반이 될 것”이라며 “향후 고출력 조명, 차세대 디스플레이 및 에너지 소자에도 폭넓게 응용될 것”이라고 밝혔다.