이태우 서울대 교수(왼쪽)과 김성진 박사(오른쪽).(사진=서울대)
페로브스카이트는 OLED(유기발광다이오드)와 QLED(무기양자점 발광다이오드)를 뛰어넘는 발광 성능으로 초고해상도 TV는 물론, 증강현실(AR)과 가상현실(VR)과 같은 차세대 디스플레이에 활용이 기대되는 소재다.
현재 소재를 제품화하기 위한 나노결정 합성 방식으로 150도 이상의 고온 용액에 소재를 주입하는 ‘핫 인젝션(Hot-injection)’ 합성 기술이 주로 사용되고 있다. 하지만 화재 등 안전 위험이 있고 산소와 수분을 차단하기 위한 특수 설비가 필수적이다.
이를 대신해 상온에서 합성이 가능한 기술이 제시됐지만 균일하고 고품질의 나노결정 확보가 어렵고 대량 생산 시 생산성과 품질이 떨어지는 한계가 있었다.
연구팀은 대량 생산 시 발생하는 품질 저하가 빠른 합성 속도에 따른 균일성 저하와 결정 결함에서 이뤄진다는 점에 주목하고, 이를 해결하기 위한, ‘저온 주입’ 합성 기술을 개발했다.
‘저온 주입’ 합성 기술은 0도 부근의 낮은 온도로 냉각한 리간드 용액에 페로브스카이트 전구체 용액을 주입해 ‘유사 유화(pseudo-emulsion)’라고 불리는 상태를 형성한 뒤, 합성하는 방식이다. 이를 통해 페로브스카이트 나노결정의 합성 속도를 제어해 결함 생성을 줄이고, 100% 발광 효율을 가진 고품질의 나노결정을 대량으로 생산할 수 있게 된다.
이번 기술은 연구팀이 확보한 원천 특허를 기반으로 해 산업적 가치도 있다. OLED의 경우 핵심 소재 기술에 대한 특허료를 해외 기업에 내고 있는 상황이지만, 향후 페로브스카이트 디스플레이가 상용화되면 기술 종속 구조를 극복하고 차세대 디스플레이 시장 경쟁력 확보에 기여할 수 있다.
연구팀은 교원 창업 기업인 에스엔 디스플레이와 협력해 대량 생산된 페로브스카이트 나노결정을 기반으로 색변환 필름을 제작하고 실제 10.1인치 태블릿 디스플레이에 장착해 상용화 가능성을 검증했다.
이태우 서울대 교수는 “페로브스카이트로 한국 디스플레이 역사에서 최초로 원천재료를 확보했다”며 “향후 페로브스카이트 소재를 활용해 디스플레이 응용을 위한 고효율·고안정성 발광 소자 개발에 주력할 계획”이라고 밝혔다.
연구 결과는 국제 학술지 ‘네이처(Nature)’에 19일자로 게재됐다.
