차세대 페로브스카이트 디스플레이 기술을 개발한 서울대학교 공과대학 재료공학부 이태우 교수 연구팀. (좌측부터) 서울대 이태우 교수, 서울대 김주성 박사과정, 서울대 허정민 박사과정. <자료=이태우 교수>

 

페로브스카이트 디스플레이 기술 개발
차세대 발광 소자 수명 획기적 개선
한계 극복한 최고 효율 및 초고휘도 디스플레이 기술
세계 최고 국제학술지 ‘네이쳐(Nature)’에 게재

 

 

서울대학교 공과대학(학장 홍유석)은 재료공학부 이태우 교수 연구팀이 차세대 발광 소재인 금속할라이드 페로브스카이트의 한계를 극복한 세계 최고의 효율, 밝기, 수명을 동시에 만족하는 발광 소자를 개발하였다고 10일 밝혔다. 이번 연구 결과는 세계 최고의 국제 학술지 ‘네이쳐 (Nature)’에 11월 9일자로 게재됐다.

이태우 교수팀은 페로브스카이트 발광 소자의 효율을 이론상 가능한 최대 수준인 28.9%로 끌어올리면서도, 가장 큰 한계점으로 꼽혀 왔던 페로브스카이트의 수명을 크게 끌어올려 약 3만 시간에 달하는 세계 최고의 구동 수명을 보고했다. 이는 페로브스카이트 발광체가 상용화될 수 있는 수준의 우수한 차세대 디스플레이 소재라는 것을 보여준 셈이다.

페로브스카이트 발광체는 매우 뛰어난 색순도, 우수한 전기적 특성, 저렴한 소재 가격, 색조절이 쉽다는 장점을 가지고 있다. 이 같은 장점 덕분에 초고선명 텔레비전(UHD-TV), 가상현실(AR) 디스플레이 등의 구현을 위한 고색순도 발광을 구현할 수 있는 소재로써 주목받는 중이다. 하지만 페로브스카이트 소재는 광효율이 낮아 기존의 소자들은 낮은 효율 혹은 짧은 수명의 단점이 있다.

이번 이태우 교수가 이끄는 서울대 연구팀은 ‘인-시츄 코어/쉘 나노입자’라는 새로운 합성 방법을 제시하며 기존 합성법과 달리 매우 높은 내부 발광 효율을 구현해냈다. 세계 최고의 외부양자효율(28.9%) 및 전류효율(151cd/A-1)뿐만 아니라, 유기 발광 다이오드 이상의 초고휘도(473,990cd m-2), 매우 낮은 구동 전압(2.7V @ 10,000cd m-2) 그리고 3만 시간 이상의 장수명을 갖는 녹색 발광 소자를 구현할 수 있게 됐다.

각각의 특성들은 현재까지 보고된 페로브스카이트 발광 다이오드 기반 효율, 수명, 밝기에 대해 모두 최고 수치다. 이는 현재 활발히 연구되고 있는 세계 최고 수준의 인광 OLED 혹은 Cd-free QD LED보다도 우수한 성능이다. 기존에 이들 디스플레이 소재로써는 구현이 어려웠던 모바일, 소형, 가상/증강현실 기술과 같은 차세대 디스플레이 구현을 가능케 할 것으로 보인다.

특히 페로브스카이트 발광 다이오드는 세계적인 연구그룹의 노력에도 수년간 구동 수명이 수백 시간 이내 수준에 머물러 상용화 불가능한 실험실 수준의 소재라 여겨지고 있었다. 국내 디스플레이 기업들은 선도적인 기술을 보유한 OLED 분야를 기점으로 해 시장점유율을 일부 유지하고 있으나, 점점 줄어드는 기술격차와 투자 규모의 차이로 인해 시장 점유율의 회복 전망은 매우 부정적이었기 때문에 이번 기술 개발이 더 큰 의미를 갖는다.

이 교수는 2014년부터 페로브스카이트 발광체, 공정, 소자를 전반적으로 아우르는 지식재산권을 출원하여 국제 등록까지 마친 상태다. 또 기술의 상업화를 위해서 서울대학교 교내 벤처 기업 (SN Display 주식회사)를 창업하는 등 활발히 활동을 이어 나가고 있다.

이태우 교수는 “페로브스카이트 나노 입자의 새로운 합성법을 고안함으로써 페로브스카이트 발광 다이오드의 발광효율과 밝기, 수명을 한꺼번에 획기적으로 향상시킬 방안을 제시했다”며 “해당 연구는 페로브스카이트 발광 다이오드가 단순한 실험실 수준의 소재로 국한되지 않고 상용화될 수 있다는 점을 보여주며, 국내 디스플레이 업계의 미래를 책임질 수 있는 고색순도 디스플레이의 상용화를 크게 앞당기는 데에 이바지할 것으로 기대된다”고 덧붙였다.

한편 해당 연구는 서울대학교를 주축으로 영국 캠브리지 대학과 페롤레드 주식회사와 공동연구로 수행됐다.

 

<출처> 매일경제, https://www.mk.co.kr/news/business/10524822