하이브리드 탠덤 페로브스카이트 LED의 개념도. 사진=서울대 이태우 교수팀

지난 12일 막을 내린 세계 최대 규모 소비자가전쇼(CES) 2024에서 글로벌 기술업체들이 차세대 유기발광디스플레이(OLED) 제품을 잇달아 선보인 가운데, OLED의 뒤를 이을 차세대 디스플레이 기술로 꼽히는 ‘페로브스카이트 디스플레이(PeLED)’가 다시금 주목받고 있다.

페로브스카이트를 사용한 발광소자는 발광 효율과 색 순도가 높아 기존 OLED를 대체할 차세대 디스플레이 소재로 주목받는다.

특히 국내 연구진이 세계 최고의 발광효율을 달성하고, 수명도 수천 배 이상 늘린 차세대 페로브스카이트 발광 소재를 개발하고 올해 CES서 공개한 데 이어, 벨기에 연구진도 기존 OLED보다 1000배 이상 밝은 PeLED 기술을 선보이면서 2024년이 차세대 페로브스카이트 기반 디스플레이 기술의 새로운 원년이 될 전망이다.

16일 과학기술정보통신부는 서울대 이태우 교수 연구팀이 금속 할라이드 페로브스카이트와 유기 발광 소재를 결합해 효율이 좋고 수명도 긴 하이브리드 탠덤 발광소자 개발에 성공했다고 밝혔다.

페로브스카이트는 부도체·반도체·도체의 성질은 물론 초전도 현상까지 보이는 특별한 구조의 금속 산화물을 통칭한다. 우수한 전기적 특성으로 기존 실리콘을 대체할 차세대 태양전지 소재로도 주목받고 있다.

디스플레이용 소재로는 색 순도가 높고 가격도 저렴한 것이 장점이지만, 현재 기술로는 OLED보다 효율이 떨어지고 수명이 짧은 것이 걸림돌이다.

서울대 연구팀은 페로브스카이트와 유기발광소재를 하나로 합친 하이브리드 방식으로 새로운 발광 소재를 개발했다. ‘하이브리드-탠덤 밸리’란 이름의 이 새로운 소재는 기존 페로브스카이트 소재의 장점은 그대로 유지하면서 발광효율을 OLED 수준인 37%까지 높였다.

특히 이 새로운 소재는 100니트(nit)의 밝기에서 수명이 2시간을 넘지 못하는 기존 페로브스카이트 단일소재와 비교해 3000배 이상 긴 5569시간까지 가동할 수 있어 수명이 대폭 늘어났다.

지난 2020년 페로브스카이트 발광소재를 주력으로 하는 ‘에스엔디스플레이’란 회사를 창업한 연구팀은 올해 CES 2024에 참석해 75인치 크기의 페로브스카이트 발광소재 디스플레이 시제품을 선보이기도 했다.

이 교수는 “서로 다른 발광 소자를 쌓아 효율과 높은 색순도를 동시에 만족하도록 소자를 구성하는 가이드라인을 제시한 데 의의가 있다”며 “녹색뿐 아니라 청·적색 하이브리드 페로브스카이트 탠덤 소자를 개발해 풀컬러 하이브리드 탠덤 디스플레이 구현에 도전하겠다”고 말했다.

벨기에의 연구 및 혁신 센터 Imec(Interuniversity Microelectronics Center)의 연구팀도 ‘울트라-룩스(Ultra-Lux)’라는 프로젝트로 기존의 OLED보다 1000배 이상 밝은 페로브스카이트 발광소재를 개발했다고 주장했다.

Imec 연구팀은 높은 전류밀도를 견딜 수 있는 페로브스카이트의 특성과 광학 손실을 최소화한 새로운 설계를 적용했다. 그 결과 기존 OLED보다 수만 배 더 높은 전류 밀도를 구현해 밝기를 대폭 끌어올린 것은 물론, 고출력 레이저 발진까지 가능한 수준에 도달했다.

Imec 연구팀의 성과는 페로브스카이트를 차세대 디스플레이뿐 아니라, 기존 LED를 대신할 새로운 광전소자로 활용할 수 있는 방법을 제시해 활용 가능성을 더욱 넓혔다는 평이다.

다만, 밝기와 출력만 높인 Imec 연구팀의 성과와 달리, 서울대 연구팀의 성과는 밝기는 물론, 수명까지 대폭 늘림으로써 차세대 디스플레이로서의 상용화에 한 걸음 더 다가갔다는 분석이 나온다.

실제로 서울대 연구팀이 현재 과제들을 해결할 경우 빠르면 5년 내로 상용화가 가능할 것이라고 밝히면서 한국 기업들이 주도하고 있는 OLED 디스플레이 시장에 이어 차세대 디스플레이 시장도 한국이 주도해 나갈 가능성을 높였다.

한편, 서울대 연구팀과 Imec 연구팀의 새로운 페로브스카이트 소재 관련 연구 결과는 모두 16일 발간된 국제학술지 네이처 최신호에 게재됐다.


최용석 글로벌이코노믹 기자 rpch@g-enews.com

<출처> 글로벌이코노믹, https://www.g-enews.com/article/Industry/2024/01/202401171429353692b418061615_1