아주대 연구팀, 차세대 광학 소재 활용해 고효율·고안정성 디스플레이 소재 개발

국내 연구진이 차세대 광학 소재 ‘페로브스카이트’를 이용, 고효율ㆍ고안정성의 디스플레이 소재 및 필름을 개발하는 데 성공했다.

 

아주대학교는 아주대 응용화학생명공학과 김상욱 교수, 고려대학교 화공생명공학부 임상혁 교수, 한밭대학교 신소재공학과 홍기하 교수 연구진이 이 같은 성과를 냈다고 22일 밝혔다.

 

페로브스카이트는 압력이 가해질 때 전기를 발생시키는 압전소재로, 최근 실리콘을 대체할 수 있는 태양전지 소재라며 주목받고 있다. 외부 에너지를 받아 기존 소재 대비 높은 효율의 빛을 낼 수 있어 발광소재로 각광받는 것이다.

 

이 페로브스카이트는 우수한 양자 효율과 좁은 파장 너비로 인해 기존의 광원 재료보다 뛰어난 색 재현율을 보인다. 즉 입사된 빛의 양에 비해 발광하는 빛의 양이 많고, 파장 너비가 좁아 더 선명한 색을 구현할 수 있다. 따라서 적색ㆍ녹색ㆍ청색의 3가지 원색을 혼합해 여러 색상을 표현하는 디스플레이에 페로브스카이트를 담으면 더 선명하고 많은 색상을 구현할 것으로 기대된다.

 

기존의 페로브스카이트 양자점은 빛과 열, 수분에 취약해 소자화(application)하는 데 한계가 있었고, ABX3결정 역시 매우 불안정해 쉽게 상(phase)이 변하고 분해되는 특징이 있었다.

 

이에 김상욱 교수 연구팀은 안정성을 높이기 위해 페로브스카이트의 구조에 변화를 줬다. 이미 알려진 무기 발광 페로브스카이트 구조(CsPbX3)에서 세슘(Cs) 이온보다 크기가 작은 루비듐(Rb) 이온을 세슘과 함께 사용함으로써 혼합 무기 페로브스카이트 구조를 만든 것이다.

 

그로 인해 연구팀은 이 구조의 물성을 측정해 우수한 양자 효율(파랑: 86%, 녹색: 93%)을 확인했다. 더불어 빛과 열에 대한 안정성 역시 기존 소재 대비 높은 것으로 증명됐다. 실험 결과 기존의 소재는 100℃ 오븐 안에서 1시간 안에 빛이 사라졌지만, 연구팀이 개발한 소재는 80% 이상 발광효율이 유지됐다. UV 안정성 실험에서도 기존 소재는 24시간 후 20% 수준으로 효율이 감소했지만 연구팀이 개발한 소재는 90% 이상의 효율을 유지했다.

 

김 교수팀은 이와 함께 광학적 성능이 뛰어나고 수분 투과율이 극히 적은 고분자 재료(cyclic olefin copolymer, COC)를 필름 소재로 도입, 물속에서도 안전한 디스플레이 필름을 제작하는 데 성공했다.

 

연구진은 “세슘과 루비듐을 혼합함으로써 페로브스카이트 구조의 불안정성이 획기적으로 개선됐다”며 “페로브스카이트의 상업화에 한걸음 더 다가설 수 있게 됐다”고 말했다.

 

한편 이번 연구는 한국연구재단 나노소재기술개발사업 및 기초연구사업의 지원을 받아 진행됐다.

이연우기자