한국에너지공과대학교(KENTECH·켄텍) 연구진이 차세대 디스플레이 핵심 소재인 '페로브스카이트'의 결정 구조를 정밀 제어해 발광 효율과 안정성을 동시에 높이는 기술을 개발했다.
초고해상도 TV와 AR·VR 기기 등에 적용될 초실감 디스플레이 상용화의 핵심 난제를 풀었다는 평가가 나온다.
켄텍은 에너지공학부 이승진 교수 연구팀이 한양대학교 이태경 교수 연구팀과 공동으로 페로브스카이트 발광다이오드(PeLED)의 성능과 내구성을 향상시키는 박막 제어 기술을 개발했다고 12일 밝혔다.
페로브스카이트는 색 재현력이 뛰어나고 밝기가 높아 초고해상도 TV는 물론 증강현실(AR)·가상현실(VR)·확장현실(XR) 기기용 차세대 디스플레이 핵심 소재로 주목받고 있다.
다만 실제 제조 과정에서 결정 구조가 불균일하게 형성되면서 발광 효율 저하와 짧은 수명 문제가 상용화의 걸림돌로 지적돼 왔다.

KENTECH 이승진 교수(교신저자), 정진주 대학원생(제1저자) /켄텍 제공

연구팀은 결정이 모두 형성된 이후가 아닌, 나노결정이 처음 만들어지는 '초기 핵생성 단계'에 주목했다.
박막 형성의 출발점인 시드(seed) 구조체와 화학적 환경을 정밀하게 제어해 의도하지 않은 결정 구조 형성을 억제하고 일정한 방향성을 가진 고순도 3차원(3D) 나노결정 박막 구현에 성공했다.
이를 통해 보다 균일하고 안정적인 박막을 구현했으며 발광 효율과 열적 안정성도 크게 개선했다.
연구팀이 제작한 박막은 섭씨 100도 환경에서도 구조적·광학적 특성을 유지했다. 이를 적용한 발광다이오드는 최대 외부양자효율(EQE) 22.1%를 기록했다.
또 고휘도 조건에서도 20% 이상의 효율을 유지해 일반적으로 나타나는 성능 저하를 효과적으로 억제한 것으로 나타났다.
이승진 교수는 "이번 연구는 박막 형성의 출발점인 초기 결정 성장 단계에서부터 시드 구조를 설계해, 원하는 결정 특성을 갖는 페로브스카이트 박막을 구현했다는 점에서 의미가 크다"고 말했다.
이번 연구 한양대학교 이태경 교수 연구팀과의 공동연구로 수행했다.
연구 성과는 국제학술지 나노에너지(Nano Energy)에 게재됐으며 논문 제목은 'Control over seed framework enables oriented 3D nanocrystalline perovskite films for light-emitting diodes'다.
/나주=최준호 기자

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