고순도 풀컬러 페로브스카이트 QLED 개발

[아이뉴스24 최상국 기자] 고려대학교 화공생명공학과 임상혁 교수 연구팀이 20나노미터(nm) 이하의 발광 선폭을 갖는 고순도 페로브스카이트 양자점 합성 기술을 개발, 천연색 구현이 가능한 차세대 페로브스카이트 LED를 구현했다고 발표했다.

연구팀은 기존의 페로브스카이트 양자점 합성기술과 달리 용액공정에서 불순물을 남기지 않는 새로운 합성방법을 개발함으로써 높은 색순도의 풀컬러 LED를 개발하는 데 성공했다고 밝혔다.

상용화된 최신 디스플레이 소자들은 발광선폭이 30나노미터 이상으로 천연색을 정확히 구현하기 위해서는 발광선폭이 좁은 새로운 발광체의 개발이 필요하다.

페로브스카이트 화합물은 주로 차세대 태양전지 소재로 각광받고 있지만, 양자점으로 합성할 경우 좁은 발광 선폭과 높은 양자 효율을 구현할 수 있어 차세대 발광 소재로도 많은 연구가 진행되고 있다.

페로브스카이트 나노결정(양자점) 발광체는 주로 고온 용액공정을 통해서 만들어지며, 색상의 조절은 할로겐족 음이온의 치환반응을 통해 구현했다. 하지만 불균일한 치환반응으로 인해 발광 스펙트럼의 선폭이 넓어져 색순도가 떨어지는 단점이 있었다.

임상혁 교수팀은 반응 후 불순물을 남기지 않는 할로겐산을 도입해 상대적으로 낮은 반응온도에서 균일한 할로겐족 음이온 치환반응이 일어날 수 있는 새로운 합성법을 개발해, 불순물이 없는 고순도의 균일 조성을 가지는 페로브스카이트 나노결정 발광체를 개발했다.

개발된 페로브스카이트 나노결정 발광체는 가시광선 영역 전체에서 20나노미터 이하의 발광스펙트럼 선폭을 가져 천연색 구현이 가능한 고색순도 페로브스카이트 LED를 구현할 수 있었다.

임상혁 교수는 “페로브스카이트 나노결정 발광체가 현재 사용 중인 디스플레이의 칼라필터를 대체할 수 있는 형광체 및 자체발광을 하는 LED 등에 사용되어 천연색을 구현할 수 있는 고색순도의 디스플레이를 구현할 수 있다는 가능성을 검증한 것”이라고 연구 의의를 설명했다.

이 연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단 선도연구센터 (ERC, 결정기능화 공정기술센터)와 나노·소재 원천기술개발사업의 지원으로 수행됐으며, 연구내용은 셀(Cell) 자매지인 '셀 리포트 피지컬 사이언스' 커버 논문으로 3일 자정(한국시각)게재됐다.

◇논문명 : Full color spectrum coverage by high colour-purity perovskite nanocrystal light emitting diodes.

◇저자 : 허진혁 연구교수(고려대, 제 1저자), 박진경 박사과정생(고려대, 제 1저자), 임상혁 교수(고려대, 교신저자)