청색광 PeLED 개발.. "OLED TV 비켜"

개발된 청색발광 페로브스카이트 소자와 유기(정공수송층) 물질의 구조

[아시아경제 황준호 기자] 디스플레이에서 난제로 통하는 청색광 구현 문제를 해결한 '페로브스카이트 발광소자(PeLED, 피이 엘이디)'가 개발됐다. 기존 소재보다 색 순도가 높고 효율도 뛰어난 소자다. OLED에 이어, 차세대 TV의 디스플레이 소자로 활용될 수 있을지 관심이 모아진다.

송명훈·곽상규 울산과학기술원 교수의 연구팀은 우한영 고려대 화학과 교수 연구팀과 공동으로 청색광을 발산하는 PeLED를 개발했다고 13일 밝혔다. 연구 결과는 지난 10일 국제 학술지인 에이시에스 나노에 공개됐다.

청색광 PeLED 개발

발광소자의 색순도(발광스펙트럼 안정성) 비교

발광소자는 TV나 휴대폰에서 색상을 구현하는 장치다. PeLED는 색상 구현 물질로 페로브스카이트를 쓴다. 페로브스카이트는 이온을 품고 있는 물질로 이온 종류를 바꾸는 방식으로 여러 가지 색상을 만들 수 있다. 다른 발광 소재들에 비해 생산 단가가 낮고 자연에 가까운 천연색을 구현할 수 있어 차세대 디스플레이 소재로 크게 주목받고 있다.

다만 이 소자를 활용해 청색을 구현하면 전력 소모가 크다. 전력 소비 효율이 빨간색이나 녹색에 비해 절반에도 못 미친다. 청색의 순도도 시간이 지나면서 점차 떨어져, 결국에는 청색이 아닌 다른 색으로 변하기도 한다.

연구팀은 페브스카이트 물질을 복잡하게 조작하는 방식 아닌 인접한 물질을 바꿔 소자의 성능을 향상시키는 방법을 개발해 이 문제를 해결했다. 발광소자 내 페로브스카이트와 인접한 '정공수송층'에 전도성 고분자 대신, 공액 고분자 전해질을 정공 수송층으로 썼다. 이 결과, 기존 물질을 사용한 것보다 전력 소비 효율이 3~4배 높으며 색 순도를 나타내는 지표인 전계발광 스펙트럼도 크게 안정된 것으로 나타났다.

정공 수송층 물질 바꿔 청색 얻었다

제1저자인 장충현 연구원(우측부터), 송명훈 교수, 김수환 연구원

연구팀은 정공 수송층 물질을 바꿨을 때 페로브스카이트입체 구조의 규칙성(결정성)이 좋아지고 계면에서 결함이 줄어 발광소자가 전기를 빛으로 바꾸는 효율이 크게 향상됐다고 설명했다. 또 공액 고분자 전해질을 구성하는 곁가지 이온의 크기가 클수록 페로브스카이트 물질이 뚜렷한 결정성을 갖고 계면에 결함이 적은 것을 확인했다고 밝혔다.

제1저자인 장충현 연구원은 "이번 연구는 청색 PeLED의 근원적인 문제를 페로브스카이트 발광층 자체가 아닌 페로브스카이트와 정공수송층간의 계면(서로 다른 물질의 경계면) 성질 변화로 해결했다는 점에서 의의가 크다"라고 평가했다.

송명훈 교수는 "PeLED는 6년이라는 짧은 시간 동안 OLED (Organic LED) 수준의 효율을 구현했지만, 청색광 효율이 10% 수준 이었다"며 "이번 연구를 통해 소자 효율과 색 순도 문제가 동시에 개선돼 상용화를 앞당길 수 있을 것"이라고 기대했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr