물에 강한 페로브스카이트.. 퀀텀닷TV 넘어서나

디스플레이용 페로브스카이트 색 변환 캡슐 개발
수분·고온에 매우 취약했던 약점을 대폭 개선
퀀텀닷을 대체할 차세대 색 변환 소재로 상용화 기대

이번 연구에서 개발한 균일한 분산을 갖는 페로브스카이트 나노입자가 분산된 실록산 수지 (왼쪽) 및 이의 경화물이 물에 담긴 모습

[아시아경제 황준호 기자] 고온이나 고습 환경에 강한 페로브스카이트 입자가 개발됐다. 페로브스카이트는 차세대 디스플레이 색 표준을 맞출 발광체로 각광받고 있는 소재로, 이번 연구로 상용화에 한 발 더 다가설 수 있을 것으로 예상된다.

한국과학기술원은 신소재공학과 배병수 교수의 연구팀이 이태우 서울대 재료공학부 교수의 연구팀과 공동 연구를 통해 이 같은 성질을 가진 페로브스카이트 나노 입자 발광 수지를 개발했다고 24일 밝혔다.

이번 연구에서 개발한 실록산으로 캡슐화된 페로브스카이트 나노 입자 복합체의 다양한 환경에서의 발광 효율 변화

연구팀은 자체 개발한 솔-젤(Sol-Gel) 합성공정을 이용해 실록산(실리콘 기반의 고분자) 분자 구조와 페로브스카이트 나노 입자를 한꺼번에 둘러싸는 캡슐화 된 복합체 수지를 개발했다. 열에 강한 실록산 분자 구조로 인해 페로브스카이트 나노 입자를 화학적으로 보호를 받도록 한 구조다.

연구팀은 별도의 차단층 없이도 페로브스카이트 나노 입자의 발광 안정성이 크게 향상됐다고 밝혔다. 특히 연구팀은 새로운 기술을 양자점(퀀텀닷)에 적용해 고온과 고습 환경에서 안정된 실록산 캡슐화 퀀텀닷 수지를 개발하기도 했다.

실록산으로 캡슐화된 페로브스카이트 나노 입자 수지는 제조과정 중 자외선 경화에 의해 발광 효율이 낮게 나타났지만 이후 다양한 화학적 환경 과 고온·고습 환경(85℃/85%)에서도 원래의 높은 값(> 70%)으로 회복되는 특이한 현상을 보였다. 또 물속에서도 600일 이상 유지되는 등 매우 우수한 발광 안정성을 보였다.

이번 연구에서 개발된 실록산으로 캡슐화된 페로브스카이트 나노 입자 복합체를 대면적 필름형태로 제작한 모습

공동연구팀은 마지막으로 디스플레이의 색 변환 층으로 성능을 확인한 결과 양자효율 및 색 재현율이 기존 퀀텀닷 대비 향상됐음을 확인했다. 이어 실록산 캡슐화를 통해 페로브스카이트 나노 입자 내의 납 (Pb)의 독성을 막아줌으로써 생체친화적인 특성도 나타내 상용화를 추진하는데도 문제가 없다고 판단했다.

이번 연구를 주도한 KAIST 배병수 교수는 "페로브스카이트 나노 입자는 차세대 디스플레이 색 표준을 맞출 수 있는 유일한 발광체이고 가격도 저렴한 편이었지만 수분에 취약하다는 약점 때문에 대기 중에서 사용할 수 없다"라며 "연구팀이 개발한 신기술은 페로브스카이트 나노 입자가 기존 퀀텀닷을 대체하는 새로운 디스플레이 색 변환 소재로 활용하는 연구개발을 촉진하는 계기가 될 것이며 결과적으로 조기 상용화도 기대된다"고 말했다.

황준호 기자 rephwang@asiae.co.kr