송현수 기자 songh@busan.com

UNIST·고려대 연구팀, 고효율·고순도 청색 발광 PeLED 개발 소자 내 물질 교체로 발광 효율 3배 이상 향상

청색 페로브스카이트 발광소자(PeLED) 발광 이미지 및 공액 고분자 전해질 분자 구조. UNIST 제공

청색 페로브스카이트 발광소자(PeLED) 발광 스펙트럼 안정성 증가: 기존에 정공 수송 층으로 주로 사용되는 전도성 고분자(PEDOT:PSS) 대비 공액 고분자 전해질을 사용한 페로브스카이트 발광소자의 발광 스펙트럼이 안정되었다. UNIST 제공 디스플레이에서 가장 어려운 청색광 구현 문제가 해결돼 OLED TV대신 ‘PeLED’ (피이 엘이디) TV를 집에서 볼 날이 더 가까워졌다. 색 순도와 효율이 기존보다 뛰어난 청색광을 발산하는 '페로브스카이트 발광 소자'(Perovskite LEDs·이하 PeLED)가 울산과학기술원(UNIST) 연구팀에 의해 개발된 것이다. 14일 UNIST에 따르면 송명훈·곽상규 교수팀이 고려대 화학과 우한영 교수팀과 공동으로 청색 PeLED를 개발했다. 연구팀이 만든 PeLED는 청색광을 만드는 효율이 기존 대비 3배 이상 향상됐고, 색 순도도 높아 또렷한 푸른색 구현이 가능하다. 발광 소자는 TV나 휴대전화에서 색상을 구현하는 장치로, PeLED는 색상 구현 물질로 페로브스카이트를 쓴다. 페로브스카이트는 이온을 품고 있는 물질로, 이온 종류를 바꾸는 방식으로 여러 가지 색상을 만들 수 있다. 다른 발광 소재들보다 생산 단가가 낮고 자연에 가까운 천연색을 구현할 수 있어 차세대 디스플레이 소재로 주목받고 있다. 그간 청색 PeLED는 전기에너지를 빛으로 바꾸는 효율이 10%밖에 되지 않아 전력 소모가 많았다. 또 청색 PeLED를 구현하기 위해 첨가하는 이온 때문에 색 순도가 시간이 지나면서 떨어지는 문제도 있었다. 연구팀은 페로브스카이트 물질을 복잡하게 조작하는 방식 대신 인접한 물질을 바꿔 소자의 성능을 향상하는 방법으로 이 문제를 해결했다. 발광 소자 내에서 페로브스카이트와 인접한 '정공수송층 물질'(전하 입자인 정공이 통과하는 물질)을 바꾼 것이다. 제1 저자인 장충현 연구원은 "이번 연구는 청색 PeLED의 문제를 페로브스카이트 발광층 자체가 아닌 페로브스카이트와 정공수송층 간 계면(서로 다른 물질의 경계면) 성질 변화로 해결했다는 점에서 의의가 크다"고 설명했다. 연구팀은 PeLED 소자에 쓰이는 전도성 고분자를 대신해 '공액 고분자 전해질'을 정공수송층으로 썼다. 정공수송층을 이 물질로 바꿨을 때 페로브스카이트 입체 구조의 규칙성(결정성)이 좋아지고, 계면에서 결함이 줄어 발광 소자가 전기를 빛으로 바꾸는 효율도 크게 향상됐다. 송 교수는 "PeLED는 6년이라는 짧은 시간 동안 OLED(Organic LED) 수준의 효율을 구현했지만, 청색광 효율이 10% 수준이었다"며 "이번 연구를 통해 소자 효율과 색 순도 문제가 동시에 개선돼 상용화를 앞당길 수 있을 것"이라고 말했다. 연구 결과는 나노 분야 세계적 학술지인 '에이시에스 나노'(ACS Nano) 9월 10일 자로 온라인 공개됐다. 연구는 과학기술정보통신부 중견연구자지원사업, 기초연구실지원사업, 미래소재원천기술개발사업, 고려대 이공학 학술연구기반구축 연구사업 등의 지원을 받아 이뤄졌다. 송현수 기자 songh@busan.com 송현수 기자 songh@busan.com