사진 설명=페로브스카이트 나노결정 발광체의 투과전자현미경과 발광 스펙트럼(상단 왼쪽부터), UV 조사 하에서의 발광 모습(하단)


고려대학교 공과대학(학장 김용찬) 화공생명공학과 임상혁 교수 연구팀(허진혁 연구교수, 박진경 박사과정생)이 천연색 표출이 가능한 차세대 페로브스카이트 LED를 구현했다. 20nm(나노미터) 이하의 선폭을 갖는 고순도 적색, 녹색, 청색 페로브스카이트 양자점 합성 기술을 세계 최초로 개발한 것.


스마트폰 액정이나 TV 화면 등에 사용되는 FPD(Flat Panel Display)는 LCD(Liquid Crystal Display)에서 OLED(Organic Light Emitting Display) 및 QLED(Quantum dot LED)로 진화하는 추세다.


하지만 이들의 발광선폭은 30nm 이상으로, 눈으로 보는 컬러 이미지를 정확히 디스플레이에서 구현하지 못하기 때문에 천연색을 그대로 표출하기 위해서는 발광선폭이 좁은 새로운 발광체의 개발이 요구되던 바였다.


현재 페로브스카이트는 차세대 고효율‧저비용 태양전지로 전 세계적으로 각광 받고 있는데, 특히 양자점과 같이 나노 결정화 될 경우에는 매우 강한 빛을 내는 것으로 알려져 있다.


게다가 기존 칼코겐 화합물 기반의 반도체 양자점과 달리 페로브스카이트는 이온결정으로 구성돼 있어 결함 생성이 적기에 양자효율이 매우 높고, 양자우물 구조의 결정 구조를 지녀 발광 선폭도 매우 좁은 특징이 있어 차세대 발광체로 다양한 연구가 진행되는 중이다.


그간 페로브스카이트 나노결정(양자점) 발광체는 고온 용액공정을 통해서 만들어지면서 색상의 조절은 할로겐족 음이온의 치환반응을 통해 구현돼 왔다. 그러나 불균일한 치환반응으로 인해 발광 스펙트럼의 선폭이 넓어지면서 색순도가 낮아져 단점으로 꼽혔다.


이에 임상혁 교수팀은 반응 후 불순물을 남기지 않는 할로겐산을 도입하여 상대적으로 낮은 반응온도에서 균일한 할로겐족 음이온 치환반응이 일어날 수 있는 신규 합성법을 개발했다.


그리고 이를 통해 개발된 불순물이 없는 고순도의 균일 조성을 가지는 페로브스카이트 나노결정 발광체로 천연색 구현이 가능한 차세대 LED를 탄생시키게 됐다.


이와 같은 연구성과는 과학기술정보통신부, 한국연구재단 선도연구센터(ERC, 결정기능화 공정기술센터)와 나노·소재 원천기술개발사업의 지원으로 수행됐으며, 세계적인 국제학술지 Cell 자매지인 ‘Cell Reports Physical Science’ 9월 2일자(현지시간 기준) 온라인 커버 논문으로 게재됐다.  / 공과대학신문