국내 연구진이 차세대 디스플레이 핵심 소재인 ‘페로브스카이트’ 나노결정을 100% 발광 효율로 대량 합성하는 원천 기술을 세계 최초로 확보했다. 자연의 색을 완벽히 재현하는 압도적인 화질과 가격 경쟁력까지 갖춘 소재를 상용화할 수 있는 기틀을 마련한 것이다. 디스플레이 기술 초격차를 굳히는 계기가 될 수 있다는 평가가 나온다.
과학기술정보통신부는 이태우(사진) 서울대 재료공학부 교수 연구팀이 페로브스카이트 나노결정 발광 효율을 100%에 가깝게 유지하면서 20ℓ 이상 대용량으로 합성할 수 있는 ‘저온 주입법’을 개발했다고 밝혔다. 연구 결과는 18일(현지시간) 국제 학술지 네이처에 게재됐다. 지난달 신축형 유기발광다이오드(OLED) 고효율 구현 매커니즘을 네이처에 발표하고 페로브스카이트 수명 개선 기술로 사이언스 표지 논문을 장식한 데 이은 성과다.
페로브스카이트는 양이온 두 종류와 음이온 3개가 결합된 ‘ABX3’ 형태의 결정 구조다. 구성 원소를 조합해 빛의 흡수·발광 효율이 뛰어난 물질을 만들 수 있어 기존 OLED와 양자점발광다이오드(QLED) 색 표현 한계를 뛰어 넘는 소재로 주목받고 있다. 이 교수는 “페로브스카이트는 양자점보다 10배 적은 재료로도 같은 밝기를 낼 수 있다”며 “가상현실(AR)·증강현실(VR) 등 몰입감 있는 소형 디스플레이 시장에 대응할 수 있는 유일한 소재”라고 강조했다.
그간 상용화의 최대 걸림돌은 합성 공정이었다. 기존 고온 합성법을 적용하면 정밀한 온도 제어(200~300도)가 필요해 생산 비용이 높아졌고 합성 후 냉각 과정에서 리액터(용기)가 폭발할 위험도 컸다. 연구팀은 발상을 전환해 저온 주입법을 고안해냈다. 0도 부근 온도에서 고농도 전구체를 주입해 ‘유사 유화’ 상태를 만들어 서서히 고품질 입자가 형성되도록 한 것이다. 페로브스카이트 디스플레이 가격은 OLED 대비 20분의 1 수준이다.
연구팀은 1년 안에 QLED TV용 양자점 필름을 페로브스카이트로 대체하고 3~5년 내 AR·VR용 광변환 픽셀을 구현할 계획이다. 이 교수는 “글로벌 빅테크들과 공동 과제를 진행 중이며 국내 대기업과도 상용화 논의를 하고 있다”고 말했다.
양윤선 기자 sun@kmib.co.kr
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