DGIST(총장 이건우) 에너지공학과 양지웅 교수팀이 순적색 고성능 피부부착형 페로브스카이트 발광소자를 제작하여 다양한 형태의 웨어러블 디스플레이를 구현하는 데 성공했다. UNIST(총장 이용훈) 신소재공학과 최문기 교수팀과 공동으로 ‘페로브스카이트 양자점 선택적 표면개질을 통한 순적색 초고효율 발광소자’를 개발한 연구팀은, 해당 기술이 향후 다양한 웨어러블 제품에 활용될 것으로 기대하고 있다.
그림1. 페로브스카이트 표면 개질 기술 개략도
최근 웨어러블, 모바일, 사물인터넷(IoT) 기술이 성장하면서, 웨어러블 디스플레이에 대한 수요가 증가하고 있다. 특히, 주로 태양전지나 발광소자 등에 사용되는 페로브스카이트 발광체가 차세대 광전자 재료로 주목받고 있는데, 저렴한 가격과 효율적인 태양광 변환 및 발광 효과로 이를 활용한 웨어러블 디스플레이 연구가 활발하게 진행되고 있다.
하지만, 기존의 적색 페로브스카이트 소재는 안정성과 전기적 특성이 낮아 고성능 웨어러블 디스플레이로 활용하기에 적합하지 않았다. 이에 DGIST-UNIST 공동연구팀은 페로브스카이트 발광층의 간단한 표면개질로 안전성과 전기적 특성이 우수한 순적색 발광소자를 제작하는데 성공했다.
그림2. 개발된 소재 기술로 제작한 순적색 발광 소자
기존의 경우 페로브스카이트 제작 시 할로겐 원소 중 ‘아이오딘(I)’을 활용해 표면개질을 진행했는데, 연구팀은 아이오딘보다 전기음성도가 높은 ‘브로민(Br)’으로 대체하고, 페로브스카이트의 크기도 기존보다 크게 제작했다. 그 결과 부피대비 표면적이 개선되고 기존과 동일한 ‘밴드갭 에너지’를 유지하면서, 안정성과 전기적 특성이 뛰어난 순적색 발광소자를 개발하게 됐다.
그림3. 개발된 소재로 제작된 피부부착형 페로브스카이트 발광 소자
DGIST 양지웅 교수는 “페로브스카이트 양자점을 선택적으로 표면개질하여 안정성과 전기적 특성을 향상시켰으며, 결과적으로 최대 19.8%의 외부양자효율(EQE)을 달성했다. 이번 연구를 통해 순적색 페로브스카이트 디스플레이의 상용화가 더 가까워질 것으로 기대한다”고 밝혔다. UNIST 최문기 교수는 “새롭게 개발한 발광소자가 페로브스카이트 LED 소자를 기반으로 한 디스플레이 외에도 VR, AR 및 스마트 웨어러블 디바이스 개발 등에 광범위하게 적용될 것으로 기대한다”고 말했다.
한편, 이번 연구는 과학기술정보통신부, 한국연구재단, 포항가속기연구소 등의 지원으로 수행됐으며, 연구 결과는 재료과학분야 저명학술저널 ‘머테리얼스 투데이(Materials Today)’에 4월 온라인 게재됐다.
(이 보도자료는 DGIST에서 제공하였습니다.)
