- 차세대 색 변환 소재로 상용화 기대

국내 연구진이 물·고온‧고습 환경 및 각종 화학물질에서도 안정된 차세대 디스플레이용 소재를 선보였다.

한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 배병수 교수 연구팀이 서울대학교 재료공학부 이태우 교수팀과 함께 '페로브스카이트 나노 입자 발광 수지'를 개발했다고 24일 밝혔다.

페로브스카이트는 유기 원소, 금속 그리고 할로겐원소로 구성돼있는 구조를 지닌 소재로 광전자소자와 태양전지 등에 사용된다. 또 원료의 값이 싸며, 발광 효율이 높은 게 특징이다.

페로브스카이트는 폭넓은 색 재현율을 구현할 수 있어 기존 퀀텀닷을 대체하는 차세대 디스플레이의 색 변환 소재로 주목받고 있다. 새로운 디스플레이의 색 표준인 REC. 2020을 만족한다.

다만 빛이나 수분 및 고온에 취약해서 대기 중에서 짧은 시간 내에 성능이 급격히 떨어지는 문제 때문에 상용화되지 못하고 있다. 다양한 대응책이 고안됐지만 대부분 외부로부터 수분을 물리적으로 막는 방법들이며 제조공정이 복잡하다.

더욱이 강산, 강염기, 극성용매 및 고온 고습 환경에서 안정성을 담보하는 페로브스카이트 나노 입자 색 변환 소재는 지금까지 개발된 적이 없다.

이번 공동연구팀은 자체 개발한 솔-젤(Sol-Gel) 합성공정을 이용해 캡슐화된 복합체 수지를 개발했다. 이 수지는 실록산 분자구조와 페로브스카이트 나노 입자를 한꺼번에 둘러싼다.

열에 강한 실록산 분자구조가 페로브스카이트 나노 입자를 화학적으로 보호하고 별도의 차단층 없이도 페로브스카이트 나노 입자의 발광 안정성을 크게 향상하는 데 성공했다. 새로운 기술을 퀀텀닷에도 똑같이 적용하는 한편 고온‧고습 환경에도 안정된 실록산 캡슐화 퀀텀닷 수지를 개발했다.

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 우수한 발광 안정성을 보였다.

디스플레이의 색 변환 층으로 성능을 확인한 결과 양자효율 및 색 재현율이 기존 퀀텀닷 대비 향상됐다. 또한 실록산 캡슐화를 통해 페로브스카이트 나노 입자 내의 납 (Pb)의 독성을 막는 것으로 나타났다.

베타뉴스 박은선 기자 (silver@betanews.net)
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