OLED 대체할 고성능 차세대 디스플레이 소재 개발

광주과학기술원, 대기 및 화학적 안정성 향상된 페로브스카이트 양자점 소재 개발
색 순도, 발광효율 높아 차세대디스플레이로 각광

[아시아경제 김봉수 기자] 기존보다 내구성이 강하고 발광효율이 높아 성능이 뛰어난 차세대 디스플레이 소재가 개발됐다.

광주과학기술원(GIST)은 고등광기술연구소(APRI)의 이창열 박사 연구팀이 광개시제 및 광가교, 리간드 첨가를 통한 표면 결정 결함 생성 억제를 통해 대기 및 화학적 안정성이 크게 향상된 페로브스카이트 양자점 소재를 개발하는데 성공했다고 10일 밝혔다. 또 잉크젯 프린팅 공정을 통해 1 마이크로미터(um)의 해상도를 가진 백색 전기발광소자를 구현했다.

광개시제(Photo-initiator)란 자외선(UV) 또는 가시광선 하에서 라디칼을 형성해 광가교 물질(고분자 또는 리간드)의 가교 반응이 효율적으로 일어날 수 있도록 도와주는 물질이다. 광가교(Photo-crosslinking)는 빛을 받으면 단단하게 굳는 화학 반응, 리간드는 다양한 탄소 길이를 갖는 계면활성제를 말한다. 양자점의 표면에 부착돼 양자점이 용액 내에서 안정적으로 분산될 수 있도록 한다.

페로브스카이트 양자점 소재는 높은 발광효율과 고색순도를 가져 유기발광다이오드(OLED)를 대체할 수 있는 차세대 디스플레이 소재로 최근 각광받고 있다.

문제는 이온 결합 특성으로 인해 수분, 산소, 극성 용매 하에서 매우 쉽게 분해돼 발광효율 및 색순도를 장기간 유지하기 어렵다는 것이다. 고해상도 디스플레이 구현을 위한 포토리소그래피 반도체 공정의 적용이 어렵다는 단점도 있다.

연구팀은 침전법을 통해 합성된 페로브스카이트 양자점 용액에 광개시제와 광가교 리간드를 첨가해 페로브스카이트 양자점 용액 및 박막의 안정성을 향상시켰다. 첨가된 광개시제 및 광가교 리간드는 리간드 해리 및 결합 등의 리간드 평형 상태 조절을 통해 페로브스카이트 양자점 소재의 발광특성 및 구조적 안정성을 저하시키는 표면 결함 생성을 억제했다.

이창열 GIST 박사는 “새롭게 개발된 광가교 리간드 시스템 도입을 통한 장기 안정성이 확보된 고효율 페로브스카이트 양자점 소재 개발 등은 향후 페로브스카이트 양자점 소재의 차세대 디스플레이 상용화를 위한 중요한 전진”이라고 설명했다.

이번 연구 결과는 지난달 3일 재료 분야 국제 학술지인 ‘어드밴스드 머티리얼(Advanced Materials)’에 온라인 게재됐다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr