독성 용매 없애고 수명 대폭↑ 차세대 디스플레이 소재… 동의대 김성훈 교수팀, 건식 공정 개발

용매 없이 고효율 페로브스카이트 녹색 발광 박막

페로브스카이트 결정 성장 제어·장기 안정성 확보

상온 대기 환경에 300일 넘게 노출돼도 빛을 잃지 않는 차세대 발광 소재 기술을 국내 대학 연구진이 세계 최초로 구현해냈다.

유해 유기용매를 쓰지 않고도 수명과 효율을 동시에 끌어올린 차세대 디스플레이 발광 소재 제조 기술이 개발됐다. 기존 페로브스카이트 상용화의 걸림돌이었던 수명 문제와 환경오염 위험을 한 번에 해결했다는 평가다.

동의대학교 김성훈 교수 연구팀은 광운대·아주대 공동 연구를 통해 '공융반응 보조 에어로졸 증착(Eutectic-Assisted Aerosol Deposition)' 기술을 개발했다고 알렸다. 유기용매를 전혀 쓰지 않는 건식 방식으로, 공정 과정의 안정성을 극대화한 것이 핵심이다.

동의대 김성훈 교수.

금속 할라이드 페로브스카이트는 선명한 색과 높은 광효율 덕에 차세대 디스플레이 핵심 소재로 꼽힌다. 그러나 기존 용액 공정은 유해 용매가 필수적인 데다 원료 손실이 컸다. 건식 진공 증착 역시 고가의 장비와 복잡한 공정이 걸림돌로 작용했다.

연구팀은 원료 분말에 실리카 나노입자를 섞어 분사한 뒤 열처리하는 방식을 고안했다. 열처리 과정에서 형성된 다공성 실리카 골격이 페로브스카이트 결정이 뭉치거나 변형되는 것을 막아주는 원리다. 결정 입자 크기를 47nm 수준으로 정밀 제어해 비발광 재결합 등 에너지 손실을 효과적으로 억제했다.

실제 성능 검증 결과, 개발된 복합 박막은 85.7 lm/W의 높은 광효율과 18nm 수준의 좁은 발광 반치폭을 기록하며 선명한 녹색광을 구현했다.

무엇보다 눈에 띄는 것은 현격히 늘어난 수명이다. 일반 대기 조건에서 300일 이상, 150℃의 고온에서도 27일 넘게 초기 발광 특성을 유지했다. 기존 양자점(QD) 필름 기반 소재 대비 구동 수명이 크게 향상된 수치다. 연구팀은 6×6㎝ 크기의 대면적 제조는 물론, 원하는 형태로 깎아내는 직접 패터닝과 곡면 코팅까지 구현해 냈다.

이번 연구는 동의대 홍지우 석사과정생과 광운대 이준우 학생이 공동 1저자로 참여했으며, 아주대 김상욱 교수와 광운대 오종민 교수가 힘을 보탰다.

용매 없이 고효율 페로브스카이트 녹색 발광 박막 개발 연구 개요도.

연구 결과는 화학공학 분야 국제 학술지 '케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)' 최신 호에 게재됐다.

영남취재본부 김수로 기자 relationship6007@asiae.co.kr