KAIST 연구진, 진청색 페로브스카이트 LED 색상 불안정성 해결하고 밝기도 높여.. > 엘이디

▲KAIST 연구진이 진청색 페로브스카이트 LED의 높은 밝기 구현에 성공했다. 사진은 서로 다른 할라이드를 섞어 만드는 혼합 할라이드 진청색 페로브스카이트의 색 변화 메커니즘

KAIST 연구진이 진청색 페로브스카이트 LED에서 보이는 색상 불안정성 문제를 해결하고 밝기도 높이는데 성공했다.

페로브스카이트는 특정 구조를 가지는 결정체로 태양전지, 광검출기, LED 등 다양한 차세대 광전소자에 활용된다. 

어떤 구조를 쓰느냐에 따라 종류가 나뉘는데 그중에서 요오드(I), 염소(CI) 등 할로겐 원소의 구조를 가지는 '할라이드 페로브스카이트'가 가장 활발히 연구되고 있다. 

높은 광전환 효율로 태양전지에 많이 쓰인다.  

할라이드 페로브스카이트는 국제전기통신연합(ITU)이 정의한 디스플레이 고해상도 표준인 'Rec. 2020'을 100% 만족할 수 있는 유일한 물질이기도 하다.

하지만 디스플레이에서 청색광을 발산해 색정확도를 높이는 진청색 페로브스카이트 LED의 경우 현저히 낮은 효율과 낮은 밝기가 단점이었다. 

이정용 KAIST 전기및전자공학부 교수 연구팀은 진청색 페로브스카이트 LED의 구동 전압에 따라 변화하는 색 변화 문제와 낮은 밝기 문제를 획기적으로 해결했다고 10일 밝혔다.

연구팀은 진청색 LED의 경우 구동 전압의 크기에 따라 색이 변화하는 문제점과 상용화에 가장 중요한 지표인 밝기가 낮다는 문제점을 해결하는데 초점을 두고 '염화이온 공석 타겟 리간드 전략'으로 이를 해결했다.

페로브스카이트 결정 구조에서 염화이온이 빠져나가 안정성과 효율을 떨어뜨린 공석을 리간드 전략, 즉 금속 이온에 결합하는 분자를 넣음으로서 공석의 결함을 해결하는 것이다.  

연구팀은 색 불안정성을 유발하는 원인인 할라이드 공석을 해결하기 위해 전략적으로 해당 통로를 막아 이온 이동을 억제했다.

해당 전략을 적용할 수 있는 물질의 후보군을 선택해 탄소 사슬의 길이 변화에 따른 성능변화 경향과 색 안정성 경향도 함께 보여 진청색 페로브스카이트 LED의 문제점을 해결할 수 있는 새로운 관점을 제시했다.

그 결과 이들은 지금까지 보고된 진청색 페로브스카이트 LED 성능 중에서 가장 높은 수준의 밝기인 2700니트(nit, 1nit=1m² 당 1칸델라(촛불 한개의 밝기))를 보고했다.

이는 햇빛이 강하게 내리쬐는 야외에서 디스플레이가 잘 보이지 않는 야외시인성 문제를 해결할 수 있는 수준이다.

진청색 페로브스카이트 LED 제작을 통해 해당 차세대 페로브스카이트 디스플레이 상용화를 한층 더 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.

제1 저자인 이승재 박사과정생은 "서로 다른 할라이드 이온들을 혼합해 만드는 진청색 페로브스카이트 LED의 고질적인 색 불안정성 문제를 효과적으로 해결한 연구ˮ라며 "최근 스마트폰에서 요구하는 최대 밝기인 2000니트 이상의 높은 밝기를 구현하는데 성공했다.이미 높은 수준을 보이는 녹색과 적색 LED와의 격차를 한층 더 줄임으로써 RGB 디스플레이에 적용할 수 있는 가능성을 열었다"고 말했다.

KAIST 전기및전자공학부 이승재 박사과정, 김준호 박사가 제1 저자로 참여한 이번 연구는 국제학술지 '사이언스(Science)'의 자매지인 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)’ 온라인판에 지난 5월 정식 출판됐다. 

한편 이번 연구는 한국연구재단의 지원을 받아 수행됐다.