[경상매일신문=신동선기자]  포스텍 신소재공학과 이태우 교수팀과 국내ㆍ외 연구팀이 공동으로 그동안 태양전지 소재로서 경쟁적으로 연구돼 온 페로브스카이트 소재를 이용한 발광 다이오드의 `발광 효율의 한계`를 극복하는 기술을 개발했다. 포스텍 신소재공학과 이태우 교수팀과 국내ㆍ외 연구팀이 공동으로 그동안 태양전지 소재로서 경쟁적으로 연구돼 온 페로브스카이트 소재를 이용한 발광 다이오드의 `발광 효율의 한계`를 극복하는 기술을 개발했다.이 기술은 지금까지 낮은 효율로 상용화가 어려운 것으로 알려졌던 PeLED의 본격적인 시대를 연 것으로 평가받고 있다. 이미 다양한 제품으로 제조돼 잘 알려진 OLED는 발광효율은 좋지만 발광체 소재의 가격이 비싸고 색 조절 과정이 복잡한데다 색순도와 전하이동도도 낮다는 단점을 갖고 있다.높은 효율을 가지고 있으면서도 더 우수한 색순도를 구현할 수 있고 저가로 생산할 수 있는 새로운 LED 개발이 필요한 상황이다.페로브스카이트는 태양전지 소재로서는 최근 3년간 특허 출원 증가율이 연평균 120%에 달할 정도로 많은 관심을 모으고 있다.LED로서는 발광 세기나 효율이 낮아 페로브스카이트를 이용, LED를 만들려는 관심은 상대적으로 매우 낮았었다. 이는 페로브스카이트에서 형성된 엑시톤의 결합에너지가 낮아 상온에서 전하로 분리되며 쉽게 소멸되는 특성 때문이다. 하지만 이 소재는 OLED나 QD-LED에 비해 재료가격이 약 1/10 수준인데다 OLED에 비해 훨씬 높은 색순도를 가지고 있어 천연색의 이미지를 구현할 수 있는 차세대 디스플레이 소재로서의 가능성을 지녔다.연구팀은 균일하지 않은 페로브스카이트 발광층과, 엑시톤 확산거리에 영향을 주는 결정입자(grain)가 큰 점, 박막 속에서 금속성 납 원자가 형성되는 점을 발광효율을 낮추는 요소로 판단했다. 이를 해결하기 위해 “나노결정 고정화”라는 새로운 박막 형성 공정을 개발, 박막을 균일하고 평평하게 하면서 결정입자의 크기는 크게 줄였고, 박막 형성 시 화학양적 조절을 통해 납 원자의 형성도 막아 발광 효율을 낮추는 요소를 없앴다.이를 통해 연구팀은 PeLED의 발광 효율을 대폭 향상시키는 한편 대면적(2cm X 2cm 픽셀)의 PeLED를 최초로 구현하는데 성공함으로써, 고효율 PeLED의 저가 대량 생산의 가능성을 제시했다. 이렇게 만들어진 PeLED는 반치폭이 ~20nm에 이르는 높은 색순도를 가지고 있으며 물질 합성과정이나 색 조절이 아주 간단하기 때문에 기존에 사용돼 온 LED나 QD-LED를 효과적으로 대체하는 차세대 디스플레이로 활용할 수 있을 것으로 기대된다. 연구를 주도한 포스텍 이태우 교수는 “이번 연구는 상온에서 쉽게 발광이 소멸되는 현상 때문에 상용화 가능한 수준의 발광 효율을 보이는 소자를 구현하는 것이 어려운 것으로 알려져 그간 주목받지 못했던 PeLED가 상용화된 OLED에 아주 근접한 효율을 처음으로 보여준 결과”라며 “기존 OLED보다 색순도가 우수하기 때문에 앞으로 고색순도 저비용 디스플레이와 조명산업에 큰 영향을 줄 것”이라고 설명했다.