나노기술 및 정책 정보

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● 한국과학기술원(KAIST) 정연식 교수, 전덕영 명예교수, 한국전자통신연구원(ETRI) 권병화 박사 공동 연구팀은 차세대 디스플레이 소자에 적용 가능한 금속 산화물 복합 나노소재 개발에 성공

● 광전자소자에서 금속 산화물은 우수한 전기적 특성 및 안정성 덕분에 전하 수송 및 주입 층으로 활용되고 있지만, 유기 발광 다이오드(OLED)에서 퀀텀닷 발광다이오드(QLED), 페로브스카이트 발광다이오드(PeLED)로 이어지는 미래 디스플레이 산업에서 금속 산화물 소재를 더욱 유용하게 활용하기 위해서는 에너지 레벨 및 전기전도도와 같은 특성들이 더 넓은 범위에서 제어될 수 있어야 함.

● 이에 연구팀은 특정 금속 산화물 나노입자가 다른 산화물 내부에서 나노미터(nm) 크기로 분산될 경우, 접촉면에서 전하가 교환되면서 전하 전달 복합체를 형성하는 현상을 발견했으며, 이를 유기발광다이오드(OLED) 등의 디스플레이에 적용해 기존 상용 유기 소재 기반의 소자 성능을 뛰어넘는 데 성공

● 특히, 연구팀은 에너지 레벨 차이가 있는 두 금속 산화물 사이에서 일어나는 전하 전달(Charge transfer) 현상에 주목

● 전하 전달 복합체는 마치 건포도 빵의 형태와 유사한 구조로 되어 있는데, 연구팀은 건포도(나노입자)를 더 넣게 되면 더 많은 당분(전하)이 빵(매트릭스)으로 이동하여 빵 전체가 더 달콤해지는 원리로 비유

● 해당 새로운 개념을 산화 몰리브덴(MoO3) 나노입자와 산화니켈(NiO)의 조합으로 구현해 두 금속 산화물의 전하 전달 현상을 효과적으로 유도했으며, 광범위한 에너지 레벨 조절 능력 및 최대 2.4배의 전기전도도 향상을 달성

● 이를 녹색과 청색 OLED에 적용했고 기존의 상용 유기 소재를 적용한 소자보다 32% 더 우수한 외부양자효율을 달성함으로 높은 범용성과 성능을 입증

● 해당 기술은 핵심 소재의 성능 제어 방법을 혁신함으로써, 실감형 메타버스 구현에 필요한 최첨단 디스플레이 구현에 기여할 것으로 전망

※ 용어설명

- 외부양자효율: 물질의 외부로 나오는 빛 에너지의 비율을 광자 수로 환산하여 나타낸 것.

※ Nature Communications 게재(2022.01.10.), “Metal Oxide Charge Transfer Complex for Effective Energy Band Tailoring in Multilayer Optoelectronics”

※ 과학기술정보통신부, 한국연구재단(미래소재디스커버리지원사업, 글로벌프런티어 사업, 나노·소재기술개발사업) 산업통상자원부(소재부품장비혁신 Lab기술개발사업) 지원