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국내 연구진이 기존 유기 발광다이오드(OLED)나 퀀텀닷 발광다이오드(QLED)보다 색 재현율이 우수한 LED를 개발했음.

임상혁 고려대 화공생명공학과 교수 연구팀은 20나노미터(nm·10억분의 1미터) 이하의 발광 선폭을 갖는 페로브스카이트 LED를 세계 최초로 구현했다고 4일 밝혔음. 연구성과는 국제 학술지 셀(Cell) 자매지인 ‘셀 리포트 피지컬 사이언스(Cell Report Physical Science)’에 게재됐음.

스마트폰, TV 등에 사용되고 있는 디스플레이 발광 소자는 OLED, QLED 등으로 발전해왔음. 하지만 이들의 발광 선폭은 30nm 이상으로, 적·녹·청(RGB)을 더 정확히 구현하기 위해서는 차세대 발광 소자가 필요하다고 연구팀은 말함.

빛은 파장 값에 따라 색깔이 달라짐. 발광 소자가 내는 빛들은 색깔별로 서로 다른 파장대(스펙트럼)를 이룸. 파장대의 범위가 좁아질수록 색 재현율이 높아지고 구현할 수 있는 색의 가짓수가 늘어남.

연구팀은 페로브스카이트를 이용했음. 이 물질은 서로 다른 두 양이온과 음이온이 1:1:3 비율로 결합된 구조를 갖는 물질 종류임. 양이온과 음이온 자리에 실제 어떤 물질을 사용하는지에 따라 성질이 조금씩 달라짐.

페로브스카이트를 용액 공정을 통해 퀀텀닷(양자점) 형태로 만들면 음이온의 화학반응(치환반응)을 통해 다양한 색을 낼 수 있지만, 반응 시 불순물이 남아 선폭이 넓어진다는 한계가 있었음.

연구팀은 불순물이 남지 않는 음이온 조합과 안정된 화학반응이 일어나도록 하는 방법을 개발해 이러한 문제를 해결했음. 이렇게 만들어진 페로브스카이트 LED는 기존보다 선폭이 좁아 천연색에 더 가까운 색을 구현하는 것으로 나타났음. 연구팀은 발광 소자의 내구성을 높이기 위한 추가 연구를 계획 중임.

임 교수는 "현재 디스플레이의 컬러 필터를 대체하고 천연색을 낼 수 있는 디스플레이 구현 가능성을 검증했다"며 "다만 중금속 납이 사용된 만큼 인체 유해성을 줄이고 친환경적으로 개선하기 위한 연구가 필요하다"고 말했음.

본 연구 성과는 ‘Cell Report Physical Science’ 지에 게재됨.