고성능 디스플레이용 페로브스카이트 양자점 표면 처리 기술 개발

- 신규 표면 처리용 유기 물질 도입을 통한 고성능 디스플레이 구현

(왼쪽부터) 경상국립대 화학과 김윤희 교수, 울산과학기술원 에너지 및 화학과 김진영 교수 경상국립대 나노·신소재공학부(고분자공학 전공) 이태경 교수, 나노·신소재공학부(고분자공학 전공) 김기환 교수. (자료제공: 경상국립대)

국내 연구진이 차세대 디스플레이로 각광받는 페로브스카이트 양자점에 새롭게 도입된 벤잘코늄(BA) 브로마이드와 BA 클로라이드 기반 유기 물질을 페로브스카이트 양자점에 적용하여 고성능의 LEDs 소자를 개발했다. 이는 이전 세대보다 전반적인 발광 효율이 두드러지게 개선되면서, 차세대 디스플레이 구현에 대한 기대감을 높인 것으로 평가받는다. 업계에서는 이를 계기로 보다 선명하고 생생한 색감을 갖춘 청색 LED 개발 가능성이 한층 강화되었다고 평가하고 있다.

경상국립대학교(GNU, 총장 권진회)는 나노·신소재공학부(고분자공학 전공) 김기환, 이태경 교수 연구팀이 자연과학대학 화학과 김윤희 교수, UNIST 김진영 교수 연구팀과 공동으로 차세대 디스플레이의 고성능화에 새로운 방안을 제시했다고 2월 3일 밝혔다.

이 연구는 CsPbBr3 납 할라이드 페로브스카이트 양자점에 벤잘코늄(BA)을 도입해 표면 리간드 교환을 수행하여 길이가 다른 알킬 체인과 달리 방향족 고리가 포함된 BA가 양자점 표면과의 π-결합 중첩을 유도하여 전하 주입·수송성을 높였다. 

그 결과 표면 결함이 억제되고 발광 특성이 향상되어 기존에 비해 스펙트럼 선폭이 좁아졌고(Full Width at Half Maximum 감소), 발광 순도가 개선됐다. BA 브로마이드 및 클로라이드 리간드를 각각 도입할 경우 최대 외부양자효율(EQE)이 약 5.88%와 5.50%로 확인됐고, 최대 전류효율(CEmax)은 각각 약 19.5cd A-1와 16.6cd A-1로 관측됐다(기존 LHP NCs의 EQE 2.4%, CEmax 7.8cd A-1 대비 대폭 향상).

이는 페로브스카이트 기반 청색 LED를 고효율로 구현할 수 있는 가능성을 제시하며, 차세대 디스플레이 및 광전자 소자 분야에서도 적용 확대가 기대된다.

김기환 교수는 “이번 연구 결과 신규 페로브스카이트 양자점 표면 처리 기술을 통해 양자점 간의 전하 이동도의 획기적인 증가로 차세대 디스플레이인 페로브스카이트 양자점 LEDs 성능을 대폭 개선했다”라고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단이 지원하는 GNU 램프사업단, 그린에너지융합연구원(대학중점연구소지원사업), 경상국립대 Glocal 100 Tops’ 개척연구팀, 2024년도 경상국립대 신진교수 연구비 지원으로 수행됐다.

연구성과는 에너지·소재 분야 국제학술지 ‘Applied Surface Science Advances’ 표지논문으로 1월 26일 온라인판에 게재됐다.

[Ceramic Korea (세라믹뉴스)=이광호 ]