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LED·OLED 뛰어넘을 차세대 디스플레이 소자 개발

포스텍등 국내연구팀 태양전지 소재 이용해 성공 
기존 OLED보다 색감 좋은데 가격 10분의1 불과

국내 연구팀이 발광다이오드(LED)와 유기발광다이오드(OLED)를 모두 대체할 수 있는 획기적인 차세대 디스플레이 소자 개발에 성공했다.

포스텍(POSTECH) 신소재공학과 이태우 교수 연구팀은 R H 프렌드 영국 케임브리지대 교수, 임상혁 경희대 교수, 광주과학기술원(GIST) 이창열·명노성 박사, 유승협 한국과학기술원(KAIST) 교수 등과 공동으로 "차세대 LED"로 평가받는 페로브스카이트 발광 소자(PeLED) 개발에 성공했다. 상업화에 성공할 경우 디스플레이 시장 판도를 뒤흔들 "게임 체인저"가 될 수 있을 전망이다. 연구 성과는 4일 세계적인 과학 학술지 "사이언스"에 게재됐다.

LED와 OLED는 소비전력이 낮고 발광효율이 높아 조명을 비롯해 TV, 휴대폰 등 각종 가전 기기에 폭넓게 사용되고 있는 디스플레이다. 특히 OLED는 발광효율이 LED보다 월등하지만 발광체 소재 가격이 비싸기 때문에 범용화에 어려움을 겪고 있다.

또 색 조절 과정이 복잡하고 색순도도 낮아 자연의 색을 실감나게 구현하는 데 한계가 있다는 단점이 있다. 이 때문에 과학계에선 기존 OLED의 단점을 뛰어넘을 수 있는 새로운 LED 개발 경쟁이 치열하게 전개돼 왔다.

이태우 교수 연구팀은 태양전지 소재로 쓰이는 페로브스카이트에 주목했다. 페로브스카이트는 기존 OLED 소재에 비해 재료 가격이 10분의 1에 불과하다. OLED에 비해 색순도는 훨씬 높아 자연 그대로의 색감을 생생하게 전달할 수 있었다. 색순도가 높을수록 자연 그대로의 색을 구현할 수 있다. 이런 장점에도 불구하고 페로브스카이트가 가진 특징으로 인해 LED에 사용하기에는 발광효율이 크게 떨어지는 문제가 있었다.

연구팀은 페로브스카이트 발광층을 균일한 박막으로 만들지 못해 발광효율이 떨어진다는 것을 파악했다. 연구팀은 "나노결정 고정화"라는 새로운 박막 형성 공정을 개발해 박막을 균일하고 평평하게 만들 수 있었다.

이를 통해 발광효율을 낮추는 금속성 납 원자의 형성도 막을 수 있게 돼 발광효율을 높일 수 있었다. 연구팀이 개발한 PeLED는 발광효율이 8.5%로 최고 효율이 5%인 형광 OLED를 넘어섰다. 

이태우 교수는 3일 매일경제신문과 인터뷰하면서 "LCD, OLED에 이어 차세대 디스플레이가 더 없을까 고민하다 개발한 것이 PeLED"라며 "다들 페로브스카이트로 LED를 만드는 것이 불가능하다고 했지만 "차세대 LED는 PeLED"란 집념을 갖고 연구에 매달린 끝에 이 같은 성과를 얻었다"고 말했다. 그는 "영국과 한국이 현재 PeLED 분야를 개척하고 있다"며 "다만 공정 기술은 한국이 갖고 있기에 한국이 주도권을 잡을 수 있다"고 말했다. 이 교수는 "영국이 이 정도 기술까지 따라오려면 최소 6개월~1년은 걸린다"고 강조했다.

이 교수는 상업화 시점에 대해 "OLED는 개발 이후 상업화하는 데 20년이 소요됐다"며 "PeLED도 시간이 좀 걸리겠지만 1년 만에 1%에 못 미치던 발광효율을 8.5%까지 비약적으로 끌어올린 만큼 OLED보다는 상용화 시기를 훨씬 단축할 수 있을 것"이라고 말했다.

[이영욱 기자]

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