대구경북과학기술원(DGIST·총장 국양)은 양지웅 에너지공학과 교수 연구팀이 최문기 UNIST 신소재공학과 교수와 공동으로 빛의 삼원색인 빨강색·녹색·파랑색 모두에 대해 패터닝된 페로브스카이트 발광소자 중 세계 최고 효율을 갱신하는데 성공했다고 1일 밝혔다. 공정을 통해 매우 얇은 두께의 '피부 부착형 페로브스카이트 발광 소자'를 제작, 다양한 변형에 대응할 수 있는 웨어러블 디스플레이를 구현할 수 있을 전망이다.
연구팀은 도장을 찍는 것과 같은 방식인 건식 전사 인쇄 기술을 개발, 안정성을 유지하며 눈의 한계를 뛰어넘는 400㎚ 선폭 초고해상도 패턴을 선보였다. 특히 반복 공정을 통한 다색상 화소화 공정에서 우수한 성능을 보여 세계 최초 2550ppi(최신 스마트폰의 4배)의 고해상도 풀컬러 페로브스카이트 패턴화에 성공했다.
이 기술을 이용해 형성된 페로브스카이트 발광층은 페로브스카이트 나노입자 간 간격이 줄고 정공수송층과의 계면특성이 개선돼 기존 보고된 패터닝된 페로브스카이트 자발광(EL) 소자 대비 훨씬 높은 최대 15.3%의 외부양자효율(EQE)을 나타냈다.
또 이 기술로 제작된 피부부착형 페로브스카이트 LED 소자는 2.6㎛의 초박막 봉지구조 내에 LED 소자를 형성, 피부 및 나뭇잎 등 다양한 곡면에 부착할 수 있으며 굽힘, 비틀림뿐만 아니라 0.25㎜의 곡률 반경에서도 구동할 수 있는 안정적인 기계·광학적 성능을 나타냈다.
양지웅 DGIST 교수는 “페로브스카이트 표면에 간단히 유기반도체층을 도입함으로서 패터닝 과정에서 발생할 수 있는 화학·물리적 결함을 억제할 수 있었다”고 밝혔다. 최문기 UNIST 교수는 “페로브스카이트 LED 소자에 기반한 디스플레이뿐만 아니라 VR·AR 및 스마트 웨어러블 디바이스 개발에 광범위하게 적용할 수 있다”고 말했다.
연구재단 우수신진연구사업, 함께달리기, 삼성미래기술육성센터 사업 등 지원을 통해 이뤄진 이번 연구논문은 최근 세계적 과학저널 사이언스지 자매지인 '사이언스 어드밴시스'에 온라인 게재됐다.
대구=정재훈기자 jhoon@etnews.com
