고효율·수명연장 등 차세대 디스플레이 난제 풀었다

서울대 재료공학부 이태우 교수, 네이처·사이언스에 관련 논문 동시 게재

[아이뉴스24 정종오 기자] 국내 연구팀이 차세대 디스플레이의 핵심 성능인 ‘고효율’과 ‘수명’이라는 두 마리 토끼를 잡고 오랜 난제를 해결해 세계 과학계의 주목을 받고 있다.

서울대 공과대학(서울공대)은 재료공학부 이태우 교수 연구팀이 지난 1월 15일 세계 최고 권위의 과학계 양대 학술지인‘네이처(Nature)’와 ‘사이언스(Science)’에 서로 다른 디스플레이 핵심 기술에 관한 혁신적 연구성과를 각각 발표했다고 16일 발표했다.

이태우 교수처럼 같은 연구자가 같은 날 네이처와 사이언스에 논문을 게재하는 사례는 극히 드물다.

서울대 재료공학부 이태우 교수. [사진=서울대]

이태우 교수팀은 유기발광다이오드(OLED)의 새로운 응용 분야로 꼽히는 신축형 OLED에서 기존의 딱딱한 OLED와 비슷한 수준의 밝기와 고효율을 구현할 수 있는 메커니즘을 세계 최초로 규명한 연구성과를 네이처에 발표했다.

OLED 이후 차세대 디스플레이로 주목받는 페로브스카이트(Perovskite)의 최대 난제였던 수명 문제를 획기적으로 해결한 연구성과는 사이언스 표지 논문으로 선정됐다.

네이처에 실린 논문은 늘려도 성능에 변함없는 신축형 OLED 개발 내용이었다.

절연성 탄성체에 막힌 삼중항 에너지의 전달 문제를 새로운 에너지 전달 메커니즘인 엑시플렉스(Exciplex)로 해결했다.

추가적으로 맥신(MXene)기반 신축 전극을 도입해 소자를 60%까지 늘려도 성능과 밝기 저하가 없는 역대 최고 수준의 외부양자효율(17.0%)을 달성한 신축형 OLED 개발에 성공한 것이다.

이번 연구는 낮은 효율로 상용화를 기대하기 어려웠던 기존 완전 신축성 OLED의 한계를 극복한 성과로 평가된다. 피부, 옷, 사물 등에 부착된 불안정한 환경에서도 충격과 인장을 견딜 수 있는 OLED를 구현이 가능할 것으로 기대된다.

사이언스에는 페로브스카이트 발광체 효율 한계를 극복한 디스플레이 기술 구현을 담았다.

이태우 교수팀이 기존 페로브스카이트의 수명을 획기적으로 개선한 새로운 페로브스카이트 나노결정 입자 발광체를 개발한 연구 성과이다.

이태우 교수팀이 2015년 최초의 고효율 페로브스카이트 발광 다이오드를 구현한 성과를 사이언스에 논문으로 발표한 이후, 같은 저널에 두 번째로 게재한 페로브스카이트 발광체 분야의 논문이다.

차세대 소자인 ‘페로브스카이트 나노결정’은 색 순도, 색 구현 영역, 가격, 흡광도, 소비 전력 등 발광체의 모든 특성에 있어 기존 양자점보다 우위에 있다.

문제는 짧은 수명에 있었다. 이태우 교수팀은 ‘페로브스카이트 나노결정’의 구조적 결함을 보완해 효율과 수명을 높인 ‘계층적 쉘(Hierarchical Shell)’ 기술을 개발했다.

고온다습한 환경에서도 3000시간 이상 견디는 압도적 안정성을 확보했다.

이태우 교수는 “페로브스카이트의 효율과 안정성을 동시에 확보한 사이언스 논문, 늘렸을 때도 고효율을 유지하는 OLED를 구현한 네이처 논문은 각각 독립적으로도 매우 의미 있는 디스플레이 연구의 진전”이라며 “한국 디스플레이 산업이 도전받는 상황에서 한 연구실에서 두 개의 세계적 난제를 동시에 해결한 이번 성과는 한국 디스플레이 기술의 초격차 우위를 확고히 다지는 계기가 될 것”이라고 말했다.

/정종오 기자(ikokid@inews24.com)

[ⓒ 아이뉴스24 무단전재 및 재배포 금지]