GIST, 'TV용 광원 활용 가능 페로브스카이트 고분자입자 광결정 필름' 개발 성공

[이데일리 이연호 기자] GIST는 신소재공학부 이재석 교수 연구팀이 고등광기술연구소 이창열 박사팀과 공동으로 페로브스카이트가 내포된 고분자입자를 합성하고 3차원 광결정을 제조해 TV용 광원으로 활용할 수 있는 고색순도 광결정 필름 개발에 성공했다고 10일 밝혔다.

(a) 광결정의 고분자입자 크기별 반사파장(입자의 크기가 커질수록 장파장의 빛을 반사), (b) 일반적인 페로브스카이트와 광결정 내에 삽입된 페로브스카이트의 시야각, (c-l) 3차원 광결정의 고분자입자 크기별 주사전자현미경 이미지 및 반사색. 그래픽=GIST.

유-무기 하이브리드 페로브스카이트는 높은 발광효율을 갖고 있고 용액공정이 가능하기 때문에 TV, 모바일 등에 활용 가능한 차세대 광전자소재로 주목받고 있다. 하지만 페로브스카이트는 큰 굴절률을 갖고 있어 현재 상용화된 유기물 기반의 발광다이오드(OLED)에 비해 빛 추출효율이 낮고 수분에 의해 쉽게 분해되는 특성으로 인해 상업화에 어려움을 겪고 있다.

3차원 광결정은 균일한 크기를 갖는 구형의 입자들이 규칙적으로 배열해 형성하는 구조로 다이오드 분야에서 광추출 효율을 증가시키기 위한 광학필름으로 연구돼 왔다. 또 광결정에서 일어나는 빛의 공명 현상을 이용해 매우 좁은 반치폭을 갖는 레이저를 설계하는 분야에도 사용돼 왔다. 반치폭이란 어떤 색이 갖는 파장 절반 높이에서의 너비로 반치폭이 좁을수록 색순도가 높아 자연색에 가까운 색을 모사할 수 있다.

연구팀은 자체적으로 개발한 자기유화중합법(Self-emulsion polymerization)을 이용해 고분자입자의 크기가 제어된 페로브스카이트 함유 광결정을 제작했다. 함유된 페로브스카이트의 발광이 광결정의 광학구조와 보강-상쇄작용을 일으켜 매우 좁은 반치폭을 갖는 색을 구현할 수 있었다.

광결정 구조를 제어해 다결정질 광결정을 제작함으로써 페로브스카이트 함유 광결정의 시야각을 넓혀 광추출 광학필름으로 활용할 수 있도록 했다.

이창열 박사는 “향후 다양한 발광물질의 색순도를 향상할 수 있는 광학구조체에 대한 연구를 통해 자연색의 모사가 가능한 디스플레이가 가까운 미래에 양산화 되길 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 2018년도 광주과학기술원 노벨연구과제의 지원과 한국연구재단이 지원하는 중견연구자 지원사업을 통해 수행됐으며 소재분야 저명 학술지인 머티리얼스 호라이즌스(Materials Horizons)에 최근 게재됐다.