서울대 이태우 교수팀 성과… 세계적 학술지 ‘네이처’ 실려

나노 입자의 새로운 합성법 고안
‘페로브스카이트’ 발광 효율 높여
효율 28.9%… 보고된 수치 중 최고
3만 시간 수명 녹색 소자 구현도

서울대 재료공학부 이태우 교수팀이 9일 차세대 디스플레이 소재로 꼽히는 ‘페로브스카이트’ 발광 소자의 수명과 효율을 획기적으로 높이는 기술을 개발했다. 이 내용은 세계적인 국제 학술지 ‘네이처’에 실렸다.

페로브스카이트 발광체는 유·무기 원소, 중심금속, 할로겐 원소로 구성되는 이온결정 구조를 가진다. 매우 뛰어난 색순도(색의 밝고 선명한 정도), 우수한 전기적 특성, 저렴한 소재 가격 등 장점이 많아 초고선명 텔레비전(UHD TV), 가상현실 디스플레이를 구현할 수 있는 소재로 주목받아 왔다.

다만 세계적인 연구그룹의 노력에도 수년간 구동 수명이 수백 시간에 머물러 상용화가 불가능한 실험실 수준의 소재로 여겨졌다. 발광 효율이 낮은 것도 한계로 지적됐다.

이 교수는 이러한 한계를 극복하기 위해 2014년부터 연구를 시작했고 발광 소자의 효율을 1년 만에 0.1% 수준에서 8.53%로 끌어올렸다. 이 연구는 ‘사이언스’에도 보고됐다. 이후 5년간의 연구를 통해 효율을 23.4%까지 끌어올렸고 이번에는 이론상 가능한 최대 수준인 28.9% 효율을 내면서도 3만 시간 이상의 수명을 갖는 녹색 발광 소자를 구현했다.

현재까지 보고된 것 중 최고 수치로 모바일, 소형, 가상·증강현실 기술 구현도 가능해 글로벌 디스플레이의 지형을 바꿀 것이란 전망이 나온다. 이번 연구는 서울대를 주축으로 영국 케임브리지대, 페롤레드 주식회사와의 공동 연구로 진행됐다.

이 교수는 2014년부터 페로브스카이트 발광체, 공정, 소자를 전반적으로 아우르는 지식재산권을 출원해 국내 등록을 마쳤고, 이 기술의 상업화를 위해 서울대 교내 벤처기업을 창업하기도 했다. 이 교수는 “페로브스카이트 나노 입자의 새로운 합성법을 고안해 발광 효율과 밝기, 수명을 한꺼번에 획기적으로 향상시킬 방안을 제시했다”며 “국내 디스플레이 업계의 미래를 책임질 수 있는 고색순도 디스플레이 상용화를 크게 앞당기는 데 기여할 것으로 기대된다”고 말했다.