(오른쪽에서 왼쪽으로) DGIST 에너지공학과 양지웅 교수, 박규리 석박통합과정생, UNIST 신소재공학과 권종익 석박통합과정생, 최문기 교수. [사진제공=DGIST]

(대구=포커스데일리) 김재욱 기자 = DGIST 에너지공학과 양지웅 교수 연구팀이 빛의 삼원색인 빨강색, 녹색, 파랑색 모두에 대해 패터닝된 페로브스카이트 발광소자 중 세계 최고 효율을 갱신하는 것에 성공했다. 해당 기술은 UNIST(총장 이용훈) 신소재공학과 최문기 교수와 공동연구를 통해 개발한 기술로 공정을 통해 매우 얇은 두께의 ‘피부 부착형 페로브스카이트 발광 소자’를 제작하여 다양한 변형에 대응할 수 있는 웨어러블 디스플레이를 구현했다.

기존에 활용 중인 패터닝 방식은 복잡한 공정 과정으로, 안정성이 낮은 문제를 가진 페로브스카이트를 활용하기에 적합하지 않았다. 공동연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 도장을 찍는 것과 같은 방식인 건식 전사 인쇄 기술을 개발하여 안정성을 유지하며 눈의 한계를 뛰어넘는 400nm 선폭의 초고해상도 패턴을 선보였다. 특히, 반복 공정을 통한 다색상 화소화 공정에서 우수한 성능을 보여 세계 최초 2,550ppi (최신 스마트폰의 4배)의 고해상도 풀컬러 페로브스카이트 패턴화에 성공했다.

해당 기술을 이용해 형성된 페로브스카이트 발광층은 페로브스카이트 나노입자 간 간격이 줄고 정공수송층과의 계면 특성이 개선되어 기존 보고된 패터닝된 페로브스카이트 자발광 (Electron luminescence, EL) 소자 대비 훨씬 높은 최대 15.3%의 외부양자효율 (EQE)을 나타냈다.

또한 본 연구 기술로 제작된 피부부착형 페로브스카이트 LED 소자는 2.6 마이크로미터(머리카락 두께의 약 1/40)의 초박막 봉지구조 내에 LED 소자를 형성하여 피부 및 나뭇잎 등 다양한 곡면에 부착할 수 있으며 굽힘, 비틀림뿐만 아니라 0.25 mm(면도날의 두께)의 곡률 반경에서도 구동할 수 있는 안정적인 기계적 ･광학적 성능을 나타냈다.

DGIST 양지웅 교수는 “페로브스카이트 표면에 간단히 유기반도체층을 도입함으로서 패터닝 과정에서 발생할 수 있는 화학적·물리적 결함을 억제할 수 있었다”고 밝혔다. UNIST 최문기 교수는 “본 연구를 통해 페로브스카이트 LED 소자에 기반한 디스플레이뿐만 아니라 VR, AR 및 스마트 웨어러블 디바이스 개발에 광범위하게 적용될 것으로 예측된다”고 말했다.

한편, 본 연구는 연구재단 우수신진연구사업, 함께달리기, 삼성미래기술육성센터 사업 등의 지원을 통해 이뤄졌으며, 세계적 과학저널 사이언스지 자매지인 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 온라인에 게재되었다.
 

김재욱 기자  jukim6162@ifocus.kr

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