국내 연구진이 차세대 디스플레이로 각광받는 페로브스카이트 양자점에 새롭게 도입된 벤잘코늄(BA) 브로마이드와 BA 클로라이드 기반 유기 물질을 페로브스카이트 양자점에 적용해 고성능의 LED 소자를 개발했다.

이는 이전 세대보다 전반적인 발광 효율이 두드러지게 개선되면서 차세대 디스플레이 구현에 대한 기대감을 높인 것으로 평가된다. 업계에서는 이를 계기로 더 선명하고 생생한 색감을 갖춘 청색 LED 개발 가능성이 한층 강화됐다고 평가하고 있다.

경상국립대학교 공과대학 나노·신소재공학부 김기환, 이태경 교수 연구팀은 자연과학대학 화학과 김윤희 교수, 울산과학기술원(UNIST) 김진영 교수 연구팀과 공동으로 차세대 디스플레이의 고성능화에 새로운 방안을 제시했다.

이 연구는 CsPbBr₃ 납 할라이드 페로브스카이트 양자점에 벤잘코늄을 도입해 표면 리간드 교환을 수행해 길이가 다른 알킬 체인과 달리 방향족 고리가 포함된 BA가 양자점 표면과의 π-결합 중첩을 유도해 전하 주입·수송성을 높였다.

그 결과 표면 결함이 억제되고 발광 특성이 향상돼 기존에 비해 스펙트럼 선폭이 좁아졌고, 발광 순도가 개선됐다.

BA 브로마이드 및 클로라이드 리간드를 각각 도입할 경우 최대 외부 양자 효율(EQE)이 약 5.88%와 5.50%로 확인됐고, 최대 전류 효율(CEmax)은 각각 약 19.5cd A-¹와 16.6cd A-¹로 관측됐다.

이는 페로브스카이트 기반 청색 LED를 고효율로 구현할 수 있는 가능성을 제시하며 차세대 디스플레이 및 광전자 소자 분야에서도 적용 확대가 기대된다.

김기환 경상국립대 교수는 "이번 연구 결과 신규 페로브스카이트 양자점 표면 처리 기술을 통해 양자점 간의 전하 이동도의 획기적인 증가로 차세대 디스플레이인 페로브스카이트 양자점 LED 성능을 대폭 개선했다"고 밝혔다.

이번 연구는 한국연구재단이 지원하는 GNU 램프사업단, 그린에너지융합연구원, 경상국립대 Glocal 100 Tops' 개척연구팀, 2024년도 경상국립대 신진 교수 연구비 지원으로 수행됐다.

연구 성과는 에너지·소재 분야 국제 학술지 '어플라이드 서페이스 사이언스 어드밴스즈(Applied Surface Science Advances)'(IF 7.5, JCR 4.2%) 표지 논문으로 1월 26일 온라인판에 게재됐다.