납 없는 친환경 발광 소재로 선명한 화면 즐긴다

친환경적으로 청색 발광 페로브스카이트를 만드는 방법을 개발한 (왼쪽부터) 조힘찬 KAIST 신소재공학과 교수, 하재영 박사과정생, 연성범 석박사통합과정생. KAIST 제공

장면을 생생하고 현실감 있게 표현하는 디스플레이를 만들려면 발광 소재 기술이 중요하다. 국내 연구진이 차세대 발광 소재로 주목받고 있는 청색 발광 페로브스카이트를 친환경적으로 만드는 방법을 개발했다.  

KAIST는 조힘찬 신소재공학과 교수 연구팀이 납 이온 없이도 우수한 색 표현력과 높은 발광 효율을 가질 수 있는 친환경 청색 발광 페로브스카이트를 개발했다고 13일 밝혔다.

청색 발광 페로브스카이트는 유독성이 있는 납 이온을 이용하기 때문에 산업성이 떨어진다. 연구팀은 납 이온을 유로퓸 이온으로 대체해 청색 발광 페로브스카이트를 만드는 데 성공했다. 유로퓸 이온은 원자 번호 63번인 희토류 금속 유로퓸(Eu)의 이온 형태다. 전자를 2개 또는 3개 잃은 양이온으로 주로 존재한다. 

연구팀이 개발한 세슘 유로퓸 브로마이드(CsEuBr3) 페로브스카이트 나노결정은 420~450nm(나노미터) 파장 영역에서 진청색 발광 특성을 보였다. 약 40%의 높은 발광 효율과 24nm의 매우 좁은 발광 스펙트럼 반치폭을 보였다. 반치폭이란 스펙트럼의 최대값 절반 높이에서의 두 점 사이의 거리로 발광 색상의 선명도를 평가하는 지표다. 광원의 발광 스펙트럼이 좁을수록 디스플레이에서 선명한 색 표현이 가능하다. 

조 교수는 “이번 연구는 그동안 어려웠던 친환경 비납계 페로브스카이트 소재 연구의 돌파구를 제시하는 결과”라면서 “차세대 디스플레이 및 광학 소자 개발의 새로운 지평을 열 수 있을 것으로 기대되며 향후 연구를 통해 소재의 광학적 특성과 공정성을 더욱 향상시킬 계획”이라고 전했다.

하재영 KAIST 신소재공학과 박사과정생과 연성범 석박사통합과정생이 이번 연구에 공동 제1저자로 참여했다. 결과는 국제학술지 ‘에이씨에스 나노 (ACS Nano)’에 10월 17일에 온라인 게재됐다.

<참고자료>

doi.org/10.1021/acsnano.4c09018

[이채린 기자 rini113@donga.com]