K-디스플레이, ‘페로브스카이트’로 초격차…더 선명하고 생생한 TV ‘성큼’

이태우 서울대 교수팀, 페로브스카이트 대량생산 합성기술 개발
상온서 발광효율 100% 구현..유사이멀전 상태 형성 후 결함 억제
지난달 네이처·사이언스 게재 이어 네이처에 또다시 발표

페로브스카이트 발광체를 제미나이로 그린 일러스트.

차세대 디스플레이 핵심 소재로 각광받는 ‘페로브스카이트’를 대량 생산할 수 있는 길이 열렸다.

대기 중에서 품질 저하 없이 100% 발광 효율을 구현할 수 있어 페로브스카이트 소재 상용화에 기여할 전망이다.

과학기술정보통신부는 이태우 서울대 재료공학부 교수 연구팀이 페로브스카이트 나노결정의 발광 효율을 100% 유지하며 대량 생산할 수 있는 ‘저온주입’ 합성 기술을 세계 최초로 개발했다고 19일 밝혔다.

이 연구결과는 ‘네이처’ 19일자에 게재됐다. 지난달 과학계의 양대 산맥인 네이처와 사이언스에 서로 다른 디스플레이 핵심기술에 관한 연구성과를 각각 발표한 지 한 달 만에 또다시 네이처에 연구성과를 발표한 것이다.

특정 연구팀이 단기간에 세계 최고의 학술지에 연구성과 3편을 잇따라 게재한 것은 매우 드문 일이라는 점에서 학계의 이목을 집중시키고 있다.

페로브스카이트는 유기발광다이오드(OLED)와 무기양자점 발광다이오드(QLED)를 뛰어넘는 발광 성능으로 초고해상도 TV뿐 아니라 증강현실, 가상현실과 같은 차세대 디스플레이 소재로 주목받고 있다.

현재 페로브스카이트 나노결정을 합성하려면 150도 이상의 고온 용액에 재료를 주입하는 ‘핫 인젝션’ 기술이 주로 쓰인다. 하지만 화재 위험이 크고 산소와 수분을 차단하는 고가의 특수 설비가 필수적이다.

이를 대신하기 위해 상온에서 합성이 가능한 기술이 제시됐으나, 균일하고 고품질의 나노결정 확보가 어렵고 대량 생산 시 생산성과 품질이 급격히 떨어지는 문제가 있다.

연구팀은 페로브스카이트의 대량 생산 시 결정의 불균일성과 효율성 및 생산성 저하 문제가 급격한 합성 속도에 의해 생기는 ‘유사이멀전’ 상태를 발견했다.

이어 유사이멀전 상태를 거쳐 페로브스카이트가 합성되면 대기 합성과 대량 생산에서 발생하는 문제를 해결할 수 있는 ‘저온주입’ 합성기술을 개발했다.

페로브스카이트 나노결정을 색변환 필름으로 제작해 적용한 태블릿 디스플레이 모습.

저온주입 합성기술은 0도 부근의 낮은 온도에서 리간드 용액에 전구체를 주입해 ‘유사이멀전’ 상태를 형성한 뒤 합성하는 방식이다.

저온 환경에서 형성된 유사이멀전 상태는 페로브스카이트 나노결정의 합성 속도를 효과적으로 늦춰 결함 생성을 억제하고, 100%의 발광효율을 가진 고품질 나노결정을 대량 생산할 수 있다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 저온주입 합성법으로 고온, 진공, 가스장치와 같은 특수 설비 없이 대기 중에서 100% 높은 발광효율을 합성 규모와 상관없이 달성할 수 있음을 입증했다. 합성 규모가 커질수록 효율이 저하되는 기존 합성법들의 한계를 극복한 것이다.

연구팀은 교원 창업기업인 에스엔 디스플레이와 협력해 대량 생산된 페로브스카이트 나노결정을 기반으로 색변환 필름으로 제작한 뒤 실제 태블릿 디스플레이에 장착해 상용화 가능성을 검증했다.

에스엔 디스플레이는 지난 1월 열린 CES 2026에서 독보적인 기술력을 인정받아 혁신상을 수상했다.

이태우 서울대 교수는 “페로브스카이트 소재 상용화를 가로막아 왔던 공정·경제적 장벽을 효과적으로 낮춘 연구”라며 “앞으로 페로브스카이트 소재를 활용해 디스플레이에 적용하기 위한 고효율·고안정성 발광소자 개발에 주력하겠다”고 말했다.

이준기 기자 bongchu@dt.co.kr