이보람 성균관대 신소재공학부 교수 연구진은 조창순 포스텍 신소재공학과 교수 연구진과의 공동 연구를 통해, 페로브스카이트 기반 차세대 색 변환 디스플레이의 상용화 가능성을 제시했다고 16일 밝혔다.
페로브스카이트는 결정 구조가 티탄산칼슘(CaTiO₃)과 같이 두 개의 양이온과 하나의 음이온이 결합한 특이한 규칙적 입체 구조를 갖는 물질을 일컫는 말로, 이 광물을 발견한 러시아 학자 레프 페로브스키의 이름을 땄다. 높은 흡광계수, 우수한 색 순도, 손쉬운 색 조절 특성을 지녀 차세대 디스플레이 핵심 소재로 주목받고 있다. 하지만 납을 포함하고 있어 국제 유해물질 제한 지침(RoHS)의 기준을 충족해야 하는 한계가 있었다.
연구진은 페로브스카이트를 빛의 파장을 변환시키는 '색 변환층'으로 활용하면, 청색광을 99.9% 이상 흡수하면서도 납 함유량을 국제 유해물질 제한 지침 기준 이하로 낮출 수 있다는 것을 입증했다.
이론적 분석 결과, 페로브스카이트를 기존 양자점 기반 색 변환층의 5분의 1 수준으로 얇게 만들어 사용하더라도, 높은 효율로 색 변환이 가능했다. 결과적으로 외부 컬러 필터 없이도 고색순도의 녹색과 적색광을 생성할 수 있어, 차세대 디스플레이 구현에 중요한 전환점이 될 수 있다.
연구진은 이와 함께 빛의 산란 구조, 광결정, 차원 제어, 광자 재활용 등 다양한 광학 전략을 결합한 설계 방향을 제시했다.
이보람 교수는 "페로브스카이트 색 변환층은 이미 활발히 연구되고 있지만, 환경 규제 기준을 만족하면서도 외부 컬러 필터가 필요 없는 단순한 구조까지 구체적으로 제안한 첫 사례다"라며 "이번 연구를 계기로 친환경적이며 고효율적인 색 변환 디스플레이 기술의 상용화가 더 가속화될 것"이라고 강조했다.
이번 연구는 국제 학술지 '네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)'에 지난 12일 게재됐다.
참고 자료
Nature Electronics(2025), DOI: https://doi.org/10.1038/s41928-025-01456-5