차세대 디스플레이 소재로 주목받는 페로브스카이트 발광다이오드(PeLED)의 성능을 높일 수 있는 제조 기술이 나왔다.
서울대와 영국 케임브리지대 공동 연구진은 기존 유기발광다이오드(OLED) 생산에 쓰이는 진공 증착 공정에서도 페로브스카이트 결정이 균일하게 자라도록 제어해, 효율과 색 선명도를 높인 PeLED를 개발했다고 밝혔다. 연구 결과는 1일 국제 학술지 '네이처 나노테크놀로지'에 게재됐다.
페로브스카이트는 밝고 선명한 빛을 낼 수 있어 OLED 이후의 디스플레이 소재로 관심을 받아왔다. 특히 진공 상태에서 재료를 기화시켜 기판 위에 얇은 막을 입히는 진공 증착 방식으로 만들 수 있다는 점이 장점이다. 이 방식은 현재 OLED 생산에 널리 쓰이는 공정이라, 기존 설비와 연결해 활용할 가능성이 크다.
문제는 페로브스카이트가 증착 과정에서 너무 빠르고 불균일하게 결정화된다는 점이었다. 여러 종류의 결정 구조가 뒤섞이면 빛을 내는 효율이 낮아지고, 색도 흐려질 수 있다. 쉽게 말해 좋은 화면을 만들려면 소재가 고르게 자라야 하는데, 기존 방식에서는 그 과정을 정밀하게 조절하기 어려웠다.
연구진은 이를 해결하기 위해 'X-type 스페이서'라는 유기 분자를 도입했다. 이 분자는 페로브스카이트가 만들어지는 과정에서 결정이 무질서하게 자라는 것을 막고, 빛을 내는 데 유리한 구조가 선택적으로 형성되도록 돕는다. 연구진은 여기에 플루오린화 리튬을 결합한 '이종 스캐폴드'도 개발했다. 이는 결정이 고르게 자라도록 돕는 일종의 씨앗층 역할을 한다.
그 결과 연구팀은 광발광 효율 85% 이상의 박막을 만들었고, 이를 적용한 PeLED에서 외부양자효율 21.9%를 기록했다. 외부양자효율은 LED가 전기를 얼마나 효율적으로 빛으로 바꾸는지를 보여주는 지표다. 또 발광 선폭은 16.8㎚(나노미터, 10억분의 1m)로 나타났다. 발광 선폭은 빛의 색이 얼마나 좁고 선명하게 모이는지를 뜻하며, 값이 작을수록 색이 더 또렷하다. 연구진은 개발한 PeLED가 대면적 기판, 유연 기판, 패턴화 구조에서도 구현될 수 있음을 확인했다.
이태우 교수는 "기존 OLED 생산 인프라와 호환 가능한 진공 증착 공정으로 세계 최고 수준의 고효율·고색순도 페로브스카이트 발광소자를 구현한 성과로, 향후 초고해상도 디스플레이와 AR/VR용 마이크로디스플레이의 실용화를 앞당기는 핵심 기반 기술이 될 것"이라고 밝혔다.
참고 자료
Nature Nanotechnology(2026), DOI: https://doi.org/10.1038/s41565-026-02208-y