접히는 디스플레이용 천연색 발광소자
접히는 디스플레이용 천연색 발광소자
  • 함예솔
  • 승인 2019.01.20 16:50
  • 조회수 808
  • 댓글 0
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페로브스카이트(Perovskite)란?

 

페로브스카이트의 구조. 출처: Wikimedia commons
페로브스카이트의 구조. 출처: Wikimedia commons

 

  • 페로브스카이트는 유ㆍ무기 복합구조를 가지는 재료로, 색 선명도와 전자 이동도가 우수합니다. 
  • ABX3의 결정 구조를 갖는 물질입니다. 현재 페로브스카이트 구조를 가진 유기금속 할로젠 화합물이 우수한 광학 및 전기적 특성을 보여 태양전지와 발광소자 등 광전자소자의 활성 재료로 사용됩니다. 
  • 단, 페로브스카이트 물질은 공기 중 수분이나 산소와 쉽게 반응해 성능이 쉽게 저하된다는 특성을 가지고 있습니다. 

 

반투명 유연 페로브스카이트 발광소자(PeLED) 이미지. 출처: UNIST
반투명 유연 페로브스카이트 발광소자(PeLED) 이미지. 출처: UNIST

뭘 발견했는데?

  • 연구팀은 선명한 색을 구현하는 광학재료인 '페로브스카이트'로 유연성이 뛰어난 발광소자를 개발하는데 성공했습니다. 
  • UNIST 신소재 공학부 송명훈ㆍ김주영 교수 공동연구팀이 접을 수 있을 정도로 유연한 '페오브스카이트 발광소자(Perovsktie LEDs, 이하 PeLED)'를 개발한 것입니다. 
  • 이번 연구에서 페로브스카이트 발광소자의 구성 재료를 바꿔 투명성과 유연성을 향상시켰고, 소자를 구성하는 재료의 기계적 물성을 이용해 유연 특성을 분석했습니다. 
  • 이번 연구는 나노 분야의 세계적인 권위지인 <나노 레터스>에 게재됐습니다.

 

페오브스카이트 발광소자(Perovsktie LEDs, 이하 PeLED)이란? 

  • PeLED는 화합물에 전류를 흘려 빛을 내는 반도체인 LED(Light Emitting Diode)의 일종입니다.
  • 이 소자는 전기를 받아 빛을 내는 활성층으로 페로브스카이트 물질을 사용하는데 전자이동도가 높고 색순도가 좋으며 색조절도 간편하다는 장점이 있습니다. 

 

어떻게 조사했지?

  • 전극으로 투명하고 유연한 '은 나노와이어(Siver Nanowire)'와 전도성 고분자를 활용했습니다.
  • 또한, 고분자 전해질을 도입해 전자가 더 잘 이동할 수 있도록 도우면서 소자 성능을 높였습니다. 
  • 그 결과 새로운 PeLED는 기존 대비 투명도가 50% 수준으로 높아졌고(반투명), 2.5m 굽힘 곡률에서도 발광 특성을 유지했습니다.

 

UNIST 신소재공학과 석ㆍ박통합과정 연구원 이상윤. 출처: UNIST
UNIST 신소재공학과 석ㆍ박통합과정 연구원 이상윤. 출처: UNIST

 

 

"굽힘 곡률은 소자 성능이 유지되는 휘어짐 정도를 나타낸다. 숫자가 작을수록 유연하다는 뜻인데, 2.5mm 수준은 절반으로 접어도 성능이 유지되는 정도이다"

-공동 제1저자인 UNIST 신소재공학과 석ㆍ박통합과정 연구원 이상윤- 

 

 

 

 

 

특이한 점은?

 

페로브스카이트 인장시험 과정(왼쪽)과 파단면 주사전자현미경(SEM) 이미지(오른쪽). 출처: UNIST
페로브스카이트 인장시험 과정(왼쪽)과 파단면 주사전자현미경(SEM) 이미지(오른쪽). 출처: UNIST

 

  • 이번 연구는 PeLED의 기계적 물성을 구체적으로 측정한 기법으로도 주목받았습니다. 
  • PeLED 제조 공정과 동일한 방법으로 제작된 구성 재료를 미세하게 잡아당기거나 누르면서 기계적인 특성을 분석한 것입니다.
  • 이는 기존 방식인 PeLED 전체 소자를 반복적으로 굽혀 나타내는 효율 변화로 유연성 측정하는 것보다 훨씬 구체적인 기법으로 평가됩니다. 

 

UNIST 신소재공학부 박사 김시훈. 출처: UNIST
UNIST 신소재공학부 박사 김시훈. 출처: UNIST

 

 

"새로운 측정기법으로는 PeLED구성재료의 탄성한계를 이용해 소자의 유연성을 평가할 수 있어 더욱 정확하게 소자의 효율저하 원인을 분석할 수 있다. PeLED 외에도 다층 구조를 가지는 유연소자에도 활용 가능하다"

-공동 제1저자인 UNIST 신소재공학부 박사 김시훈- 

 

 

 

 

 


이 연구가 왜 중요하지?

  • 유연성이 우수하고 투명도도 개선된 페로브스카이트 발광 소자는 더욱 선명한 디스플레이를 제작하는데 도움이 될 것으로 기대됩니다. 
  • 특히 유연성이 크게 향상돼 폴더블 스마트폰 디스플레이나 웨어러블 디스플레이 등의 개발에 기여할 것으로 보입니다. 
     

 

UNIST 신소재 공학부 김주영 교수. 출처: UNIST
UNIST 신소재 공학부 김주영 교수. 출처: UNIST

 

 

"이번 연구로 PeLED의 유연성을 향상시키고 유연성 소자를 더 정확하게 분석하는 것이 가능해졌다. 이 기법을 다양한 조성의 페로브스카이트 연구에 적용해 PeLED의 안정성과 성능을 높일 계획이다"

-UNIST 신소재 공학부 김주영 교수-

 

 

 

 

UNIST 신소재 공학부 송명훈 교수. 출처: UNIST
UNIST 신소재 공학부 송명훈 교수. 출처: UNIST

 

 

"페로브스카이트는 우수한 전기ㆍ광학적 성능 덕분에 최근 많이 연구되는 소재다. 이번 연구로 투명성과 유연성에 대한 약점을 극복한 만큼 다양한 분야로 활용될 것이다" 

-UNIST 신소재 공학부 송명훈 교수- 


 


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