고품질 페로브스카이트를 만들기 위한 현상인 ‘유사 유화’가 일어난 용액. 과학기술정보통신부 제공

이태우 서울대 교수. 과학기술정보통신부 제공

서울대 연구진이 차세대 디스플레이 소재 ‘페로브스카이트’를 고품질로 대량 생산할 새 기술을 개발했다. 페로브스카이트는 현재 디스플레이에 많이 들어가는 유기발광 다이오드(OLED)와 무기양자점 발광다이오드(QLED)보다 선명한 화면을 만들 수 있다. 특히 이번 기술은 연구진이 원천 특허를 보유하고 있어 향후 국내 기업이 상용화한다면 해외에 특허사용료(로열티)를 지급하지 않아도 된다.

과학기술정보통신부는 18일 이태우 서울대 재료공학부 교수가 이끄는 연구진이 양질의 페로브스카이트 결정을 대량 생산할 기술을 개발하는 데 성공했다고 밝혔다. 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처’ 19일 자에 실렸다.

페로브스카이트의 가장 큰 장점은 발광 성능이다. ‘발광 반치폭’이라는 수치가 작아야 선명한 색이 구현되는데, OLED(50㎚)와 QLED(30㎚)보다 페로브스카이트(20㎚)의 발광 조건이 낫다. 초고해상도 TV와 증강현실(AR), 가상현실(VR)에 페로브스카이트를 활용하면 현실에 가까운 생생한 화면이 나온다.

다만 페로브스카이트는 만들기가 까다롭다. ‘핫 인젝션’이라는 방식은 페로브스카이트를 형성하는 물질을 품은 용액을 150도 이상 고온으로 가열하는 것이 핵심이다. 불이 날 수 있고, 산소와 수분을 막는 특수 설비가 필요하다. 핫 인젝션보다 낮은 온도에서 시행하는 상온 합성법도 있지만, 질 좋은 페로브스카이트를 만들기 어렵다.

연구진은 ‘저온 주입’이라는 기술을 개발했다. 페로브스카이트 전구체(페로브스카이트가 되기 직전의 물질)가 떠다니는 용액을 온도가 0도까지 떨어진 차가운 리간드 용액(페로브스카이트 전구체를 감싸는 코팅제)에 주입했다. 그랬더니 고품질 페로브스카이트가 형성되는 ‘유사 유화’라는 현상이 두 용액에서 일어났다. 연구진은 이 방식으로 페로브스카이트를 대량 생산할 수 있다는 분석 결과를 얻었다.

이렇게 만든 페로브스카이트 발광 효율은 100%였다. 페로브스카이트에 들어간 빛이 손실 없이 고스란히 색상을 내는 데 쓰인다는 뜻이다. QLED는 이 수치가 약 85%다.

연구진은 이번 기술의 원천 특허를 갖고 있다는 점을 강조했다. OLED와 QLED는 한국이 생산할 때 외국에 로열티를 지급해야 했지만, 이번 페로브스카이트는 그럴 필요가 없다. 로열티 부담이 사라지면 제품 단가를 낮출 수 있다. 연구진은 상용화를 기업들과 추진 중이며, 수년 안에 성과를 낼 것으로 전망했다.

이 교수는 “원천 특허를 한국이 확보한 만큼 경쟁국과 기술 격차를 벌릴 기회”라며 “핵심 소재 국산화를 통해 경제적 가치를 극대화할 수 있을 것”이라고 밝혔다.

이정호 기자 run@kyunghyang.com

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