성균관대 이보람 교수, 차세대 디스플레이 상용화...페로브스카이트 색 변환 가능성 제시

외부 컬러 필터 없이 얇고 간단한 구조 구현...납 규제 기준도 충족, 상용화 기대
“색 변환 디스플레이 기술의 상용화 더욱 가속화될 것”

조경만 기자 2025-09-16 09:54:39

▲(왼쪽부터) 성균관대 이보람 교수, 김지훈 석박통합과정생 및 정의대 박사, 포항공과대학교 조창순 교수. 성균관대

성균관대학교는 신소재공학부 이보람 교수가 포항공과대학교 신소재공학과 조창순 교수와의 공동 연구를 통해, 페로브스카이트 기반의 차세대 색 변환 디스플레이 상용화 가능성을 제시하며 국제 학술지 네이처 일렉트로닉스(Nature Electronics)에 연구 성과를 발표했다고 16일 밝혔다.

페로브스카이트는 높은 흡광계수, 우수한 색 순도, 손쉬운 색 조절 특성을 지닌 차세대 디스플레이 핵심 소재로 주목받고 있다. 하지만 납을 포함하고 있어 상용화를 위해서는 반드시 국제 유해물질 제한 지침 RoHS(국제 유해물질 제한 지침)의 기준을 충족해야 하는 한계가 있었다.

공동 연구팀은 페로브스카이트를 색 변환층으로 활용한 경우, 청색광을 99.9% 이상 흡수하면서도 납 함유량을 국제 유해물질 제한 지침 기준 이하로 낮출 수 있음을 입증하였다. 특히 기존 양자점 기반 색 변환층(두께 약 10μm) 대비 2μm 이하의 박막에서도 고효율 색 변환이 가능함을 이론적 분석을 통해 확인하였다. 또한, 이러한 특성은 외부 컬러 필터 없이도 고색순도의 녹색 및 적색광을 생성할 수 있는 구조적 간소화를 가능하게 하여, 차세대 디스플레이 구현에 중요한 전환점이 될 수 있다.

▲양자점 기반 색 변환 디스플레이와 페로브스카이트 기반 색 변환 디스플레이의 소자 구조 비교. (아래)페로브스카이트 색 변환층의 無색필터, RoHS 납 규제 기준 충족, 광학 밀도 3 이상을 만족하는 영역 가이드라인. 성균관대

연구팀은 이와 함께 ▲빛의 산란 구조 ▲광결정 ▲차원 제어 ▲광자 재활용 등 다양한 광학 전략을 결합한 설계 방향을 제시하며, 실용화를 위한 종합적인 가이드라인을 마련했다.

이보람 교수는 “페로브스카이트 색 변환층은 이미 활발히 연구되고 있었지만, 환경 규제 기준을 만족하면서도 외부 컬러 필터가 필요 없는 단순한 구조까지 구체적으로 제안한 첫 사례이다”며, “이번 연구를 계기로 친환경적이며 고효율적인 색 변환 디스플레이 기술의 상용화가 더욱 가속화될 것”이라고 강조했다.

이번 연구는 한국연구재단과 삼성미래기술육성사업의 지원을 받아 수행되었으며, 9월 12일 자 Nature Electronics에 Perspective 논문으로 게재되었다.