이보람 교수, 차세대 디스플레이 상용화 위한 페로브스카이트 색 변환 가이드라인 제시

- 외부 컬러 필터 없이 얇고 간단한 구조 구현, 납 규제 기준도 충족하며 상용화 기대

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

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 발표했다.

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

▲ (위) 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

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.

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 12일자 Nature Electronics에 Perspective 논문으로 게재되었다.

※ 논문명: Perovskites for next-generation colour conversion displays

※ 학술지: Nature Electronics

※ 논문링크: https://www.nature.com/articles/s41928-025-01456-5