Highlight

Principal Investigator Prof. Jung, Yeon Sik 
Date 2022-01-19 

 

그림1.png

<그림 1. 왼쪽부터 정연식 교수, 김무현 박사과정, 한국전자통신연구원 권병화 박사>

 

KAIST(총장 이광형)는 신소재공학과 정연식 교수전덕영 명예교수한국전자통신연구원(ETRI) 권병화 박사 공동 연구팀이 차세대 디스플레이 소자에 적용 가능한 신개념 금속 산화물 복합 나노소재 개발에 성공했다고 19일 밝혔다.

 

KAIST-ETRI 공동 연구팀은 특정 금속 산화물 나노입자가 다른 산화물 내부에서 나노미터(nm) 크기로 분산될 경우접촉면(인터페이스)에서 전하가 교환되면서 전하 전달 복합체(Charge transfer complex)를 형성하는 새로운 현상을 발견했다연구팀은 이를 유기발광다이오드(OLED) 등 고부가가치 디스플레이에 적용해 기존 상용 유기 소재 기반의 소자 성능을 뛰어넘는 데 성공했다.

 

오는 2월에 KAIST 신소재공학 박사학위 취득 예정인 김무현 연구원이 주도하고 조남명 박사, ETRI 주철웅 선임연구원 등이 참여한 이번 연구는 국제학술지 `네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 1월 10일 字 온라인판에 게재됐다. (논문명Metal Oxide Charge Transfer Complex for Effective Energy Band Tailoring in Multilayer Optoelectronics)

 

디스플레이 발광 셀 등 다층구조를 가지는 광전자소자에서 금속 산화물은 우수한 전기적 특성 및 안정성 덕분에 전하 수송 및 주입 층으로 널리 활용되고 있다하지만유기 발광 다이오드(OLED)에서 퀀텀닷 발광다이오드(QLED), 페로브스카이트 발광다이오드(PeLED)로 이어지는 미래 디스플레이 산업에서 이러한 금속 산화물 소재를 더 유용하게 활용하기 위해서는 에너지 레벨 및 전기전도도와 같은 특성들이 더 넓은 범위에서 제어될 수 있어야 한다.

 

이는 유기 발광 소재퀀텀닷페로브스카이트 등으로 발광층 소재가 매우 다양해짐에 따라 디스플레이 소자들의 성능을 극대화하기 위해서는 각각의 시스템에 최적화된 전기적 특성을 제공해야 하기 때문이다.

  그림2.jpg

<그림 2. 건포도 빵 구조의 산화니켈, 산화 몰리브덴 전하 전달 복합체 및 소자 성능>

 

* 전하 전달 (Charge transfer) 현상 : 서로 다른 소재들이 접합 되었을 때 에너지 밴드 구조 차이로 인해 한 소재에서 다른 소재로 전하가 전달되는 현상을 말한다. 이 때 계면의 전기적 특성들이 변화되나 그 효과는 일반적으로 계면 10 nm 수준으로 제한된다.

 

연구팀은 에너지 레벨 차이가 있는 두 금속 산화물 사이에서 일어나는 전하 전달(Charge transfer) 현상에 주목했다전하 전달 복합체는 마치 건포도 빵의 형태와 유사한 구조로 되어 있는데건포도(나노입자)를 더 넣게 되면 더 많은 당분(전하)이 빵(매트릭스)으로 이동하여 빵 전체가 더 달콤해지는 원리로 비유될 수 있다.

 

이 새로운 개념을 산화 몰리브덴(MoO3나노입자와 산화니켈(NiO)의 조합으로 구현해 두 금속 산화물의 전하 전달 현상을 효과적으로 유도했으며광범위한 에너지 레벨 조절 능력 및 최대 2.4배의 전기전도도 향상을 달성했다이를 녹색과 청색 OLED에 적용했고 기존의 상용 유기 소재를 적용한 소자보다 32% 더 우수한 외부양자효율을 달성함으로 높은 범용성과 성능을 입증했다.

 

KAIST 정연식 교수는 "이번 기술은 핵심 소재의 성능 제어 방법을 혁신함으로써실감형 메타버스 구현에 꼭 필요한 최첨단 디스플레이 구현에 기여할 것ˮ이라고 전망했다.

 

이번 연구는 과학기술정보통신부 및 한국연구재단이 추진하는 미래소재디스커버리지원사업(단장 최성율), 글로벌프런티어 사업(단장 김광호) 및 나노·소재기술개발사업, 그리고 산업통상자원부에서 추진하는 소재부품장비혁신 Lab기술개발사업의 지원을 받아 수행됐다.