KAIST, 전하 전달 복합체로 신개념 디스플레이 소재 개발

에너지 레벨 차이 두 금속 산화물 사이의 전하 전달에 착안

기존 상용 유기소재 대비 32% 우수 확인

최첨단 미래 디스플레이산업 발전에 기여

[대전=뉴시스] 건포도 빵 구조의 산화니켈, 산화 몰리브덴 전하 전달 복합체 및 소자 성능. *재판매 및 DB 금지

[대전=뉴시스] 김양수 기자 = KAIST(총장 이광형)는 신소재공학과 정연식 교수, 전덕영 명예교수, 한국전자통신연구원(ETRI) 권병화 박사 공동 연구팀이 차세대 디스플레이 소자에 적용 가능한 새로운 금속 산화물 복합 나노소재 개발에 성공했다고 19일 밝혔다.

디스플레이 발광 셀 등 다층구조를 가지는 광전자소자에서 금속 산화물은 우수한 전기적 특성 및 안정성 덕분에 전하 수송 및 주입 층으로 널리 활용되고 있다.

하지만 미래 디스플레이산업에서 금속 산화물 소재를 더 유용하게 활용키 위해서는 에너지 레벨 및 전기전도도와 같은 특성들을 넓은 범위에서 제어해 각각의 시스템에 최적화된 전기적 특성을 제공해야 한다.

이번에 KAIST-ETRI 공동 연구팀은 특정 금속 산화물 나노입자가 다른 산화물 내부에서 나노미터(㎚) 크기로 분산될 경우 접촉면(인터페이스)에서 전하가 교환되면서 전하 전달 복합체(Charge transfer complex)를 형성하는 현상을 발견했다.

연구팀은 에너지 레벨 차이가 있는 두 금속 산화물 사이에서 일어나는 전하 전달(Charge transfer) 현상에 주목하고 산화 몰리브덴(MoO3) 나노입자와 산화니켈(NiO)의 조합으로 두 금속 산화물의 전하 전달 현상을 효과적으로 유도했다.

또 광범위한 에너지 레벨 조절 능력 및 최대 2.4배의 전기전도도 향상을 달성했다.
 
이어 이를 녹색과 청색 OLED에 적용해 기존의 상용 유기 소재를 적용한 소자보다 32% 더 우수한 외부양자효율을 달성, 높은 범용성과 성능을 입증했다.

연구팀 관계자는 "전하 전달 복합체는 마치 건포도 빵의 형태와 유사한 구조로 돼 있다. 건포도(나노입자)를 더 넣게 되면 더 많은 당분(전하)이 빵(매트릭스)으로 이동하여 빵 전체가 더 달콤해지는 원리"라고 설명했다.

이번 연구는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications)' 온라인판에 지난 10일자로 게재됐다. (논문명: Metal Oxide Charge Transfer Complex for Effective Energy Band Tailoring in Multilayer Optoelectronics)

KAIST 정연식 교수는 "이번 기술은 핵심 소재의 성능 제어 방법을 혁신해 실감형 메타버스 구현에 꼭 필요한 최첨단 디스플레이 구현에 기여할 것"이라고 기대했다.


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