QLED 더 선명해진다…자연색상 구현 시대 눈앞

한국전자통신연구원 "전자·정공 불균형 해결…밝기·효율↑"

국내 연구진이 양자점 발광다이오드(QLED) 성능을 획기적으로 높일 수 있는 기술을 선보였다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 ICT 소재부품연구소 유연 소자연구그룹이 양자점 표면을 구성하는 분자체를 바꾸는 방식으로 QLED 밝기와 전류·전력 효율을 향상하는 성과를 냈다고 16일 밝혔다.

QLED는 자체적으로 빛을 내는 반도체 입자인 양자점을 이용한 디스플레이다.

제공하는 색 영역이 넓은 데다 뛰어난 색 재현성 때문에 유기 발광다이오드(OLED)의 뒤를 이을 소자 후보로 꼽힌다.

QLED에서 극복해야 할 난제도 있다.

발광층 내 전자·정공 이동 불균형 현상이다.

QLED 기술은 양 전극에서 주입한 전자와 정공이 양자점에서 만나 빛을 내는 원리를 활용한다.

여기서 전자는 위아래로 자유롭게 오간다.

그런데 정공의 경우 전극과 양자점 에너지 간 전달이 더뎌 이동이 힘들다.

이런 불균형은 양자점 발광다이오드 성능을 떨어뜨리고 소자 수명을 짧게 만드는 원인으로 지목된다.

연구진은 피리딘이라는 물질로 문제를 해결했다.

피리딘 덕분에 양자점과 정공 수송 층 사이 거리가 줄어들고 중간 에너지 층이 만들어진다고 연구팀은 설명했다.

중간 에너지 층은 정공을 원활히 전달하도록 도와서 효율을 높인다.

전자만 원활하게 이동하고 정공이 뒤따라 오지 못하던 현상을 없앴다는 뜻이다.

이 기술을 적용하면 기존보다 밝기 4.5배·전류효율 1.7배·전력효율 2.3배가 각각 좋은 양자점 발광 다이오드를 만들 수 있다.

적·녹·청(RGB) 모든 색상의 양자점에 동일하게 적용할 수 있어서 QLED 상용화에도 도움이 될 전망이다.

증강현실(AR)·가상현실(VR)용 초고해상도 디스플레이(HMD), 니어 아이(near eye) 디스플레이, 생체 자극·억제 광 자극 광원 등에도 활용될 수 있을 것으로 보인다.

ETRI 이현구 유연소자연구그룹장은 "미국 국가 텔레비전 시스템 위원회(NTSC) 기준 약 159％의 색 재현율을 보인다"며 "자연색에 아주 가까운 색상을 구현하는 시대가 앞당겨질 것"이라고 말했다.

연구는 ETRI 임플란터블 프런트 엔드 기술 개발 과제의 하나로 수행했다.

성과를 담은 논문은 재료 분야 국제 학술지(Journal of Materials Chemistry C)에 실렸다.

논문 1 저자는 최수경 박사이며, 문제현·조현수·권병화·조남성 책임연구원이 함께 참여했다.

/연합뉴스