국내 연구진이 OLED(유기발광다이오드) 뒤를 이을 차세대 디스플레이 소자 후보로 떠오르고 있는 QLED(양자점발광다이오드) 성능을 획기적으로 높이는 기술을 개발했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 최수경 유연소자연구그룹 박사팀이 QLED정공 주입 개선 기술 개발로 양자점 표면을 구성하고 있는 분자체를 바꿔 QLED 밝기와 전류, 전력 효율을 향상시킬 수 있는 핵심 원천 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

QLED는 자체적으로 빛을 내는 반도체 입자인 양자점을 이용한 디스플레이 기술이다. 유기물을 이용한 OLED와 달리 QLED는 반도체인 양자점을 활용한다. 최근 자연에 가까운 색을 재현하는 디스플레이 수요가 늘고 있어, 가장 넓은 색 영역을 제공하는 QLED 기술에 대한 관심도 커지는 추세다.

현재 QLED 기술에서 가장 큰 문제는 발광 층 내 전자와 정공 이동 불균형 현상이다. QLED 소자는 양 전극에서 주입한 전자와 정공이 양자점에서 만나 빛을 낸다.

그런데 전자는 자유롭게 위아래로 이동하지만 정공은 전극과 양자점 에너지 간 전달이 더뎌 이동이 어렵다. 이런 전자와 정공 불균형이 QLED 성능을 떨어뜨리고 소자 수명을 짧게 만든다.

연구진은 밝게 빛나는 발광층 위에 양자점을 깔고 정공 쪽에 해당되는 부분만 피리딘이라는 물질로 바꿔 불균형 문제를 해결했다. 피리딘으로 정공을 쉽고 빠르게 이동시킨 것이다. 피리딘 덕분에 양자점과 정공 수송층 사이 거리가 줄고 중간에 에너지 층이 생긴다. 중간 에너지 층은 정공을 잘 전달하도록 도와 전자와 정공이 만나 빛을 내는 효율을 높인다.

기존에는 전자만 원활하게 이동하고 정공이 뒤따라오지 못했다. 또 정공을 추가로 주입하려고 전압을 더 높여야 했다. 하지만 연구진은 OLED와 같은 전압에서도 QLED가 밝게 빛을 낼 수 있게 만들었다. 기존 소자에 비해 최대 4.5배 밝기, 1.7배 전류효율, 2.3배 전력효율을 높인 QLED를 구현했다. 특히 적녹청(RGB) 모든 색상 양자점에 동일하게 적용할 수 있어, QLED 상용화에도 큰 도움을 줄 것으로 연구진은 기대하고 있다.

교신저자인 ETRI 이현구 유연소자연구그룹장은 “이 기술을 마이크로 디스플레이에도 적용할 계획”이라며, “미국 국가 텔레비전 시스템 위원회(NTSC) 기준 159% 색 재현율로 자연색에 더 가까운 색상을 구현할 수 있어, 차세대 디스플레이에 다양하게 적용할 것으로 보인다”고 말했다.

한편 이번 연구 결과는 재료 분야 대표 국제 학술지인 재료화학C(Journal of Materials Chemistry C) 3월 표지 논문으로 선정됐다.

아울러 현재 시중에 판매되고 있는 QLED TV는 LCD에 QLED필름을 붙인 제품으로, 여기서 언급한 QLED 기술과는 큰 차이가 있다.

[테크M = 박응서 기자(gopoong@techm.kr)]