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차세대 디스플레이 소자 'QLED' 밝기·효율↑ 기술 개발

ETRI 이현구 박사팀, '피리딘' 이용 QLED 정공 주입 개선
4.5배 밝기, 1.7배 전류·2.3배 전력 효율↑
연구진이 QLED 레이어를 증착 장비에서 공정을 진행하는 모습. (좌측부터 시계방향으로 최수경 연구원, 이현구 선임 연구원, 이강미 연구원) <사진 = ETRI 제공>연구진이 QLED 레이어를 증착 장비에서 공정을 진행하는 모습. (좌측부터 시계방향으로 최수경 연구원, 이현구 선임 연구원, 이강미 연구원) <사진 = ETRI 제공>

국내 연구진이 차세대 디스플레이 소자 후보인 양자점 발광다이오드(QLED) 성능을 획기적으로 높이는 기술 개발에 성공했다.

ETRI(한국전자통신연구원·원장 김명준)는 이현구 ICT소재부품연구소 유연소자연구그룹 박사팀이 QLED 정공 주입 개선 기술 개발로 QLED 밝기와 전류· 전력 효율을 향상시킬 수 있는 핵심 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

QLED는 자체적으로 빛을 내는 반도체 입자인 양자점을 이용한 디스플레이 기술이다. 디스플레이를 구성하는 소자는 양 전극에서 주입된 전자(electron)와 정공(hole)이 양자점에서 만나 빛을 내게 된다.

이때, 자유롭게 이동하는 전자와는 반대로, 정공은 전극과 양자점 에너지 간 전달이 더뎌 이동이 힘들다. 이러한 전자-정공 불균형 문제는 양자점 발광다이오드 성능을 떨어뜨리고 소자 수명을 짧게 만든다.

이에 연구진은 디스플레이서 밝게 빛나는 발광층 위에 양자점을 깔고 정공쪽에는 '피리딘'이라는 물질로 바꿔 불균형 문제를 해결했다. 피리딘은 5개 탄소 원자와 1개 질소 원자가 6각형 모양으로 이루어진 고리구조의 유기화합물이다.

정공쪽을 피리딘으로 바꾸게 되면 정공쪽에 양자점과 정공 수송층 사이 거리가 줄어들어 중간 에너지 층이 만들어 진다. 중간 에너지 층은 정공을 보다 원활히 전달하도록 도와 전자와 정공이 만나 빛을 내는 효율을 증대시키게 해준다. 

연구진은 이에 따라, 기존 소자 대비 최대 4.5배 밝기, 1.7배 전류효율, 2.3배 전력효율을 가지는 양자점 발광 다이오드를 구현했다. 또, 이번 연구는 적, 녹, 청(RGB) 모든 색상 양자점에 동일하게 적용할 수 있어 향후 QLED 상용화에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.

이현구 그룹장은 "향후 이번 기술을 현재 개발 중인  마이크로 디스플레이도 적용해 볼 계획"이라고 말했다.

한편, 이번 연구 논문에는 제1저자인 최수경 박사와 문제현, 조현수, 권병화, 조남성 책임연구원이 참여했다. 교신 저자는 이현구 그룹장이다. 연구는 국제학술지 'Journal of Materials Chemistry C' 3월 표지 논문에 선정됐다.
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