기존 보다 4배 밝아진 QLED…ETRI, 원천기술 개발

기사등록 2019/04/16 09:29:49
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QLED소자 양자점 표면치환기술로 전자-정공 불균형 풀어
밝기 4.5배, 전류효율 1.7배, 전력효율 2.3배...소자수명도 연장

associate_pic4【대전=뉴시스】 김양수 기자 = 동일 전압 조건에서 기존 양자점 발광다이오드와 표면 치환된 양자점 발광다이오드의 발광 정도 이미지. ETRI 연구진이 치환한 QLED가 기존 QLED보다 더 밝다.2019.04.16(사진=ETRI 제공) photo@newsis.com
【대전=뉴시스】 김양수 기자 = 국내 연구진이 유기발광다이오드(OLED)의 뒤를 이을 차세대 디스플레이 소자인 양자점발광다이오드(QLED)의 성능을 획기적으로 높일 수 있는 기술개발에 성공했다.

한국전자통신연구원(ETRI)은 QLED(Quantum-dot Light Emitting Diode) 정공 주입 개선 기술 개발을 통해 양자점 표면을 구성하고 있는 분자체를 바꿔 QLED의 밝기, 전류 및 전력효율을 향상시킬 수 있는 핵심 기술을 개발했다고 16일 밝혔다.

QLED는 자체적으로 빛을 내는 반도체 입자인 양자점을 이용한 디스플레이 기술로 OLED가 유기물을 이용했다면 QLED는 유기물 대신 반도체인 양자점을 활용한다.

최근 자연에 가까운 색을 재현하는 디스플레이 수요가 증가하고 있어 가장 넓은 색 영역을 제공할 수 있는 QLED 기술에 대한 관심이 높아지고 있지만 QLED 기술은 발광 층 내 전자-정공 이동 불균형 현상이란 난제를 안고 있다.

연구원에 따르면 QLED 디스플레이를 구성하는 소자는 양 전극에서 주입된 전자(electron)와 정공(hole)이 양자점에서 만나 빛을 내게 된다.

전자는 자유롭게 위와 아래로 이동한다는 특징이 있지만 정공의 경우 전극과 양자점 에너지 간 전달이 더뎌 이동이 힘들다.

이런 전자-정공 불균형 문제는 양자점 발광다이오드의 성능을 떨어뜨리고 소자의 수명을 짧게 만들어 이를 해결키 위한 연구가 필요하다.

associate_pic4【대전=뉴시스】 김양수 기자 = ETRI 연구진이 개발한 QLED 양자점 치환기술이 게재된 논문 표지 모습.2019.04.16(사진=ETRI 제공) photo@newsis.com
이번에 ETRI 연구팀은 디스플레이서 밝게 빛나는 발광층 위에 양자점을 깔고 정공 쪽에 해당되는 부분만 피리딘(Pyridine)이라는 물질로 바꿔 불균형 문제를 해결했다.

고리구조의 유기화합물인 피리딘으로 바꿔주면 양자점과 정공 수송층 사이의 거리가 줄어들고 중간 에너지 층이 만들어지기 때문에 정공을 쉽고 빠르게 이동시킬 수 있다.

또 중간 에너지 층은 정공을 더욱 원활히 전달하도록 도와 전자와 정공이 만나 빛을 내는 효율도 증대시켜 준다.

하나의 층에 전자와 정공이 동시에 존재해야 빛이 나지만 기존에는 전자만 원활하게 이동하고 정공이 뒤따라 오질 못했고 정공을 추가로 주입하게 되면 전압을 더 가해야 하는 부가적인 문제도 발생했다.

하지만 연구진은 추가적인 전압이 없어도 정공이 자유롭고 원활하게 이동할 수 있도록 해 낮은 전압에서도 빛이 날 수 있고 밝기와 전류효율도 기존 소자 대비 보다 크게 개선시켰다.

연구진은 "OLED와 같은 전압에서도 정공의 움직임이 빨라 이동성이 신속한 전자와 많이 만나게 돼 밝게 빛이 나는 원리"라면서 "기존 소자에 비해 최대 4.5배의 밝기, 1.7배의 전류효율, 2.3배의 전력효율을 가지는 양자점 발광 다이오드의 구현이 가능케 됐다"고 설명했다.

특히 이 기술의 경우 적·녹·청(RGB) 모든 색상의 양자점에 동일하게 적용할 수 있어 향후 QLED 상용화에 큰 도움이 될 것으로 기대된다.

연구진이 개발한 이 기술은 우수성을 인정받아 재료 분야의 대표적인 국제 학술지인 'Journal of Materials Chemistry'의 3월 표지 논문으로 선정됐다.

 논문명은 Partially pyridine-functionalized quantum dots for efficient red, green, and blue light-emitting diodes.


kys0505@newsis.com

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