ETRI, QLED 효율 향상 기술 개발...구조 개선해 전력 효율 2.3배 높여

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한국전자통신연구원(ETRI·원장 김명준)이 차세대 디스플레이 소자인 양자점 발광다이오드(QLED)의 효율을 높일 수 있는 기술을 개발했다. QLED 효율 저하 원인이던 정공 이동 지연을 해소, QLED 상용화 기반을 마련했다.

ETRI는 이현구 유연소자연구그룹장이 이끄는 연구팀이 QLED 정공 주입을 개선해 소자 밝기와 전류·전력 효율을 향상시키는 기술을 구현했다고 16일 밝혔다.

ETRI 개발 기술을 적용한 QLED(사진 아래)는 동일 조건에서 기존 QLED(사진 위)보다 더 밝게 빛을 발한다.
<ETRI 개발 기술을 적용한 QLED(사진 아래)는 동일 조건에서 기존 QLED(사진 위)보다 더 밝게 빛을 발한다.>

QLED는 양자점을 이용한 디스플레이다. 현재 가장 넓은 색 영역을 표현할 수 있어 많은 관심을 끌고 있다.

그러나 실제 상용화에는 난제가 있다. 발광층 내 '전자-정공 이동 불균형'이 가장 크다. QLED 소자는 전극에서 주입된 전자와 정공이 양자점에서 만나 빛을 내지만 자유롭게 양자점으로 이동하는 전자와 달리 정공은 전달이 더디다. 정공을 추가 주입해야 하기 때문에 각종 효율이 급감하고 소자 수명도 짧아진다.

연구팀은 발광층 위 양자점 코팅 물질을 바꾸는 방법으로 문제를 해결했다. 정공 전달층 코팅 면을 '피리딘' 유기화합물로 바꿨다.

피리딘은 기존 소재보다 얇아 정공 수송 거리가 줄어드는 효과를 낸다. 또 양자점과 정공 간 '에너지 격차'를 줄인다. 정공·양자점을 비롯한 각 요소는 고유한 에너지 준위를 품고 있다. 그러나 격차가 심하면 이동이 지연된다. 피리딘은 '징검다리' 역할을 하는 중간 에너지층을 형성해 이 같은 격차 극복을 돕는다.

ETRI 연구진이 증착 장비로 QLED 공정을 진행하는 모습. 왼쪽부터 시계 방향으로 최수경 연구원, 이현구 선임 연구원, 이강미 연구원.
<ETRI 연구진이 증착 장비로 QLED 공정을 진행하는 모습. 왼쪽부터 시계 방향으로 최수경 연구원, 이현구 선임 연구원, 이강미 연구원.>

연구팀은 새로운 기술 적용으로 QLED 밝기를 기존 대비 최대 4.5배 높일 수 있다고 설명했다. 전류 효율은 1.7배, 전력 효율은 2.3배 각각 높인다. 적·녹·청(RGB) 모든 색상을 양자점에 동일하게 적용할 수 있다. 색 재현율은 미국 국립TV시스템위원회(NTSC) 기준 약 159%다.

연구팀은 개발 기술을 초고해상도와 성능을 갖춘 다양한 디스플레이 분야에 쓸 수 있을 것으로 보고 있다.

이현구 그룹장은 “개발 기술은 효율이 높고 더욱더 자연색에 가까운 색상 구현이 가능해 다양한 차세대 디스플레이에 적용할 수 있다”면서 “현재 개발하고 있는 마이크로 디스플레이에도 적용해 볼 계획”이라고 말했다.

대전=김영준기자 kyj85@etnews.com