디스플레이 기술이 발전을 거듭하며 발광 다이오드 디스플레이(LED), 유기 발광 다이오드(OLED) 등이 등장했고, 최근 양자점 발광다이오드로 불리는 ‘QLED'가 주목을 받고 있다.
QLED(Quantum dot light-emitting diodes) 또는 QD-LED는 별도의 광원이 필요하지 않은 자발광 기술이다.
QLED의 구조는 OLED 기술과 매우 유사하지만, 발광층이 양자점(Quantum Dot) 물질로 구성된 점이 다르다.
국내 연구진이 양자점 발광다이오드(QLED) 성능을 획기적으로 높일 수 있는 기술을 선보였다.
한국전자통신연구원(ETRI)에 따르면 양자점 표면을 구성하는 분자체를 바꾸는 방식으로 QLED 밝기와 전류·전력 효율을 향상하는 기술을 개발했다.
QLED는 반도체 입자인 양자점을 이용하는데 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 움직이며, 정공의 경우 전국과 양자점 에너지 간 전달이 더뎌 이동이 힘들다.
이런 불균형은 양자점 발광다이오드 성능을 떨어뜨리고 소자 수명을 짧게 만드는 원인이다.
연구진은 피리딘이란 물질로 이런 문제를 해결했다.
피리딘은 5개의 탄소 원자와 1개의 질소 원자가 육각형 모양으로 이뤄진 고리구조 유기화합물이다.
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 전망이다.
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.
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