삼성전자가 '자발광 QLED(Quantum Dot LED, 양자점발광다이오드) 디스플레이의 상용화 가능성'을 업계 최초로 입증했다. 퀀텀닷(Quantum Dot) 소재의 한계를 극복해 거둔 성과다.
삼성전자는 27일(현지시각) 퀀텀닷 소재의 구조를 개선해 자발광 QLED 소자의 발광 효율 21.4%를 달성했다고 밝혔다. 소자 구동 시간을 업계 최고 수준인 100만 시간(휘도 100니트 반감수명 기준)으로 구현한 최신 연구 결과를 세계적인 학술지 '네이처(Nature)'에 게재했다고도 덧붙였다.
자발광 QLED는 모든 가시광 영역에서 순수하고 선명한 빛을 표현할 수 있다. 무기물이어서 전류 구동 시 효율과 수명을 늘릴 수도 있다. 스스로 빛과 색을 내기 때문에 백라이트와 컬러필터가 필요 없어 두께가 얇고 휠 수 있는 플렉서블(Flexible) 디스플레이로까지 확장 가능한 기술이다.
빛 손실 개선을 위해 퀀텀닷 입자의 발광 부분인 코어(Core)의 표면 산화를 억제하고, 코어 주위를 둘러싼 셸(Shell)을 결함 없이 대칭 구조로 균일하게 성장시켰다. 동시에 두께도 증가 시켜 에너지 손실을 최소화했다.
셸 표면에 있는 리간드(Ligand)도 더 짧게 만들어 전류 주입 속도를 개선함으로써 QLED 소자의 발광 효율을 높이고, 수명을 늘릴 수 있었다.
퀀텀닷은 코어(Core), 셸(Shell), 리간드(Ligand)로 이루어진 나노 크기, 머리카락 수만 분의 1 크기 초미세 반도체 입자다. 코어는 실제 발광이 일어나는 부분으로 코어의 크기가 발광 파장을 결정한다. 셸은 코어의 발광 효율과 안정성을 높여주는 역할을 하며 리간드는 퀀텀닷의 입자를 분산시키고 서로 뭉치는 현상을 막는 역할을 한다.
장은주 삼성전자 종합기술원 펠로(교신저자)는 "삼성의 독자적인 핵심 소재 기술로 차세대 디스플레이 상용화 가능성을 보였다"며 "앞으로 새로운 구조의 퀀텀닷을 활용한 친환경 디스플레이의 개발 범위가 확대되기를 기대한다"고 말했다.
원유호 삼성전자 종합기술원 전문연구원(제1저자)은 "이번 연구는 퀀텀닷 소재가 만들어지는 메커니즘을 이해해 셸 두께에 상관없이 고효율의 퀀텀닷을 만드는 방법을 개발했다는 데 의미가 있다"며 "소자에서 퀀텀닷 사이의 에너지 소모를 최소화하고, 전하 균형을 조절하여 QLED의 효율과 수명 개선의 방법을 제시한 것"이라고 말했다.