차세대 디스플레이 소자 QD-LED 성능 끌어올려…가상현실 활용 기대

가상현실(VR) 체험을 하려면 머리에 디스플레이 장치를 착용해야 한다. 게티이미지뱅크 제공

국내 연구팀이 차세대 디스플레이 기술인 양자점 전계발광소자(QD-LED)의 성능을 획기적으로 개선하는 소재를 개발했다. 확장현실(XR), 가상현실(VR) 디스플레이 구현 등에 기여할 것으로 기대된다.

한국연구재단은 임재훈 성균관대 에너지과학과 교수팀이 양자점 전계발광소자의 밝기와 안정성을 개선할 수 있는 핵심 요소인 전무기 소자의 원천 소재를 개발했다고 31일 밝혔다. 연구결과는 9월 23일 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼즈'에 공개됐다.

양자점은 수 나노미터(nm, 1nm는 10억분의 1m) 수준의 작은 입자로 에너지를 흡수하면 특정 빛을 방출해 디스플레이 등에 쓰이는 나노물질이다. 양자점은 기존 디스플레이 소자인 유기발광다이오드(OLED) 등과 비교하면 색 순도가 높아 차세대 디스플레이 구현 물질로 주목받는다.

QD-LED를 차세대 초실감 디스플레이나 옥외 디스플레이, 산업용 광원으로 활용하려면 단위 면적당 광량을 높여야 한다. 소자 내 양극에서 양전하를 띠는 홀(hole)을 양자점으로 전달하는 얇은 층인 홀전달층의 전도도가 낮고 고온에 불안정하다는 점이 걸림돌로 작용했다.

산화니켈-산화마그네슘 합금(NiMgO) 나노입자를 이용한 양자점 발광소자 구조도(왼쪽)와 개발된 소자의 효율·휘도 성능을 측정한 그래프. 성균관대 제공

연구팀은 결함이 제어된 산화니켈-산화마그네슘 합금(NiMgO) 나노입자를 발광소자의 홀전달층으로 도입해 소자 효율을 높이는 데 성공했다. 기존 나노입자 표면에 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 추가로 처리해 결함 생성을 억제한 것이다. 소자에 주입된 전하 대비 소자가 방출하는 광자(빛의 입자)의 비율인 외부양자효율이 향상됐다.

임 교수는 "대한민국 12대 국가전략기술 중 하나인 차세대 초실감 디스플레이에 양자점 기술이 사용될 수 있음을 보인 사례"라며 "나노입자 합성법을 고도화하고 초고해상도 화소를 제조하는 추가 연구가 필요하다"고 전했다.

<참고 자료>
- doi.org/10.1002/adma.202410441

[이병구 기자 2bottle9@donga.com]