[첨단 헬로티]

삼성전자가 업계 최초로 퀀텀닷(Quantum Dot) 소재의 한계를 극복하며 ‘자발광 QLED(Quantum Dot LED, 양자점발광다이오드) 디스플레이의 상용화 가능성’을 입증했다고 밝혔다.

삼성전자는 11월 27일 퀀텀닷 소재의 구조를 개선해 자발광 QLED 소자의 발광 효율 21.4%를 달성하고 소자 구동 시간을 업계 최고 수준인 100만 시간(휘도 100니트 반감수명 기준)으로 구현한 최신 연구 결과를 세계적인 학술지 ‘네이처(Nature)’에 게재했다.

삼성전자 종합기술원 장은주 펠로우(교신저자)는 “삼성의 독자적인 핵심 소재 기술로 차세대 디스플레이 상용화 가능성을 보여줬다”며 “앞으로 새로운 구조의 퀀텀닷을 활용한 친환경 디스플레이의 개발 범위가 확대되기를 기대한다”고 말했다.

삼성전자는 이번 연구를 통해 자발광 QLED 소자의 발광 효율과 사용시간을 크게 향상시켰다. 특히 빛 손실 개선을 위해 퀀텀닷 입자의 발광 부분인 코어(Core)의 표면 산화를 억제하고, 코어 주위를 둘러싼 쉘(Shell)을 결함 없이 대칭 구조로 균일하게 성장시킴과 동시에 두께를 증가시켜 에너지 손실을 최소화했다.

또한 쉘 표면에 있는 리간드(Ligand)를 더 짧게 만들어 전류 주입 속도를 개선함으로써 QLED 소자의 발광 효율을 높이고, 수명을 늘릴 수 있었다.

▲삼성전자 종합기술원 장은주 펠로우(왼쪽), 삼성전자 종합기술원 원유호 전문연구원(오른쪽)

삼성전자 종합기술원 원유호 전문연구원(제 1저자)은 “이번 연구는 퀀텀닷 소재가 만들어지는 메커니즘을 이해해 쉘 두께에 상관없이 고효율의 퀀텀닷을 만드는 방법을 개발했다는데 의미가 있다”며 “소자에서 퀀텀닷 사이의 에너지 소모를 최소화하고, 전하 균형을 조절하여 QLED의 효율과 수명 개선의 방법을 제시한 것”이라고 말했다.

한편 삼성전자는 2015년, 업계 최초로 카드뮴 없는(Cd-free) 퀀텀닷 TV 제품을 출시했으며, 새로운 구조의 퀀텀닷 자발광 QLED 소재와 소자 구조 특허 170여건을 확보하는 등 차세대 친환경 디스플레이 혁신을 주도해 나가고 있다.

■ 용어 설명

1.  자발광 QLED : 전 가시광 영역에서 순수하고 선명한 빛을 표현할 수 있고, 무기물이기 때문에 전류 구동 시 효율과 수명을 더욱 증가시킬 수 있을 것으로 기대된다. 또한, 스스로 빛과 색을 내기 때문에 백라이트와 컬러필터가 필요 없어 얇고 플렉서블(Flexible)/투명 디스플레이까지 확장 가능하다. 

2.  퀀텀닷(Quantum Dot) : 퀀텀닷은 코어(Core), 쉘(Shell), 리간드(Ligand)로 이루어진 나노 크기, 즉 머리카락 수만 분의 '1' 크기의 초미세 반도체 입자로, 뛰어난 색정확성, 높은 발광 효율, 장수명의 특성을 가졌다. 코어(Core) : 실제 발광이 일어나는 부분으로 코어의 크기가 발광 파장을 결정한다. 

3. 휘도(Luminance) : 관측자가 광원을 특정 방향에서 볼 때, 얼마나 밝아 보이는가를 나타내는 값, 단위로는 cd/㎡(칸델라/제곱미터) 혹은 니트(nit)로 표시

4. 휘도 100니트 반감수명 기준 : 기준 밝기(휘도)를 100니트(nit)라고 했을 때, 밝기가 50%로 감소하는데 걸리는 시간.