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QLED TV 소재 '양자점' 발광효율 2배 높아진다

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QLED TV 소재 '양자점' 발광효율 2배 높아진다

2019.06.02 14:14
(왼쪽부터)이도창 KAIST 생명화학공학과 교수와 배완기 성균관대 교수, 임재훈 아주대 교수, 박휘동 미국 로스알라모스 국립연구소 박사후연구원 공동연구팀은 스스로 빛을 내는 소자인 양자점의 성능을 획기적으로 높이는 방안을 개발했다. 한국연구재단 제공
(왼쪽부터)이도창 KAIST 생명화학공학과 교수와 배완기 성균관대 교수, 임재훈 아주대 교수, 박휘동 미국 로스알라모스 국립연구소 박사후연구원 공동연구팀은 스스로 빛을 내는 소자인 양자점의 성능을 획기적으로 높이는 방안을 개발했다. 한국연구재단 제공

차세대 디스플레이 재료로 주목받는 스스로 빛을 내는 소재인 양자점의 성능을 2배 높이는 방안이 제시됐다.

 

이도창 KAIST 생명화학공학과 교수와 배완기 성균관대 교수, 임재훈 아주대 교수 공동연구팀은 스스로 빛을 내는 소자인 양자점의 성능을 획기적으로 높이는 방안을 개발했다고 2일 밝혔다. 최근 양자점 발광다이오드(QLED) TV 디스플레이에 쓰이며 퀀텀닷이라는 이름으로 알려진 양자점은 수 나노미터(㎚, 10억분의 1m) 크기의 자체적으로 빛을 내는 반도체 결정이다.

 

양자점은 높은 색 순도와 안정성을 갖고 있어 스스로 빛을 내는 소자 재료로 연구가 활발하다. 문제는 양자점에서 방출되는 빛 대부분이 소자 내에서 소실된다는 것이다. 이로 인해 발광 효율이 20%로 제한돼 소자 개발의 걸림돌로 지적돼 왔다.

 

연구팀은 이를 해결하기 위해 양자점이 한쪽 방향으로만 빛을 내도록 설계해 소자 내에서 소실되는 빛을 최소화하는 방안을 제시했다. 기존 소자에 쓰인 양자점은 구형이라 빛이 사방으로 퍼져 나갔다. 연구팀은 이를 막대나 판 형태로 바꿔 한쪽 방향으로만 빛을 방출하는 특성을 지니게 했다.

 

한쪽으로만 빛을 내기 때문에 방향에 따라 효율도 달라졌다. 연구팀은 새로운 양자점이 소자의 기판과 평행하게 누워서 배열돼야 빛이 소자에 수직으로 빠져나와 효율이 높아진다는 것을 밝혀냈다. 연구팀은 이를 이용해 빛의 방출 효율을 기존 20%에서 40%로 2배 늘렸다. 이에 따라 소자의 발광효율도 최대 2배 상승하게 됐다.

 

구형 양자점을 썼을 때 최대 빛 방출 효율은 20%지만(왼쪽), 연구팀이 개발한 새로운 양자점을 정렬해 배치하면 효율은 최대 40%까지 늘어난다. 한국연구재단 제공
구형 양자점을 썼을 때 최대 빛 방출 효율은 20%지만(왼쪽), 연구팀이 개발한 새로운 양자점을 정렬해 배치하면 효율은 최대 40%까지 늘어난다. 한국연구재단 제공

제1저자로 KAIST에서 연구를 수행하고 현재 미국 로스알라모스 국립연구소 박사후연구원으로 있는 김휘동 박사는 “비교적 덜 주목받던 빛 방출 효율의 중요성을 강조한 연구”라며 “정체돼 있던 양자점 자체발광 소자의 효율을 높이고, 연구 분야에도 활력을 불어넣을 것”이라고 말했다.

 

연구결과는 지난달 14일 국제학술지 ‘재료화학’에 초청 논문으로 소개됐다. 초청 논문은 세계 재료화학 분야 신진 연구자 중 주목받는 연구자를 초청해 연구성과와 향후 연구 전망을 소개하는 학술지 내 기획 코너다.

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