네이처 발표… "풀컬러 QLED 디스플레이 기대"
RGB 중 고효율화 가장 어려운 청색, 1년만 극복
ZnSe 활용해 전기→빛 변환효율 20.2% 구현
삼성전자(005930)가 업계 최고 수준의 ‘청색 퀀텀닷발광다이오드(QLED)’ 발광 효율을 구현했다. 청색을 내는 발광 소자(素子)는 적·녹·청(RGB) 중 효율을 끌어올리기 가장 어렵다고 평가받는다.
장은주 삼성전자 종합기술원 펠로우 연구팀은 셀레늄화아연(ZnSe) 기반 소재를 활용해 최고 효율을 내면서도 안정적으로 작동하는 청색 QLED를 개발해 14일(현지시각) ‘네이처’에 발표했다.
퀀텀닷(양자점)은 나노미터(nm·10억분의 1미터) 크기의 반도체 입자로, 전기를 가해 빛을 낼 수 있다. 퀀텀닷으로 만든 발광 소자가 QLED다. 국내에서는 삼성이 주도하고 있는 QLED는 LG(003550)등의 유기발광다이오드(OLED)와 함께 기존 액정디스플레이(LCD)를 이은 차세대 디스플레이 기술로 평가받고 있다.
발광 소자가 전기를 받아 빛으로 변환하는 효율인 발광 효율은 디스플레이의 품질을 결정하는 한 가지 요소다. 적·녹·청 중 청색 발광 소자의 효율을 올리는 일이 기술적으로 가장 어렵다. 청색광은 적·녹색광보다 에너지가 높고 파장이 짧다. 짧은 파장을 내려면 소자의 크기가 작아져야 하고, 소자 크기가 작을수록 정교한 공정을 통한 효율 제고와 내구성 확보가 어려워진다. 때문에 빛깔별로 기대할 수 있는 이론적인 효율도 청색 QLED(19.8%)가 적색(20.5%)이나 녹색(23.9%)보다 낮다. 2014년에는 청색 발광다이오드(LED)를 개발한 일본 과학자 3명에게 노벨물리학상이 주어지기도 했다.
삼성전자는 작년 11월 21.4%의 비교적 높은 효율을 갖는 QLED를 개발해 네이처에 게재한 바 있다. 휘도(면적당 밝기)가 100니트(nit)에서 그 절반으로 떨어지는 시간인 ‘구동 시간’도 100만 시간으로 늘어나 QLED 디스플레이의 상용화 가능성을 열었다는 평가를 받았지만 청색을 제외한 성과였다.
약 1년만인 이날 청색의 이론적 효율(19.8%)을 넘어 최고 효율인 20.2%를 구현, 적·녹·청 모두 고효율을 달성하게 됐다. 연구팀은 청색광의 파장과 크기가 비슷해 청색을 내기 쉬운 ZnSe를 활용해 구조적 결함을 제거하는 등의 과정을 통해 이같은 효율을 얻었다. 구동 시간 역시 1만 5850시간(휘도 100니트 기준)으로 청색 QLED로는 역대 최대치를 구현했다.
연구팀은 "우리의 효율적이고 안정적인 청색 QLED가 퀀텀닷 기반의 풀컬러 디스플레이 개발에 기여할 것"이라고 기대했다.