삼성전자가 유해 중금속인 카드뮴을 사용하지 않고도 ‘자발광 QLED(양자점발광다이오드) 디스플레이’의 효율을 끌어올리며 상용화 가능성을 입증했다.
삼성전자는 27일(현지시간) 퀀텀닷 소재의 구조를 개선한 최신 연구 결과를 세계적인 학술지 '네이처(Nature)'에 게재했다고 밝혔다.
삼성전자는 이번 연구에서 자발광 QLED 소자의 발광 효율과 사용시간을 크게 향상시켰다. 우선 자발광 QLED 소자의 발광 효율을 기존 13%가량에서 21.4%로 끌어올리고, 소자 구동 시간도 업계 최고인 100만 시간(휘도 100니트 반감수명 기준)을 구현했다. 업계에선 소자 발광효율이 20% 이상이면 상용화 가능한 것으로 내다본다.
삼성전자는 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.
또 쉘 표면에 있는 리간드(Ligand)를 더 짧게 만들어 전류 주입 속도를 개선해 QLED 소자의 발광 효율을 높이고, 수명을 늘렸다.
제 1저자인 원유호 삼성전자 종합기술원 전문연구원은 “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 밝혔다.
특히 이번 연구는 퀀텀닷의 주요소자인 카드뮴을 사용하지 않고 이뤄낸 결과다. 카드뮴을 사용할 경우 발광효율이 크게 높아지지만, 유해 중금속인 만큼 상용화에 어려움이 있다.
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.
한편 삼성전자는 2015년, 업계 최초로 카드뮴 없는(Cd-free) 퀀텀닷 TV 제품을 선보였고, 새로운 구조의 퀀텀닷 자발광 QLED 소재와 소자 구조 특허 170여건을 확보하는 등 차세대 친환경 디스플레이 혁신에 노력을 기울이고 있다.
