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양자점 표면결함이 오히려 발광성능 높인다…고효율 디스플레이 기대

QLED의 무장벽 전하주입 현상 원리 규명

(대전=뉴스1) 심영석 기자 | 2021-10-19 12:00 송고
양자점 전계발광소자의 구동 특성과 에너지 준위(그림제공:KAIST 이현준 박사과정)© 뉴스1

양자점이 차세대 발광소재로 주목받고 있는 가운데 양자점 표면의 결함이 오히려 발광 성능을 향상시킬 수 있다는 연구결과가 나왔다.

저전력·고효율 양자점 전계발광소자 구현 원리를 제시한 이번 연구결과는 고해상도·장수명 디스플레이 구현을 앞당길 것으로 기대된다.

19일 한국연구재단에 따르면 성균관대 임재훈 교수, KAIST 이도창 교수 공동연구팀이 QLED의 무장벽 전하주입 현상 원리를 규명했다.

QLEDs(양자점 전계발광소자)는 양자점에 전자 (음전하)와 정공(양전하)을 직접 주입해 빛을 내는 디스플레이를 말한다. 색순도, 전력소모, 밝기 특성이 우수해 차세대 평판디스플레이 기술로 주목받고 있다.

각 전극을 통해 주입된 전자와 정공이 가운데 양자점에서 만나 발광하는 QLED에서 양자점 주변 전기전도층이 전자와 정공의 흐름(주입)을 방해하는 장벽으로 작용한다고 알려져 있었다.

때문에 적색 QLED는 가시광선(적색)에 해당하는 에너지인 2V를 초과하는 구동전압이 필요하다는 것이 정설이었다.

하지만, 연구팀은 일부 양자점에서 전하주입 장벽의 존재에도 불구하고 2V보다 낮은 1.5V 전압으로도 빛을 내는 것을 알아냈다. 구동전압이 낮을수록 소자작동에 필요한 에너지가 줄어들기에 상용화에 유리하다.  

나아가 이 과정에서 양자점 표면결함이 양자점을 중심으로 배열된 서로 다른 소재간 에너지 준위 재정렬을 유도해 전하주입 장벽을 어느 정도 상쇄할 수 있는 디딤돌로 작용함을 밝혀냈다.

양자점을 둘러싼 전기전도층의 전자가 양자점 표면의 결함으로 이동해 내부 전기장을 형성함으로써 소자 내 각 층간 에너지 준위 차이를 좁혀 전하의 이동을 원활하게 한다는 것이다.  

이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’에 9월27일자에 게재됐다


km5030@news1.kr

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