부산대, 양자점 LED 제조 직후 최대 효율 구현

염화물 도핑 전자수송층 개발…효율 1.8배 향상
상용화 걸림돌 제거…국제학술지 '스몰' 7월호 게재

부산대학교 노정균 교수 연구팀이 개발한 염화물 도핑 전자수송층 기반 양자점 LED 기술 개념도.(사진=부산대학교 제공)

양자점(QD) 발광다이오드(LED)의 상용화를 가로막아 온 '포지티브 에이징(Positive Aging)' 현상을 해결할 수 있는 핵심 소재 기술이 부산대학교 연구진에 의해 개발됐다. 제조 직후부터 최대 효율을 구현하면서도 장기간 성능을 안정적으로 유지할 수 있어 차세대 디스플레이 제조 공정의 효율 향상에 기여할 것으로 기대된다.

부산대학교 전기공학과 노정균 교수 연구팀은 해양·디스플레이 분야 차세대 자발광 소자로 주목받는 양자점 LED의 성능 신뢰성을 높이는 전자수송층 소재 기술을 개발했다.

기존 양자점 LED는 제작 직후보다 며칠간 보관한 뒤 효율이 증가하는 '포지티브 에이징' 현상이 발생해 제품 성능 평가와 공정 관리에 어려움이 있었다. 제조 후 추가 보관 시간이 필요해 상용화 과정의 걸림돌로도 지적됐다.

연구팀은 이러한 원인이 마그네슘이 도핑된 산화아연(ZnMgO) 전자수송층의 산소 공공 결함에 있다는 점에 주목했다. 이에 염화마그네슘(MgCl₂)을 이용한 염화물 도핑 기술을 적용해 전자수송층 내부 결함을 제조 단계에서 안정화하는 데 성공했다.

실험 결과 염화물 도핑 전자수송층을 적용한 양자점 LED는 제조 직후 외부양자효율(EQE)이 14.70%를 기록해 일반 전자수송층 기반 소자(8.13%)보다 약 1.8배 높은 성능을 보였다. 이후 15일간 저장 과정에서도 효율 변화가 거의 나타나지 않아 제조 직후부터 최대 성능을 안정적으로 유지하는 것으로 확인됐다.

이번 기술은 양자점 LED의 성능 향상뿐 아니라 성능 평가 시간 단축, 공정 보정 부담 감소, 소자 간 균일도 향상, 제조 수율 개선 등 산업적 활용 가능성도 높였다는 평가를 받고 있다.

이번 연구에는 제1저자인 이재엽 박사과정생을 비롯해 노정균 교수와 정원교 교수(의공학과), 국립해양생물자원관, 한국식품연구원 연구진이 공동 참여했다.

연구 성과는 나노기술 분야 국제학술지 'Small' 7월호에 게재됐으며, 한국연구재단 글로컬 R&D 사업과 기초연구사업의 지원을 받아 수행됐다.

부산=김성욱 기자