서울대 연구팀, OLED보다 선명한 ‘양자점 LED’ 개발

차세대 총천연색 디스플레이 소재… 유해 중금속 낮춰 상용화 앞당겨

서울대 공동연구팀이 이번에 개발한 차세대 친환경 양자점 LED. 유독성 중금속인 카드뮴을 이용하지 않는 친환경 방식으로 효율이 높은 LED를 만들어 냈다. 서울대 제공

국내 연구진이 차세대 총천연색 디스플레이를 만들 수 있는 친환경 양자점 고효율 발광다이오드(LED)를 개발했다.

서울대 화학생물공학부 차국헌 교수와 전기정보공학부 이창희 교수, 화학부 이성훈 교수 공동연구팀은 친환경 양자점 LED를 세계 최초로 만들어 냈다고 17일 밝혔다.

양자점은 입자가 작을수록 파장이 짧은 빛을, 입자가 클수록 파장이 긴 빛을 발생시키는 특성을 지닌 나노 소자다. 입자의 크기를 조절해 원하는 파장의 빛을 낼 수 있기 때문에 더욱 선명한 영상을 구현하는 디스플레이를 만들 수 있다. 더군다나 유기발광다이오드(OLED)에 비해 적은 비용으로도 큰 면적의 디스플레이를 만들 수 있다는 장점이 있어서 주목받고 있다. 문제는 전 세계적으로 사용이 엄격히 제한되고 있는 유해 중금속인 카드뮴을 이용하기 때문에 상용화가 쉽지 않다는 것이다.

이번에 개발된 양자점 LED는 핵심 소재인 콜로이드 양자점 내부에 전자와 홀을 직접 주입한 뒤 결합시켜 빛을 만들어 내는 방식을 이용했다.

연구팀은 먼저 1.1nm(나노미터·1nm는 10억 분의 1m) 크기의 인화인듐 핵에 아연, 셀레늄, 황의 합금으로 이뤄진 1.7nm의 껍질을 둘러쌌다. 여기에 전자와 홀을 주입해 인화인듐 기반의 친환경 양자점을 합성하고 이를 최적화된 LED 구조로 만든 것이다.

차 교수는 “양자점의 뛰어난 광학적 특성에도 불구하고 환경 문제로 양자점 LED의 상업화에 어려움이 있었던 것이 사실”이라며 “이번 연구를 통해 양자점 LED 기반의 차세대 총천연색 디스플레이, 고효율 조명 또는 레이저 등을 상용화할 수 있는 길을 열었다”고 설명했다.

이번 연구 결과는 미국화학학회에서 발행하는 나노 분야 권위지 ‘ACS 나노’에 지난달 실렸다.

김민수 동아사이언스 기자 minsa@donga.com