디스플레이 밝기와 수명을 기존의 2배 이상 늘리는 기술이 부산대-서울대 공동연구팀에 의해 개발됐다. 특히 이번 연구로 인해 성능 향상 뿐 아니라 공정비용도 절감될 수 있어 업계의 기대가 모인다. 

부산대학교는 전기공학과 노정균 교수와 서울대 반도체공동연구소 이승현 박사가 공동연구를 통해 양자 막대(quantum rod·QR) 정렬을 통한 고효율 편광 LED 개발에 성공했다고 지난 24일 밝혔다. 

나노미터 수준의 반도체 소재인 양자 막대를 정렬해 고효율 편광 LED 개발에 성공한 것으로, 편광판 제거로 인한 공정비용을 절감할 수 있다는 게 연구팀 설명이다. 

‘양자 막대’란 수 나노미터의 지름과 수십 나노미터의 길이를 가지는 반도체 소재다. 이 소재는 선편광된 빛을 낼 수 있다는 장점이 있어 차세대 디스플레이 소재로 주목받아 왔다. 

기존 상용화된 LCD와 OLED 디스플레이의 경우 무편광 빛을 광원으로 사용하는데, 디스플레이 패널에서 필수적으로 사용되는 편광판으로 인해 전체적인 효율이 절반 이하로 감소하고 수명이 줄어드는 문제가 있다. 

파동성을 가진 빛이 특정 방향으로만 진동하며 진행하면 편광(偏光)된다고 말할 수 있는데, ‘편광판’은 특정 방향으로만 진동하는 빛만을 통과시켜 광 필터 역할을 하며, 무편광인 일반적 빛을 편광된 빛으로 만들 때 사용된다. LCD 디스플레이는 두 장, OLED에도 시인성 개선을 위한 한 장의 편광판이 사용되고 있다. 

그러나 편광판을 거치면 빛의 50% 이상이 손실되고, 전체 효율이 절반 이하로 감소하게 돼 디스플레이 밝기를 2배로 늘려야 한다. 이 부분에서 디스플레이 수명은 줄고 소비 전력은 커지는 문제가 있다. 

이런 문제점을 선평관 LED를 디스플레이 광원으로 사용해 해결할 수 있다. 편광판에 의해 감소되는 빛이 없어 디스플레이를 밝게 켜는 과정을 거치지 않아 수명은 늘고 소비 전력은 낮출 수 있게 된다. 또한 편광판을 사용하지 않으면서 공정비용 절감도 기대할 수 있는 것이다. 

앞서 이런 선편광된 빛을 내는 양자 막대 기반 편광 LED 개발의 시도는 있었지만 낮은 종횡비로 양자 막대 정렬에는 어려움이 있었다. 현재까지 보고된 양자 막대 기반 편광 LED는 0.5% 정도 낮은 효율에 불과해 상용화에 어려움을 겪고 있다. 

부산대-서울대 연구진은 이런 문제를 ‘랭뮤어-블롯젯(Langmuir-Blodgett·LB)’ 기술을 도입해 양자 막대를 고밀도로 정렬하면서 해결했고, 이렇게 양자 막대 LED를 제작했다. 이 양자 막대 LED는 기존 발표된 양자 막대 기반 편광 LED 최고 성능 0.5% 대비 20배 이상인 10.3% 효율을 가진 고효율 편광 LED 제작에 성공한 것이다. 

연구를 이끈 부산대 전기공학과 노정균 교수는 “이번 연구로 정체되어 있던 양자 막대 기반의 선편광 광원 개발에 탄력이 붙을 것”이라며 “고효율 선편광 광원은 기존 디스플레이 밝기 및 수명을 2배 이상 늘리고 공정비용을 낮출 수 있는 획기적 기술로 향후 우리나라가 디스플레이 최대 강국의 위치를 지켜나갈 원천기술이 될 것으로 기대된다”고 밝혔다.  

김지혜 기자 wisdom@busaneconomy.com