양자점 LED에 이온성 액체 넣어 RGB 구현…청색 소자 수명은 환산 244.5시간

중국 중산대와 화남이공대 연구진이 양자점에 이온성 액체를 섞고 전극 사이 층의 순서를 바꿔 적색·녹색·청색 LED를 구현했다. 2일 국제학술지 《네이처 커뮤니케이션스》에 공개한 논문에는 이 소자를 얹은 64×64 화소의 능동구동 시험 화면도 담겼다.

이온 이동으로 전하 주입 돕고 누설 줄여

양자점은 빛을 내는 나노미터 크기의 입자다. 연구진은 발광층에 이온성 액체를 첨가해 전하가 들어가고 이동하는 과정을 바꾸고, 절연성 PMMA 층을 더해 과도한 전자 누설을 억제했다고 설명했다. 기존 구조에서는 발광층을 만드는 용매가 아래쪽 유기층을 손상할 수 있어 층의 적층 순서도 뒤집었다.

논문에 따르면 최대 외부양자효율은 적색 24.2%, 녹색 20.3%, 청색 13.5%였다. 외부양자효율은 주입한 전하에 견줘 소자 밖으로 나온 빛의 비율을 나타낸다. 수치가 색마다 다른 만큼 세 소자가 같은 수준의 성능에 도달한 것은 아니다.

청색 244.5시간은 실제 연속 운전 시간이 아니다

연구진이 제시한 청색 소자의 ‘T95 244.5시간’은 초기 휘도 ㎡당 1000칸델라를 기준으로 환산한 값이다. T95는 처음 밝기의 95%까지 떨어지는 시간을 뜻한다. 논문에 실린 실제 시험에서는 초기 휘도 ㎡당 3300칸델라에서 약 25.3시간을 측정한 뒤 밝기와 수명의 관계를 적용해 기준 휘도로 환산했다. 적색의 1만3100시간도 초기 휘도 ㎡당 3만3000칸델라에서 21.9시간을 측정해 환산했다.

연구진은 화소마다 박막트랜지스터 두 개와 LED 하나를 배치한 64×64 시험 화면으로 각 색의 동작을 보였다. 청색 화면을 132시간 넘게 켜둔 관찰과 단일 소자의 T95 수명 계산은 서로 다른 시험이다. 소비자용 디스플레이의 장기 수명이나 대면적 생산 수율은 이번 결과로 확인되지 않았다.

2025년 《네이처 리뷰 전기공학》의 독립적 검토 논문도 전기로 직접 빛을 내는 양자점 디스플레이에서 청색 소자의 안정성과 양산 기술을 과제로 꼽았다. 이번 연구에 쓰인 양자점은 카드뮴계이며, 저자 세 명은 해당 LED 기술의 특허를 출원했다고 밝혔다. 성능을 다른 소재나 상용 공정에 곧장 적용할 수 없는 이유다.

원문: https://www.nature.com/articles/s41467-026-79228-8 배경 검토: https://www.nature.com/articles/s44287-025-00158-6 대표 이미지: AI 생성 이미지 / 데이마크