이엠앤아이가 퀀텀닷(QD) 발광소자의 핵심 구성 요소인 전자수송층(ETL) 소재 개발에 성공했다고 18일 밝혔다. 새로 개발한 소재는 코어쉘(core-shell) 구조를 적용한 산화아연바륨(ZnBaO) 나노입자로, 기존 소재에서 나타났던 결함 발광과 분산 안정성 저하 문제를 동시에 개선한 것이 특징이라고 설명했다.

QD 디스플레이에서 전자수송층은 발광층으로 전자를 전달하는 역할을 한다. 해당 층의 균일성과 안정성이 확보되지 않으면 소자 수율이 낮아질 수 있어, 업계에서는 ETL 소재의 품질을 양산 가능성을 가늠하는 지표로 보고 있다.

이번에 개발한 소재는 입자 크기를 10나노미터 이하로 줄였다. 이는 슬롯다이와 잉크젯프린팅 등 대면적 코팅 공정에서 노즐 막힘을 줄이는 데 영향을 미치는 요소로, 대형 디스플레이 양산 공정 적용 가능성을 고려한 설계라는 설명이다. 또한 건조 이후 형성되는 박막의 균일성과 평탄도 개선도 기대된다고 밝혔다.

기존 산화아연바륨 소재는 전자 주입 장벽이 낮아 효율 향상 가능성이 제기됐으나, 표면 결함에서 발생하는 원치 않는 발광과 이에 따른 수명 저하가 상용화 과정의 과제로 지적돼 왔다. 회사는 코어쉘 구조를 균일하게 구현해 표면 결함을 억제하고 전하 트랩을 최소화함으로써 해당 문제를 개선했다고 밝혔다. 이를 통해 전류 효율 향상과 구동 전압 저감, 소자 수명 개선을 기대하고 있다고 전했다.

회사 측은 QD 전계발광(EL) 디스플레이에서 ETL의 안정성과 균일성이 수율과 직결되는 요소라고 설명했다. 이번 소재가 대면적 양산 공정과 고효율 QD 소자 요구를 동시에 충족하는 방안이 되기를 기대한다고 밝혔다. 다만 디스플레이 성능은 단일 소재가 아니라 인접 층과의 조화도 중요한 만큼 상용화를 위해 추가 평가에 적극 참여하겠다고 덧붙였다.

이엠앤아이는 ZnBaO 잉크에 대해 글로벌 디스플레이 업체와 공동 평가를 진행할 계획이다. 앞으로는 바륨(Ba) 외 유사한 입자 크기의 다른 도판트를 적용해 전하 이동도를 높이고, 도판트 농도 조절을 통해 전하 주입 효율과 디스플레이 수명을 추가 개선한다는 방침이다. 또한 이번 코어쉘 구조 설계 기술을 다른 QD 소재 개발에도 활용할 수 있다고 밝혔다.