"OLED 효율성 개선, 편광에서 찾는다"

유기발광다이오드(OLED) 효율성을 높이기 위해 액정표시장치(LCD)처럼 재료 배열을 조정해 빛 방향을 설정하는 연구가 등장해 눈길을 끈다. 편광판 때문에 광효율이 감소하는 현상을 개선해 기존 OLED 구조보다 광효율이 60% 높아졌다.

한양대 김재훈·유창재 교수 연구팀은 OLED에서 높은 원형 편광성을 갖는 빛을 생성하는 방법에 대한 연구 논문을 최근 발표했다. 국제 학술지 '어드밴스드 머티리얼즈' 인터넷판에 게재됐다.

지금까지 OLED 광효율을 개선하는 연구는 빛의 세기를 높이는 고효율 재료 개발 등이 중심이었다. 김재훈·유창재 교수 연구팀은 OLED에 원형 편광판을 사용하는 점에 착안해 편광판을 사용해도 빛이 감소하지 않는 새로운 OLED 구조를 제안했다.

자연광은 모든 방향으로 진동하는 성질이 있다. 진동면이 한 쪽에 치우친 상태의 빛 파장을 편광이라고 한다.

LCD에는 광원인 백라이트에서 나온 빛을 편광필름으로 가린 뒤 액정 각도를 조정해 원하는 부분만 빛이 통과하도록 선형 편광판 2장을 사용한다. OLED는 반드시 편광판이 필요하지 않은 구조이지만 빛 반사를 막아 야외 시인성을 높이기 위해 원형 편광판 1장을 적용한다. 하지만 빛이 원형 편광판을 통과할 때 밝기가 약 50% 감소해 이를 개선하기 위한 다양한 연구가 시도되고 있다.

연구팀은 소량의 카이럴 분자를 고분자 OLED 발광층에 첨가해 편광성이 높은 빛을 생성하도록 고안했다. 카이럴 분자는 액정 분자를 꼬아서 정렬되도록 하는 물질이다.

액정성을 갖는 OLED 재료는 높은 선형 편광성을 갖는 빛을 생성한다. 이 선형 편광된 빛이 카이럴 분자에 의해 비틀린 비등방성 고분자 층을 통과하면 선형 편광된 빛이 타원 편광으로 변하게 된다.

한양대 김재훈 유창재 교수 연구팀이 발표한 새로운 OLED 구조 (자료=한양대 김재훈 유창재 교수 연구팀)

일반적으로 높은 g-팩터(g-factor, 원형 편광의 비대칭성 정도를 정량화한 값) 값을 갖는 OLED 구조에서 높은 광효율을 구현할 수 있다. 원형 편광성이 없는 0에서 완전한 단일 원형 편광성을 갖는 2까지가 g-팩터 값이다.

연구팀은 이번 실험 결과 가장 높은 g-팩터 값으로 1.13을 달성했다고 설명했다. 이는 기존 OLED 구조보다 광효율을 60% 높인 것이다. 이론적으로는 광효율을 100%까지 끌어올릴 수 있다.

김재훈 교수는 “이번 연구는 고분자 OLED 재료가 대상이지만 저분자 재료도 연구하고 있다”면서 “저분자에도 충분히 적용할 수 있다고 본다”고 설명했다.

또 “편광을 이용해 OLED 발광 효율을 높이는 새로운 방식의 기초 기술 연구라는데 의미가 있다”며 “실제 상용화에 이르려면 공정, 재료 등 여러 분야의 추가 연구가 필요하다”고 덧붙였다.

이번 연구는 '미래 디스플레이 핵심기술개발' 사업 지원을 받아 수행됐다. 산업부와 기업(LG디스플레이, 삼성디스플레이)이 연구비를 공동 출연했다.

배옥진 디스플레이 전문기자 withok@etnews.com