"OLED·QLED 발광효율 확 높인다" KAIST 신개념 디스플레이 소재 개발

- KAIST-ETRI 공동연구, 기존 유기상용 소재보다 32% 발광효율 ↑

OLED 디스플레이.[123RF]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 유기발광다이오드(OLED), 퀀텀닷 발광다이오드(QLED)의 발광효율을 크게 높일 수 있는 신개념 디스플레이 소재가 국내 연구진에 의해 개발됐다.

한국과학기술원(KAIST)은 신소재공학과 정연식 교수, 전덕영 명예교수, 한국전자통신연구원(ETRI) 권병화 박사 공동 연구팀이 차세대 디스플레이 소자에 적용 가능한 금속 산화물 복합 나노소재 개발에 성공했다고 19일 밝혔다.

연구팀은 특정 금속 산화물 나노입자가 다른 산화물 내부에서 나노미터(nm) 크기로 분산될 경우, 접촉면에서 전하가 교환되면서 전하 전달 복합체를 형성하는 새로운 현상을 발견했다. 연구팀은 이를 유기발광다이오드(OLED) 등 고부가가치 디스플레이에 적용해 기존 상용 유기 소재 기반의 소자 성능을 뛰어넘는 데 성공했다.

디스플레이 발광 셀 등 다층구조를 가지는 광전자소자에서 금속 산화물은 우수한 전기적 특성 및 안정성 덕분에 전하 수송 및 주입 층으로 널리 활용되고 있다. 하지만 OLED에서 퀀텀닷 발광다이오드(QLED), 페로브스카이트 발광다이오드(PeLED)로 이어지는 미래 디스플레이 산업에서 이러한 금속 산화물 소재를 더 유용하게 활용하기 위해서는 에너지 레벨 및 전기전도도와 같은 특성들이 더 넓은 범위에서 제어될 수 있어야 한다.

연구팀은 에너지 레벨 차이가 있는 두 금속 산화물 사이에서 일어나는 전하 전달 현상에 주목했다. 전하 전달 복합체는 마치 건포도 빵의 형태와 유사한 구조로 되어 있는데, 건포도(나노입자)를 더 넣게 되면 더 많은 당분(전하)이 빵(매트릭스)으로 이동해 빵 전체가 더 달콤해지는 원리로 비유될 수 있다.

건포도 빵 구조의 NiO:MoO3 전하 전달 복합체 및 소자 성능.[KAIST 제공]

이 새로운 개념을 산화 몰리브덴(MoO3) 나노입자와 산화니켈(NiO)의 조합으로 구현해 두 금속 산화물의 전하 전달 현상을 효과적으로 유도, 광범위한 에너지 레벨 조절 능력 및 최대 2.4배의 전기전도도 향상을 달성했다. 이를 녹색과 청색 OLED에 적용했고 기존 상용 유기 소재를 적용한 소자보다 32% 더 우수한 외부양자효율을 달성함으로 높은 범용성과 성능을 입증했다.

정연식 교수는 “이 기술은 핵심 소재의 성능 제어 방법을 혁신함으로써, 실감형 메타버스 구현에 꼭 필요한 최첨단 디스플레이 구현에 기여할 것ˮ이라고 말했다.

이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션스’ 1월 10일 온라인판에 게재됐다.

nbgkoo@heraldcorp.com