세계 최고 효율 진청색 OLED 소자 개발

카이스트-경상국립대 연구팀

국내 연구진이 세계 최고 수준의 높은 효율을 갖는 진청색 유기발광다이오드(OLED)를 개발했다.

고효율 진청색 OLED 소자구현을 위한 발광분자 디자인 개념도 및 소자동작 예. 그림출처=카이스트 제공

한국과학기술원(KAIST·카이스트)은 유승협 전기및전자공학부 교수 연구팀이 김윤희 경상국립대 화학과 교수 연구팀과의 협력을 통해 이같은 성과를 얻었다고 3일 밝혔다.

OLED는 첨단디스플레이 기술로 활용되고 있는 발광소자로, 화질이 선명하고, 두께가 얇으며, 폴더블이나 롤러블 디스플레이 등에 핵심인 유연한 소자의 제작이 가능한 점 등 여러 고유한 장점을 갖고 있다. 이들 응용에서는 빛의 삼원색을 이루는 적·녹·청 광원의 충분한 효율과 수명을 확보하고 동시에 높은 색 순도의 삼원색을 확보하는 것이 매우 중요한데, 청색 OLED 소자에서 이 세 요건을 동시에 확보하는 기술은 대표적인 난제로 여겨지고 있다.

이번 연구 결과는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스(Science Advances)’에 지난달 31일 온라인 게재됐다.

연구팀은 진청색 OLED 소자 구현을 위해 최근 각광 받는 차세대 발광체인 붕소계 지연형광 재료의 설계에 주목했다. 해당 재료는 뛰어난 색 순도 구현의 장점을 갖고 있으나 평평한 분자구조로 인해 분자 간 강한 상호작용이 생겨 낮은 농도에서만 진청색이 가능한 한계가 있다. OLED 소자의 충분한 효율 확보를 위해 발광 분자의 농도를 높이면 발광체 자체가 가진 색 순도 장점을 충분히 살리지 못하는 어려운 문제가 있다.

연구팀은 합성이 매우 까다로운 것으로 알려진 기존의 붕소계 재료에 비해 합성 과정을 단순화하면서도 낮은 수율을 개선했다. 분자 동역학 관점에서 분자 간 상호작용을 억제할 수 있는 분자구조를 성공적으로 규명했다. 이를 분자 설계를 통해 구현함으로써 색 순도와 효율이 저하되는 난제를 해결했다. 연구팀은 특히 종합적이고 분석적인 방법론을 정립, 최대 효율을 이끌어 낼 수 있는 구조를 이론적으로 예측했다. 설계한 고효율 유기 발광 소재를 이용한 소자 구조에 접목해 35% 이상의 최대 외부 양자효율을 가진 진청색 OLED 구현에 성공했다. 이는 해당 파장에서의 진청색 OLED 단위 소자의 효율 중 세계 최고 수준의 결과다.

유 교수는 "고효율의 진청색 OLED 기술의 확보는 OLED 디스플레이를 궁극의 기술로 완성하는데 필수적인 과제 중 하나"라며 "이번 연구는 난제 해결에 있어 소재-소자 그룹 간의 체계적인 융합 연구와 협업의 중요성을 잘 보여주는 사례"라고 말했다.

김봉수 기자 bskim@asiae.co.kr