고려대, 고색순도·고효율 OLED 구현…친환경 용매 이용

다층구조 소자 제작 기술 개발
화학공학 분야 국제학술지 게재

(왼쪽 위부터) 박수홍 박사, 권나연 박사, 고창우 박사, 조민주 연구교수, 박성남 교수, 최동훈 교수. (사진=고려대 제공) *재판매 및 DB 금지

[서울=뉴시스]이주영 인턴 기자 = 고려대 화학과 최동훈 교수와 박성남 교수가 최초로 붕소 기반의 발광 재료와 친환경 용매를 활용해 우수한 색 순도를 나타내는 고효율 용액공정 기반의 유기발광다이오드(OLED)를 개발했다고 10일 밝혔다. 신규 발광 소재와 친환경 공정의 혁신성을 인정받은 이번 연구는 지난달 31일 화학공학 분야 국제 저명 학술지 'Chemical Engineering Journal'에 온라인 게재됐다.

일반적으로 용액공정 기반 OLED에서 다층구조를 제작하는 것은 초기 박막이 후속 처리 단계에서 잠재적으로 손상될 수 있어 어려움을 겪는다. 기존 연구자들은 이를 해결하기 위해 박막에 대한 직교 용매 시스템을 적용하거나, 하부층 소재를 가교 처리하여 소자에 적용했다. 특별한 구조의 소재를 사용해야 하므로 각 층을 구성하는 소재의 다양성은 매우 제한적이었다.

용액공정에 사용되는 방향족 또는 할로겐화 용매는 건강에 해로우며 주변 환경에도 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 이로 인해 용액공정용 유기반도체를 실용화 과정에서 해결 과제였다.

최교수, 박교수 연구팀은 방향족 및 할로겐화 용매를 사용하지 않고 친환경 OLED 소자를 제작하기 위해 지방족 용매에 용해되는 거대분자 형태의 혁신적인 발광 재료를 개발했다. 새롭게 도입된 전하전달층 유기반도체 고분자 또한 지방족 유기용매에 용해된다. 이들을 이용한 OLED는 매우 좁은 전계 발광 스펙트럼을 나타내면서 높은 색 순도를 보였다.

친환경 용매를 사용한 유기발광다이오드(OLED) 소자 구조 및 실제 단면 사진. 소자의 외부양자효율, 발광파장 및 OLED 소자 구동 사진. (사진=고려대 제공) *재판매 및 DB 금지

연구 결과 각 층의 계면이 명확하게 관찰된 친환경 용액공정 OLED는 최대 외부 양자 효율(EQEmax)이 14.0%이고 대역폭이 30nm인 좁은 스펙트럼을 달성했다. 추가된 TADF 감응체의 사용으로 EQEmax가 15% 이상 향상되었으며 고휘도에서의 효율 저하도 크게 개선됐다.

최교수는 "용액공정을 통한 적층 소자 제작 기술은 진공 공정 소자 제작 기술에 비해 연구가 미비했지만, 진공 공정 소자 제작 기술과 함께 향후 필요한 주요 기술 중 하나로 간주될 것"이라며 "할로겐화 또는 방향족 용매를 사용하지 않는 친환경 적층 소자 제작 공정은 OLED뿐만 아니라 용액공정용 유기반도체를 사용해야 하는 '전자 및 광전자 소자 기술서 성능과 실용화를 고려한 효율적이고 유망한 전략이 될 것"이라고 말했다.

연구진은 환경 친화 공정을 통해 다양한 형태의 스마트 웨어러블 장치 개발에도 광범위하게 적용될 것으로 전망하며 관련 연구를 진행 중이다.

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