배터리 소모량을 절반으로 줄일 수 있는 고효율 유기발광다이오드(OLED) 개발 기술이 상용화됐다. OLED 소자 구조를 최적화, 발광 효율을 갑절로 키워서 전력 소모를 약 50% 줄이는 기술이다. 배터리 수명도 1.5배에서 최대 3배까지 늘어날 수 있다. 전력 소모가 줄면 OLED 소재 수명이 늘어날 수 있어 이번 시스템이 세계 시장에 어떤 영향을 미칠 지 주목된다.
김장주 서울대 교수 연구팀과 서울대기술지주회사 자회사 코코링크(대표 이동학)는 OLED 소자 구조 개발 기간을 수개월에서 2주 안팎으로 줄일 수 있는 OLED 소자 시뮬레이션 프로그램과 분석기 `룩솔 OLED(Luxol-OLED)`를 개발했다고 3일 발표했다. 코코링크는 슈퍼컴퓨팅 기술을 독자 개발한 경험을 바탕으로 룩솔 OLED 제품화를 주도했다.
OLED는 전자주입·수송층과 정공주입·수송층 굴절률에 따라 기판 밖으로 빠져나가는 빛의 양이 달라진다. OLED를 구성하는 레이어가 수개 층에서 현재 수십개 층까지 형성된 것을 감안하면 각 레이어의 두께와 굴절 각도를 고려, 발광 효율을 최적화해 설계하는 것이 중요하다.
업계에서 알려진 최대 OLED 발광 효율은 25% 수준이다. 삼성디스플레이가 스마트폰용 OLED 패널에 구현한 발광 효율은 이보다 높은 것으로 예측된다. 그러나 자세한 수치는 알려지지 않았다.
김장주 교수 연구팀과 코코링크는 OLED 소자 시뮬레이션·분석 시스템을 사용하면 최적의 발광 구조를 쉽고 빠르게 찾아낼 수 있어 최대 45% 수준 발광 효율을 구현할 수 있다고 설명했다.
대체로 OLED 소자 기업은 발광물질을 검증한 뒤 개발, 제품화 단계를 거친다. 물질 검증은 샘플을 제작, 분석한 뒤 가상으로 소자 구조를 만들어 보는 시뮬레이션 과정을 수행하는데 보통 수개월이 걸린다. 소자 구조를 최적화하기 위해 1억개 이상 방대한 가능성을 검증해야 하기 때문에 전체 개발은 몇 년이 걸린다.
시뮬레이션·분석 시스템을 이용하면 수개월이 필요한 물질 검증 단계를 약 2주 안에 마칠 수 있다. 이동학 코코링크 대표는 “이상형의 소자 구조를 추출할 수 있는 설계 알고리즘을 개발했다”면서 “기판과 수십 층의 레이어 두께, 굴절률을 조합하면 어느 정도 효율을 얻을 수 있다는 것을 불과 몇 분 만에 계산할 수 있다”고 설명했다.
빛이 여러 방향으로 굴절하는 복굴절까지 시뮬레이션할 수 있어 실제 개발 환경과 오차가 거의 없는 데이터를 얻을 수 있다.
이 대표는 “미세한 복굴절까지 계산하려면 복소수연산 기능을 지원해야 하는데 기존의 상용화된 시뮬레이터는 복소수연산을 지원하지 않아 데이터 정확도가 떨어지기 때문에 실제 개발과 차이가 발생했다”면서 “코코링크는 그래픽처리장치(GPU)를 기반에 두고 모든 산술 연산을 복소수연산으로 처리, 복굴절에 따른 최적의 시료 개발을 지원한다”고 부연했다.
OLED 소자 연구개발(R&D)에 드는 시간이 수개월에서 2주로 줄면 개발 시간과 비용을 줄일 수 있다. 김 교수는 “R&D 속도가 빨라지면 효율 높은 소자 개발에 속도를 낼 수 있고, 특허 대응 등도 빨라질 수 있다”면서 “경쟁사가 시장에 진입하지 못하게 하는 효과도 기대할 수 있다”고 말했다.
이번 시스템은 국내 한 기업이 도입, 사용되고 있다. 기존 소자를 재분석해 실제 데이터와 시스템상 데이터를 비교하고 더 나은 발광 효율 구조를 찾는 과정이다.
김 교수는 “OLED 발광 효율을 높이려는 기업들의 연구가 매우 치열하다”면서 “발광 효율을 개선하면 고질병으로 제기되는 OLED 수명 문제도 자연스럽게 해결할 수 있어 시장에 새로운 기회가 될 것”이라고 기대했다.
배옥진 디스플레이 전문기자 withok@etnews.com
