우리 연구진이 세계 최고 수준의 고효율 진청색 유기발광다이오드(OLED) 소자 구현에 성공했다.
한국과학기술원(KAIST·총장 이광형)은 유승협 전기 및 전자공학부 교수팀이 김윤희 경상국립대(총장 권순기) 화학과 교수팀과 이 같은 성과를 냈다고 3일 밝혔다.
OLED는 화질이 선명하고, 두께가 얇으며, 폴더블이나 롤러블 디스플레이 등에 유연 소자 제작이 가능하다. 빛의 삼원색을 이루는 적·녹·청 광원의 충분한 효율과 수명을 확보하고 색 순도가 높은 삼원색을 확보하는 것이 중요한데, 청색 OLED 소자에서 이들 요건을 동시 확보하는 기술이 대표적인 난제다.
연구팀은 진청색 OLED 소자 구현을 위해 차세대 발광체인 붕소계 지연형광 재료 설계에 주목했다. 이 재료는 뛰어난 색 순도 구현이 가능하나, 분자구조가 평평해 분자 간 강한 상호작용이 생긴다. 낮은 농도에서만 진청색이 가능했다.
연구팀은 합성 과정을 단순화하면서 낮은 수율을 개선했을뿐 아니라 분자 간 상호작용을 억제할 수 있는 분자구조를 성공적으로 규명했다. 이를 분자 설계로 구현해 색 순도 효율 저하 난제를 해결했다.
시행착오를 반복하며 경험에 의존했던 기존과 달리, 종합적이고 분석적인 방법론을 정립해 최대 효율을 이끌어 내는 구조를 이론적으로 예측했다. 또 실제 35% 이상 최대 외부 양자효율을 가진 진청색 OLED 구현에 성공했다. 해당 파장에서 진청색 OLED 단위 소자 효율 중 세계 최고 수준이다.
유승협 교수는 “고효율의 진청색 OLED 기술 확보는 OLED 디스플레이를 궁극의 기술로 완성하는 데 필수적인 과제 중 하나”라며 “이는 난제 해결에 있어 소재-소자 그룹 간 체계적인 융합 연구와 협업 중요성을 잘 보여주는 사례”라고 말했다.
유 교수팀의 김형석 박사(현 규슈대 연수연구원), 청형진 경상국립대 박사(현 임페리얼칼리지런던 연수연구원), 이동균 박사과정(유 교수팀)이 공동 제1저자로 수행한 이번 연구는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스' 5월 31일자 온라인판에 게재됐다.
이번 연구는 산업통상자원부 디스플레이 혁신공정 플랫폼 구축사업, 과기정통부 미래소재디스커버리 사업, 중견연구자사업, 삼성미래기술육성사업 지원을 받아 수행됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
