유기발광다이오드(OLED)보다 발광 효율이 높은 수직구조 유기발광트랜지스터(OLET)에 대한 연구가 활발하다. 세계 디스플레이 시장 판도를 바꾼 OLED 뒤를 잇는 차세대 디스플레이 기술로 성장할 가능성에 거는 기대가 커졌다.
이신두 서울대 전기·정보공학부 교수 연구진은 수직구조 OLET(Vertical Organic Light-emitting Transistor)의 전류 점멸비와 스위칭 성능을 크게 향상시킨 새로운 수직구조 OLET를 개발했다.
OLET는 OLED 발광 기능과 트랜지스터의 스위칭 기능을 합친 새로운 소자다.
OLED는 양극과 음극 사이에 유기물을 증착해 여러 층의 필름을 형성시켜 만든 다이오드 소자다. 전압을 가하면 전극을 거쳐 전류가 흘러 빛을 내는 구조다. 유기물 분자를 바닥 상태(ground state)에서 여기 상태(excited state)로 만들었다가 다시 바닥 상태로 되돌아올 때 발생하는 에너지를 빛으로 전환하는 원리다.
OLET는 스위칭 기능을 하는 트랜지스터와 OLED 특유의 발광 기능을 하나로 결합한 것이다. 이론적으로 OLED 발광 기능과 트랜지스터 기능을 각각 최적화해 구현할 수 있지만 쉽지 않다.
이신두 교수 연구진은 이를 하나로 결합해 최적화하는 시도를 했다. 기존 두 가지 소자를 하나의 소자에서 최적화해 구현하기 위한 연구가 국내외에서 활발하다. 기술 난도가 상당히 높지만 최적 결과물을 도출할 경우 혁신적 상용기술이 될 수 있다.
OLET는 OLED보다 발광효율과 개구율이 높다. 디스플레이를 구동하는 트랜지스터가 발광소재를 직접 작동시키므로 트랜지스터 수를 절반으로 줄일 수 있고 패널 구조와 공정도 단순해진다.
그동안 OLET는 발광소재와 전극을 나란히 배열한 선 발광만 가능했다. 이신두 교수팀은 전극이 보이지 않도록 배열 구조를 바꾼 수직구조 트랜지스터를 개발해 면 발광을 구현했다.
이번 연구에서는 기존 수직구조 OLET의 단점을 개선했다. 채널 길이가 짧은 구조적 한계 때문에 전류점멸비가 낮아져 전류가 흐르는 양이 적어지는 문제를 해결했다. 스위칭 성능도 향상시켰다.
이신두 교수는 “미래기술을 선점하고 중국의 추격을 벗어나는 차세대 디스플레이 기술 개발이 필수”라며 “이번 연구로 우수한 성능을 가진 수직구조 OLET를 개발해 LCD와 OLED를 넘어설 수 있는 차세대 디스플레이 기술을 선점하고 세계시장 경쟁력을 높이겠다”고 말했다.
이번 연구는 서울대 이신두 전기·정보공학부 교수와 이규정 박사과정이 주도하고 이창희 교수와 공동 진행했다. 미래창조과학부와 한국연구재단의 중견연구자지원사업(도약연구:전략) 지원을 받았다. 응용과학 분야의 세계적 학술지 응용물리학저널(Journal of Applied Physics) 1월 12일자 온라인 판에 논문이 게재됐다. 관련 기술은 국내외 특허로 출원했다.
배옥진 디스플레이 전문기자 withok@etnews.com
