경상국립대학교는 김윤희 화학과 교수가 권장혁 경희대학교 교수 연구팀과 공동 연구로 안정성을 높인 고성능 청색 유기발광소자(OLED)를 구현하는 데 성공했다고 9일 밝혔다.
OLED는 스스로 빛을 내는 자발광 소재를 기반으로 자연에 가까운 색감은 물론이고 검정색의 경우 빛을 끄면 되기 때문에 기존 백라이트 기반 디스플레이보다 월등한 표현력을 내는 점이 특징이다.
문제는 현재 적색과 녹색 소자에는 발광 효율이 높은 인광 도펀트(phosphorescent dopant)가 사용되는데 청색 소자의 경우 인광 소재 안정성이 낮아 여전히 1세대 발광 소재인 형광 소재가 사용되고 있다는 점이다. 청색 소재의 이러한 안정성 문제는 장시간 사용 시 번인(열화) 현상 등 OLED 디스플레이의 고질적인 한계로 지목된다.
연구팀은 인광 도펀트 소재의 열화 과정을 억제하는 구조적 설계를 통해 장수명 진청색 발광 소재 기술의 새로운 대안을 선보였다. 발광에 직접적으로 기여하는 인광 도펀트의 특정 위치에 치환기를 도입할 때 나타나는 광학적 현상들을 다양한 방법으로 분석해 인광 도펀트 재료의 열화 현상에 직접적으로 기여하는 에너지 준위의 형성을 효과적으로 억제할 수 있음을 규명했다.
이번 연구는 인광 도펀트 소재가 백금과 같이 무거운 금속에 결합하는 형태를 취하고 있다는 점에서 출발해 특정 위치에 도입된 치환기 유무에 따라 발광 소재의 안정성이 크게 개선될 수 있다는 결론에 도달했다. 이를 통해 청색 발광 소자의 안정성 문제를 극복하고 고효율에 수명이 길고 높은 색순도 특성을 동시에 제공하는 소재 설계 기술을 제시했다.
김윤희 교수는 “청색 OLED 기술의 장수명 특성 확보는 OLED 디스플레이 기술을 완성하는 데 필수적인 과제 중 하나”라면서 “이번 연구는 난제 해결에 있어 소재-소자 그룹 간의 체계적인 융합 연구와 협업의 중요성을 잘 보여주는 사례”라고 설명했다.
한편 이번 연구는 산업통상자원부의 디스플레이 혁신공정 플랫폼 구축 사업, 한국연구 재단의 램프사업, 경상국립대-삼성디스플레이 OLED 연구센터의 지원을 받아 수행했다. 논문은 세계적으로 저명한 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈' 4월 6일자에 게재됐다.
노동균 기자 defrost@etnews.com
