경희대학교는 김태경 화학공학과 교수 연구팀이 차세대 디스플레이 핵심 과제인 청색 인광 OLED의 수명 저하 원인을 규명하고, 이를 진단·예측할 수 있는 통합 분석 프레임워크를 제안했다고 22일 밝혔다.
연구 결과는 소재 분야 세계적 권위지 'Advanced Functional Materials(IF=19.9)'에 온라인 게재됐다.
OLED 디스플레이는 적색(R)·녹색(G)·청색(B) 세 가지 색으로 화면을 구성한다. 적색과 녹색은 이미 고효율·장수명 상용화 기술이 성숙했으나, 청색 인광 OLED는 짧은 수명으로 인해 상용화의 마지막 걸림돌로 남아 있었다. 소자마다 수명 차이가 뚜렷이 존재했음에도 소재 특성과 실제 소자 성능 사이의 차이를 설명할 분석 방법론이 부재한 상황이었다.
김태경 교수 연구팀은 이 차이를 메우기 위해 두 가지 첨단 분석 기법을 결합했다. 먼저 시간 분해 광전도(TrPL) 분석과 상미분방정식 모델을 결합해 호스트 물질 내에서 엑시톤이 소멸하지 않고 다시 빛으로 전환되는 '엑시톤 재활용률(ERR, Exciton Recycling Rate)'을 정량 평가했다.
여기에 실제 전기를 흘린 소자에 자기장을 걸어 구동 중 엑시톤 거동을 관찰하는 자기-전기발광(MEL) 분석을 추가했다. 전하와 엑시톤이 부딪혀 손실되는 폴라론 상호작용(TPQ) 등 분자 수준의 열화 메커니즘을 가시적으로 구분하는 방법론을 제시했다.
연구 결과, 호스트 소재 자체의 엑시톤 재활용 능력이 엑시플렉스(Exciplex) 상태보다 우수할 때 엑시톤이 축적되지 않고 효율적으로 소비돼 소자 수명이 늘어난다는 인과관계가 입증됐다.
김 교수는 “소자마다 성능 차이가 있다는 것은 알았지만, 왜 그런지 들여다볼 현미경이 없었다. 이 연구는 그 현미경을 만드는 작업이었다”고 설명했다.
기존에는 소자를 장시간 구동해야 수명을 확인할 수 있었지만, 이번 프레임워크를 활용하면 소재 단계에서 미리 수명 특성을 진단하고 우수 소재를 선별하는 사전 스크리닝이 가능해진다.
이번 연구는 산업통상자원부의 '소재 부품 기술 개발' 사업과 'OLED 한계돌파형 상용화 제품을 위한 기술 개발 사업'의 후원을 받아 진행됐다.
권미현 기자 mhkwon@etnews.com
