[더테크=조명의 기자] 유기발광다이오드(OLED)는 스마트폰, 태블릿과 같은 모바일 기기는 물론 프리미엄 TV나 모니터 등의 첨단디스플레이 기술로 활용되고 있다. 화질이 선명하고, 두께가 얇으며, 폴더블이나 롤러블 디스플레이 등에 핵심인 유연한 소자의 제작이 가능한 점 등 여러 장점을 갖고 있다. 

OLED 응용에서는 빛의 삼원색인 적·녹·청 광원의 충분한 효율과 수명을 확보하고 동시에 높은 순도를 확보하는 것이 중요한 데, 청색 OLED 소자에서 이 세 요건을 동시에 확보하는 기술은 대표적인 난제로 여겨져 왔다. 

한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 유승협 교수 연구팀이 경상국립대 화학과 김윤희 교수 연구팀과 함께 세계 최고 수준의 높은 효율을 갖는 진청색 OLED 소자 구현에 성공했다고 3일 밝혔다. 

연구팀은 고효율 진청색 OLED 소자 구현에 초점을 맞춰, 양자점 디스플레이 수준의 뛰어난 색 순도 구현이 가능한 차세대 발광체인 다중 공명 효과 기반 열 활성화 지연 형광체의 설계에 주목했다. 

해당 효과를 이용한 붕소계 재료는 뛰어난 색 순도 구현의 장점이 있으나, 평평한 분자구조로 인해 분자간 강한 상호작용이 생겨 낮은 농도에서만 진청색이 가능하다는 한계가 있었다. OLED 소자의 충분한 효율 확보를 위해 발광분자 농도를 높이면 발광체 자체가 가진 색 순도를 충분히 살리지 못하는 어려움이 있었다.

연구팀은 기존의 붕소계 재료에 비해 합성 과정을 단순화하면서 이성질체 합성을 최소화해 낮은 수율을 개선했을 뿐만 아니라, 분자 동역학 관점에서 분자 간 상호작용을 억제할 수 있는 분자구조를 성공적으로 규명하고, 이를 분자 설계를 통해 구현함으로써 색 순도와 효율이 저하되는 난제를 해결했다. 

연구팀은 기존 연구와 달리 종합적이고 분석적인 방법론을 정립, 최대 효율을 이끌어낼 수 있는 구조를 이론적으로 예측했으며, 설계한 고효율 유기 발광 소재를 이용한 소자 구조에 접목해 35% 이상의 최대 외부 양자효율을 가진 진청색 OLED 구현에 성공했다. 이는 해당 파장에서의 진청색 OLED 단위 소자의 효율 중 세계 최고 수준의 결과다. 

유승협 교수는 “고효율의 진청색 OLED 기술의 확보는 OLED 디스플레이를 궁극의 기술로 완성하는데 필수적인 과제 중 하나”라며 “이번 연구는 난제 해결에 있어 소재-소자 그룹 간의 체계적인 융합 연구와 협업의 중요성을 잘 보여주는 사례”라고 말했다. 

이번 연구는 국제 학술지 ‘사이언스 어드밴시스’ 지난 5월 31일 자 온라인판에 게재됐다.