기존 청색 인광 연구보다 수명·효율·색순도 개선

홍익대 정보디스플레이공학과 협동과정·나노신소재공학과 김태경 교수 연구팀이 참여한 청색 OLED 인광 소자 연구 결과를 세계적 학술지에 발표했다.

청색 유기발광다이오드(OLED) 스타트업 로오딘과 가천대, 단국대 교수진과 함께 연구한 청색 인광 OLED용 발광재료와, 이를 이용한 초고효율-장수명 소자 연구 결과(Superbly Efficient and Stable Ultrapure Blue Phosphorescent Organic Light-Emitting Diodes with Tetradentate Pt(II) Complex with Vibration Suppression Effect)가 재료공학 분야 세계적 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼즈’(Advanced Materials, IF=27.4)에 발표된 것이다. 본 연구에는 정보디스플레이학과간 협동과정 이학준 박사과정 학생, 박부배 학생이 공동 1저자로 참여했다.

현재 적·녹·청 OLED 서브 픽셀 중 적색과 녹색은 내부발광효율이 100%인 인광 소자를 적용 중이지만, 청색은 내부발광효율이 25%인 형광 소자 사용에 그치고 있다. 하지만 이번 연구를 통해 기존의 청색 인광 소자가 가진 효율, 색순도, 수명 등에서의 문제점을 개선했다. 김태경 교수는 ‘많은 기관들이 삼성디스플레이가 발표한 BD-02보다 우수한 특성을 얻으려 연구했고, 그간 BD-02보다 색순도가 좋거나, 효율이 높은 연구가 보고되기도 했다’면서도 ‘이번 우리 논문처럼 색순도와 효율, 수명 등 3가지를 모두 개선한 연구 결과는 없었다’고 연구 결과에 대해 설명했다.

2022년 삼성디스플레이가 네이처 포토닉스에 발표한 BD-02는 학계에 보고된 백금(Pt) 기반 청색 인광 재료 중 특성이 가장 우수했다. 하지만 이는 분자 구조 특성상 재료의 발광 스펙트럼에 메인 피크(main peak, 주된 색을 결정) 뿐만 아니라 서브 피크(sub-peak)가 발생하는 한계가 있었다. 이번 연구에서는 BD-02를 기반으로 하되, 구조 튜닝을 통해 서브 피크 세기를 크게 줄여 더 선명한 청색 스펙트럼을 획득했다. 동시에 외부양자효율과 구동 수명까지 향상된 결과를 얻었다.

청색 인광 OLED 소자는 스마트폰과 태블릿, TV 등에 사용되고 있다. 하지만 현재 사용되고 있는 소자는 내부발광효율이 낮아, 배터리 소모가 크다는 한계가 있다. 그만큼 고효율과 장수명을 지원하는 청색 OLED 상용화는 중요하며, 이번 연구에서 효과적으로 기존의 한계를 개선한 결과를 얻었기 때문에 효율, 장수명, 색순도 등에서 의의가 있다.

오형윤 로오딘 대표와 김태경 홍익대 교수는 ‘현재 ‘에너지 전달거리 최소화’ 방법과 ‘청색 인광 OLED 소자’를 결합하기 위한 방법을 연구 중이며, 내년 초 관련한 논문을 제출할 계획이다’고 밝혔다.

홍익대학교 정보디스플레이학과간 협동과정은 전자전기, 화학공학, 신소재공학과 등 다양한 학과에서 공동으로 설립된 학과로, AMID 연구실은 김태경 교수(現 세종캠퍼스 나노신소재공학과)와 김영관 교수(前 기초과학과)가 공동지도 교수를 맡고 있다. AMID는 유기발광다이오드(organic light-emitting diodes; OLEDs)를 비롯한 소자 물리, 재료 특성 등 다양한 OLED 관련 연구를 진행하고 있다. 특히 청색 OLED의 장수명/고효율화를 중점으로 하고 있다. AMID는 매년 10편 이상의 SCI급 논문을 출판하며 활발한 연구 활동을 진행 중에 있어, 앞으로의 연구 행보가  기대된다.

온라인커뮤니케이션실 박지원 기자

온라인커뮤니케이션실 장예찬 사진기자