OLED용 복합 구조 투명전극 나온다

전력효율 23%↑, 원가 비싼 주석전극 대체 가능

▲은 나노와이어 기반 복합 전극의 제작 과정에 대한 그림(a)과 각 과정에서 전극 표면 (b-d) 을 주사 전자 현미경을 통해 확인했다.[사진제공=한국연구재단]

[아시아경제 정종오 기자] 국내 연구팀이 단일재료의 한계를 극복한 유기 발광 다이오드(OLED)용 복합 구조 투명전극을 개발했다. 전력효율은 23% 증가하고 원가가 비싼 주석전극을 대체할 가능성을 제시했다.

디스플레이와 각종 광전자소자의 전극용 물질로는 전도도와 투명도가 우수한 인듐 주석 산화물(ITO)을 많이 사용했다. 인듐 주석 산화물은 가격이 비싸고 고온 공정에서 제작하기 때문에 잘 깨지고 유연 소자에는 활용이 어려웠다. 은 나노와이어는 ITO의 대체물질로 전도도와 투명도가 우수하며 가격이 저렴하다. 문제는 표면이 거칠고 쉽게 산화가 되는 등 외부 스트레스에 취약한 부분이었다.

IZO(산화 인듐과 산화아연의 화합물)는 투명 전도성 산화물로 저온공정이 가능한데 ITO에 비해 전도도가 떨어진다. 단일 재료로는 한계점을 모두 가지고 있다.

주병권 고려대 교수와 박영욱 연구교수연구팀이 은 나노와이어, 아연 산화물(IZO), 전도성 고분자(PEDOT:PSS)를 층층이 쌓아올려 결합시켰다. 발광 효율과 소자 유연성이 대폭 향상된 투명 유연 디스플레이용 전극을 내놓았다. 각 단일 재료의 문제점을 극복하기 위해 은 나노 와이어, IZO, PEDOT:PSS 복합 구조를 만들었다.

연구팀은 은 나노와이어 박막층 위에 IZO 층을 입혔다. 별도의 고온 후처리 없이 은 나노와이어 간의 연결을 보완했고 산화 등의 외부 스트레스로부터 보호할 수 있다. IZO 층 위에 PEDOT:PSS 코팅을 했습니다. 이 결과 박막의 거칠기가 개선되고 복합 물질 사이의 완충 역할로 더 유연해졌으며 소자 효율이 높아졌다.

개발한 복합 유연 투명전극을 OLED에 적용했을 때 외부양자효율(EQE)이 ITO 전극에 비해 최대 23% 증가했다. 외부양자효율은 결합된 전자가 빛으로 방출되는 비율이다. 이 값이 높으면 적은 전력으로 소자 구동이 가능하다.

주병권 교수는 "은 나노와이어의 한계를 극복하고자 다른 재료와 복합하는 방식은 더욱 진보한 전극 기술로 활용될 것"이라며 "이는 매장량이 부족하고 원가가 비싼 ITO전극을 대체할 수 있는 가능성을 제시했다"고 설명했다.

연구 결과는 국제 학술지 네이처의 자매지인 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)' 10월5일자(논문명:Silver Nanowire-IZO-Conducting Polymer Hybrids for Flexible and Transparent Conductive Electrodes for Organic Light-Emitting Diodes)에 실렸다.

정종오 기자 ikokid@asiae.co.kr