한양대·경상국립대, 청색 OLED 최고 효율 달성

용액 공정 기반 세계 최고 성능 달성

한양대학교 신소재공학부 한태희 교수와 경상국립대 화학과 김윤희 교수 공동연구팀이 차세대 디스플레이의 최대 난제로 꼽히던 '청색 용액 공정 유기발광다이오드(OLED)'에서 세계 최고 효율을 달성했다.

한양대 한태희(왼쪽) 신소재공학부 교수, 경상국립대 김윤희 화학과 교수. 한양대학교

고에너지 특성상 효율 확보가 어려운 청색 OLED의 대안으로 초형광이 주목받고 있다. 다만 초형광 역시 용액 공정 시 발생하는 소재 응집과 계면 에너지 손실 문제로 인해 고효율 청색 소자 구현에 난항을 겪어 왔다.

15일 한양대에 따르면 연구진은 세계 최초로 청색 발광 영역에서 '고분자 감광(Polymer Sensitization)' 기반의 하이브리드 발광층 설계와 자가조직화 계면 기술을 결합했다. 특히 독자 설계한 고분자 감광제와 청색 단분자 발광체를 합쳐 소재 간 응집을 억제하고, 새로운 자가조직화 계면층을 통해 계면에서의 광자 손실을 최소화하는 전략을 사용했다.

연구 결과, 외부양자효율(EQE) 30% 이상, 발광 반치폭(FWHM) 약 18㎚의 고색순도 청색 초형광 OLED 소자 구현에 성공했다. 이는 현재까지 보고된 고분자 기반 OLED 중 역대 최고 효율로, 진공 증착 방식이 아닌 용액 공정으로도 독보적인 성능을 낼 수 있음을 입증했다.

용액 공정 기술은 기존 방식 대비 공정 비용이 낮고 대면적 연속 생산이 가능해, 초고해상도 VR·AR(가상현실·증강현실) 웨어러블 기기·폴더블 디스플레이·의복형 헬스케어 기기 등 차세대 폼팩터의 핵심 기술로 꼽힌다. 이번 연구는 청색 광원의 고질적인 효율 문제를 해결함으로써 차세대 디스플레이 상용화의 문턱을 크게 낮춘 것으로 평가받는다.

한태희 교수는 "고분자 감광제를 청색 초형광 OLED에 처음 적용해 고분자가 단순 발광체 역할 뿐 아니라 형태 안정성 향상과 전하 수송 매개 역할을 동시에 수행함을 입증한 것"이라며 "이번 성과는 대면적 인쇄 공정이 가능한 차세대 디스플레이 플랫폼의 발전 가능성을 보여준 것"이라고 설명했다.

한편 과학기술정보통신부 한국연구재단의 우수신진연구 사업 및 대학기초연구소 지원사업(G-LAMP)의 지원으로 수행된 이번 연구 결과는 국제 학술지 '사이언스 어드밴시스(Science Advances)'에 지난 10일 게재됐다.

박재현 기자 now@asiae.co.kr