핸드폰과 TV 디스플레이에 사용되는 OLED의 성능은 빛의 삼원색인 적색, 녹색, 청색을 얼마나 높은 에너지 효율로 구현할 수 있는지로 구분된다. 그중 청색은 성능 구현이 다른 삼원색인 적색, 녹색보다 어려워 OLED 성능을 판가름하는 중요 요소다. 경희대학교(총장 한균태) 화학공학과 박종욱 교수가 서울대학교 박수영 교수 연구팀과 공동연구 끝에 OLED 성능을 한층 끌어올릴 신규 소재를 제시했다. 

연구진이 제시한 소재는 세계 최고 수준의 청색 발광 효율을 기록했다. 연구진은 OLED 개발에 활용될 수 있는 신규 소재 후보군을 제시했고, 개발한 기술을 바탕으로 특허도 출원했다. 이번 연구는 그 우수성을 인정받아 세계적 학술지 <Nature Communications(IF=16.6)> 9월호에 게재됐다.

빛의 삼원색 중 청색은 파장이 제일 짧지만, 높은 밴드 에너지로 에너지 효율이 낮다. 적색과 녹색은 청색에 비해 여러 형태로 효율을 높일 수 있지만 청색은 효율을 개선할 방법이 상대적으로 제한적이다. 연구팀은 기존 청색 발광 소재와 달리 실리콘 원소를 분자 내에 삽입했다. 이를 통해 발광 재료의 에너지 전이를 극대화해 발광 효율을 높일 수 있었다. 새롭게 개발된 소재는 분자 간 거리, 무정형 박막 형태, 높은 분자 배향도, 빠른 에너지 전이 등의 특성으로 발광 최적화를 이룰 수 있었다.

개발한 소재는 일반적인 3성분계가 아닌 2성분계만으로도 세계적 수준인 38% 이상의 청색 구현 효율을 기록했다. 또한 빛이 밝은 1,000 nit 고휘도 상태에서도 지금껏 구현하지 못했던 30% 이상의 청색 구현 효율을 보이는 데 성공했다. 박종욱 교수는 “기존과 달리 실리콘 원소를 통해 분자를 최적화해 디자인할 수 있었다”며 “이번 연구와 같은 원리를 활용하면 다른 많은 원자를 활용해 발광 소재를 설계할 수 있다. 많은 수의 신규 재료 후보군이 향후 도출될 수 있어 OLED가 한층 더 도약할 계기가 될 것”이라며 연구 의의를 설명했다.

청색 발광 소재는 디스플레이 시장 고도화에 따라 수요가 높아질 것으로 예측된다. 박종욱 교수 연구팀이 제시한 소재로 한국 디스플레이 산업은 소재 국산화 가능성이 커졌다. 또한 시장 점유율을 개선하는 미래 원천 기술도 확보했다. 박종욱 교수 연구팀은 이번 성과에 안주하지 않고 실리콘 원소를 활용한 소재 개발 연구를 이어갈 계획이다. 또한 실리콘 이외 원자를 활용한 청색 발광 소자 개발도 나선다. 박종욱 교수는 “높은 효율과 긴 수명의 소재를 개발해 미래 가치를 창출하는 한편 국가 기술 경쟁력 확보를 위해 노력할 계획”이라고 밝혔다.

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