KAIST, 최고효율 OLED 구현
KAIST, 최고효율 OLED 구현
  • 김진솔
  • 승인 2018.08.21 13:30
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KAIST 전기및전자공학부 유승협 교수 연구팀이 무기 LED에 상응하는 높은 효율의 유기발광다이오드(OLED)를 구현하는 데 성공했습니다.

 

KAIST 송진욱 박사과정이 1저자로 참여한 이번 연구는 <네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)> 8월 10일자 온라인 판에 게재된 이번 연구는 이번 연구는 서울대학교 재료공학부 김장주 교수, 경상대 화학과 김윤희 교수 연구팀과의 협력을 통해 이뤄졌습니다. 이 기술을 통해 OLED 조명의 대중화 및 시장 성장에 이바지할 수 있을 것으로 기대됩니다.

 

유승협 교수, 송진욱 박사과정1
유승협 교수(좌)와 송진욱 박사과정(우) 출처: 한국연구재단

OLED는 수많은 모바일 기기와 고품질 TV 등의 디스플레이 기술에 광원으로 활용되고 있는 소자입니다. 두께가 얇고 유연 소자 제작이 가능하다는 장점을 갖고 있습니다. 따라서 최근에는 조명, 차량용 광원에도 OLED를 활용하기 위한 노력이 계속되고 있습니다.

 

이러한 응용에는 광원의 효율이 매우 중요합니다. 최근 지속적인 연구 개발에 의해 OLED의 효율이 꾸준히 상승했고 일부는 기존 고효율 무기 LED 수준에 준하는 결과들이 보고되고 있습니다. 그러나 이러한 고효율 OLED의 연구 결과들은 OLED가 갖는 면광원(面光源)의 장점을 해치는 반구형 렌즈가 쓰이거나 소자 내부에 빛을 추출하는 나노 구조가 도입돼 안정적인 동작을 방해하는 등의 문제로 상용화에 한계가 있었습니다.

 

연구팀은 OLED의 광 추출용으로 개발됐던 여러 방법 중 실용화 가능성이 가장 큰 기술인 나노입자 기반의 광 산란층을 소자 외부에 도입하는 방법에 주목했습니다. 특히 광 산란을 이용한 기존 OLED 광 추출 향상 연구가 반복적인 실험을 통해 경험적인 방식으로 이뤄졌던 것과는 다르게 연구팀은 종합적이고 분석적 방법론을 정립해 최대 효율을 이끌어낼 수 있는 구조를 이론적으로 예측했습니다.

 

OLED에 광 추출 구조를 적용해 가능한 최대의 효율에 도달하기 위해선 광 추출 구조와 OLED 구조를 각각이 아닌 전체로 보고 최적화를 이뤄야 한다고 하는데요. 연구팀은 산란 현상을 수학적으로 기술하는 이론을 OLED 발광 특성 예측 모델과 최초로 결합해 여러 구조를 가지는 수많은 소자들의 특성을 짧은 시간에 예측했고, 이를 기반으로 최대 효율을 갖는 최적 구조를 이론적으로 예측하는 데 성공했다고 합니다.

 

광 산란입자를 이용한 연구진의 OLED구조. 출처: 한국연구재단

연구진은 이론적으로 예측된 최적의 광 산란 필름을 실험적으로 구현하고 이를 고효율 유기 발광소재를 이용한 소자 구조에 접목해 56%의 외부 양자 효율 및 221lm/W의 전력 효율을 이끌어내는 데 성공했습니다. 이는 큰 렌즈나 내부 광 추출 구조 없이 구현된 OLED 단위 소자 효율로는 최고의 결과입니다.

 

유승협 교수는 "다양한 OLED 광 추출 효율 향상 기술이 개발됐지만 실용화 가능성은 높지 않은 경우가 많았다"며 "이번 연구는 상용화 가능성에서 가장 의미가 큰 기술을 활용하면서 고효율 LED의 효율에 상응하는 OLED 구현 방법을 체계적으로 제시했다는데 의의가 있다"고 말했습니다.
 

 

##참고자료##

 

Song, Jinouk, et al. "Lensfree OLEDs with over 50% external quantum efficiency via external scattering and horizontally oriented emitters." Nature communications 9.1 (2018): 3207.



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