청색 OLED(유기 발광 다이오드)의 발광 효율과 안정성을 크게 개선할 수 있는 새로운 유기반도체 소재가 개발됐습니다. 차세대 고순도·고효율 디스플레이 기술 상용화를 앞당길 것으로 기대되는데요.
UNIST 화학과 권태혁, 최원영 교수팀은 성균관대 이준엽 교수팀과 공동으로 청색 인광(Phosphorescence) OLED의 최대 난제였던 수명 문제를 해결할 수 있는 중간층(Interlayer) 신소재를 개발했습니다.
개발된 소재는 기존 대비 OLED 구동 전압을 크게 낮췄습니다. 전력 효율은 24%, 구동 안정성은 21% 향상됐는데요. 중간층으로서 청색 OLED뿐 아니라 무기물 기반의 차세대 발광 소자에도 적용 가능성을 보여준 것입니다.
인광 OLED 기술은 빛을 더 오래 효율적으로 내기 위해 삼중항(Triplet)을 활용하는 발광 메커니즘을 사용합니다. 적색과 녹색 인광 OLED는 이미 상용화됐지만, 청색 인광 OLED는 구동 전압이 높고 수명이 짧아 상용화가 어려운 상황인데요.
연구팀은 청색 OLED의 구동 전압을 낮추고 빛의 손실을 줄이는 새로운 중간층을 개발했습니다. 기존 비틀린 분자 구조는 삼중항 구속(Triplet confinement)에는 효과적이었지만 전류 흐름에 한계가 있었습니다. 신소재는 이를 개선해 안정성을 높였습니다.
연구팀은 전하가 어떻게 움직이는지와 물질이 가진 성질을 조절해 비등방성(Anisotropy) 배열을 만들었습니다. 전기 흐름을 고르게 하는 동시에 빛이 손실되지 않도록 개선한 것입니다.
제1저자 황은혜 연구원은 "헤링본(Herringbone) 배열을 비틀린 분자 구조에서 구현한 것은 매우 이례적”이라며 "이는 새로운 유기반도체 소재 개발에 중요한 전환점이 될 것”이라고 강조했습니다. 권태혁 교수는 "발광층과 독립적으로 삼중항 구속과 전하 균형을 동시에 해결하는 새로운 중간층 소재 개발 전략을 제시했다”며 "이를 바탕으로 차세대 디스플레이와 발광 소자 연구를 더욱 심화할 계획”이라고 밝혔습니다.
연구 결과는 세계적인 학술지 셀(Cell) 자매지 켐(Chem)에 9월 19일 게재됐습니다.
논문명: Anisotropy-guided interface molecular engineering for stable blue electroluminescence
#용어설명
1. 유기 발광 다이오드(Organic light-emitting diodes)
발광 다이오드의 한 종류로, 발광층에 전류가 흘렀을 때 빛을 발산하는 유기 화합물 기반의 소자이다.
2. 삼중항 구속(Triplet confinement)
발광 다이오드의 발광층에 형성되는 삼중항 엑시톤이 긴 수명으로 인해 부반응을 일으키거나 주변층으로 빠져나가지 못하도록 막는 것을 일컫는다.
3. 비등방성 배열(Anisotropic arrangement)
물체의 물리적 성질이 방향에 따라 다른 분자 배열을 일컫는다. 반대로, 방향에 상관없이 동일한 물리적 성질을 가질 경우 등방성 배열(Isotropic arrangement)이라 한다.
4. 전자 차단층(Electron-blocking layer)
발광 다이오드의 발광층에서 전자가 이탈되는 것을 방지하기 위해 정공 전달층과 발광층 사이에 도입하는 층을 말한다.
5. 전력 효율(Power efficiency)
발광 다이오드에 주입되는 전력에 대비해 출력되는 광속의 비율로, 전 방향으로 발광하는 빛의 총합을 고려한 소자의 효율을 의미한다.
