삼성전자-이화여대, OLED 청색 소자 수명 저하 이유 찾았다

OLED(유기발광다이오드) 청색 인광 소재가 전자의 이동 때문에 불안정해지면서 성능 저하로 이어지는 열화를 일으킨다는 개념도. /자료제공=삼성전자

삼성전자 종합기술원 연구진과 이화여대 화학신소재공학부 유영민 교수 연구팀이 OLED(유기발광다이오드) 청색 인광 소재의 수명을 저하시키는 열화 메커니즘을 최초로 증명, 이를 개선할 수 있는 소재 설계 방법을 제안했다고 삼성전자 (77,600원 ▼2,000 -2.51%)가 25일 밝혔다.


이 기술이 상용화되면 현재 적∙녹∙청 발광 3원색 중 청색만 인광이 아닌 형광 소재를 사용하는 OLED의 수명과 성능을 혁신적으로 늘릴 수 있게 된다. 이 연구 결과는 과학저널 '네이처 커뮤니케이션즈' 온라인에 게재됐다.

OLED는 스스로 빛을 내는 유기 화합물로 화면이 밝고 명암비가 뛰어난 데다 소비 전력도 적다는 게 장점이다. 하지만 고효율 인광 소재가 상용화된 적색이나 녹색과 달리 청색 인광은 수명이 짧아 형광 소재를 쓰기 때문에 수년 이상 장기간 사용하기엔 적합하지 않다는 지적이 나온다.

유기 화합물이 전기적으로 빛으로 변환할 때 변환 효율이 100%에 달하는 인광 소재와 달리 형광 소재는 변환 효율도 25%에 불과하다. 흡수된 빛이 비치는 동안만 복사선(빛)을 내는 형광 상태와 달리 흡수된 에너지(빛)가 사라져도 지속적으로 서서히 복사선을 내는 것을 인광이라고 한다.

연구진은 청색 인광의 소재 분해 경로를 분석하던 중 인광 구성 요소 간의 전자 전이 과정에서 형성된 전하 분리종(전기적 극성이 없던 분자가 주변 분자로부터 전자를 얻거나 잃으면서 성질이 변한 상태)이 열화를 가속시키는 메커니즘을 확인했다.


이는 청색 인광 소재의 수명이 적색, 녹색보다 왜 짧은지를 과학적으로 처음 증명한 연구다.

연구진은 또 전하 분리종 소멸 속도에 따라 최대 수십 배까지 수명 차이가 나는 것을 확인하고 전하 분리종을 최대한 빨리 소멸시켜 수명을 늘릴 수 있는 소재 결합 구조도 제시했다.

공동 연구에 참여한 종합기술원의 인수강 전문연구원은 "앞으로 추가 연구를 통해 열화를 최소화할 수 있는 청색 인광 소재를 찾고 이를 실제 시스템까지 적용하는 것이 최종 목표"라고 말했다.

유영민 교수는 "청색 OLED 소자 수명이 짧은 원인을 설명하는 새로운 화학 메커니즘을 제시한 데 의의가 있다"며 "이 메커니즘은 나아가 유기 트랜지스터 등 다른 전자 소자의 수명을 이해하는 데도 요긴하게 쓰일 수 있을 것"이라고 말했다.

삼성전자 종합기술원은 삼성SDI와 녹색 인광 소재를 개발해 2014년부터 삼성 갤럭시 스마트폰에 적용하고 모바일 제품용 청색 인광 소재 기술을 확보하기 위해 2015년부터 분자 광학 분야 전문가인 유 교수 연구팀과 협력을 진행했다.