KAIST, 무기 LED 맞먹는 '고효율 OLED' 구현

머니투데이

대전=허재구 기자

카이스트(KAIST) 전기 및 전자공학부 유승협 교수 연구팀은 서울대학교 재료공학부 김장주 교수, 경상대 화학과 김윤희 교수 연구팀과의 협력을 통해 무기 LED에 상응하는 높은 효율의 유기발광다이오드(OLED)를 구현하는 데 성공했다고 21일 밝혔다.

OLED는 수많은 모바일 기기와 고품질 TV 등의 디스플레이 기술에 광원으로 활용되고 있는 소자로 두께가 얇고 유연 소자 제작이 가능하다는 장점을 갖고 있다.

외부 산란층과 결합된 OLED 구조 모식도 및 나노입자 기반 산란층 제작 예와 이를 적용한 OLED 동작 사진. 왼쪽에서 오른쪽으로 갈수록 산란 정도가 큰 산란층을 이용한다./자료제공=KAIST

최근에는 조명, 차량용 광원에도 OLED를 활용하기 위한 노력이 계속되고 있다.

하지만 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 어려움을 겪어 왔다.

연구팀은 OLED의 광 추출용으로 개발됐던 여러 방법 중 실용화 가능성이 가장 큰 기술인 나노입자 기반의 광 산란층을 소자 외부에 도입하는 방법에 주목했다.

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 성공한 것.

연구팀은 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 이끌어 낼 수 있었다.

이는 큰 렌즈나 내부 광 추출구조 없이 구현된 OLED 단위 소자 효율로는 최고의 결과라고 연구팀은 설명했다.

유승협 교수는 "이번 연구는 상용화 가능성에서 가장 의미가 큰 기술을 활용하면서 고효율 LED의 효율에 상응하는 OLED 구현 방법을 체계적으로 제시했다는데 의미가 있다" 며 "낮은 전력소모가 특히 중요한 조명용 광원이나 웨어러블 기기의 센서용 광원에 OLED가 활용되는 데 기여할 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구 논문은 '네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)' 8월 10일자 온라인 판에 게재됐다.