청색 유기 발광 다이오드(OLED)의 효율과 안정성을 개선할 수 있는 소재를 국내 연구진이 개발했다. 23일 울산과학기술원(UNIST)에 따르면 화학과 권태혁, 최원영 교수팀은 성균관대 이준엽 교수팀과 함께 청색 인광(Phosphorescence) OLED의 최대 난제였던 수명 문제를 해결할 수 있는 중간층(Interlayer) 신소재를 만들었다.

OLED에는 25% 확률로 형성되는 단일항 엑시톤(Singlet exciton)만을 활용하는 형광, 75%의 삼중항(Triplet)까지 모두 활용하는 인광, 열 활성 지연 형광 등이 있다. 인광 OLED 기술은 빛을 더 오래 효율적으로 내기 위해 삼중항을 활용하는 발광 메커니즘을 사용한다.

적색과 녹색 인광 OLED는 이미 상용화됐지만, 청색 인광 OLED는 구동 전압이 높고 수명이 짧아 상용화가 어려웠다. 이 때문에 청색 발광은 여전히 발광 효율에 한계가 있는 형광에 의존하고 있다.

공동연구팀이 개발한 새로운 중간층은 청색 인광 OLED의 구동 전압을 크게 낮추고 빛의 손실을 줄여 준다. 이 소재를 이용했을 때 전력 효율은 24% 증가했고, 구동 안정성은 21% 향상됐다고 연구팀은 설명했다.

연구팀은 전하의 움직임과 물질의 성질을 조절해 비등방성(물체의 물리적 성질이 방향에 따라 다른 것) 배열을 유도했다. 이를 통해 청색 인광 OLED에 필수적인 삼중항 구속(삼중항 엑시톤이 발광층 내부에서만 효과적으로 재결합할 수 있도록 유도하는 것) 효과와 함께 구동 전압을 낮출 수 있는 중간층으로 활용될 수 있다는 사실을 검증했다.

권태혁 교수는 "발광층과 독립적으로 삼중항 구속과 전하 균형을 동시에 해결하는 새로운 중간층 소재 개발 전략을 제시했다"며 "이를 토대로 차세대 디스플레이와 발광 소자 연구를 심화할 계획"이라고 말했다.

연구 결과는 국제 학술지 '셀'(Cell)의 자매지 '켐'(Chem)에 지난 19일 게재됐다.

연구는 한국연구재단, 한국에너지기술평가원, UNIST의 지원을 받았다.