한태희 한양대 교수, 김윤희 경상국립대 교수

한양대학교 신소재공학부 한태희 교수와 경상국립대학교 화학과 김윤희 교수 공동연구팀이 차세대 디스플레이 구현의 최대 난제였던 ‘청색 용액 공정 OLED’에서 세계 최고 수준의 발광 효율을 달성했다고 밝혔다.

OLED의 3대 핵심 색상(RGB) 중 청색은 에너지가 가장 높아 효율과 색순도를 동시에 확보하기가 까다롭다. 이에 높은 색순도와 효율을 동시에 확보할 수 있는 초형광(하이퍼형광) 기술이 디스플레이 화질과 전력 효율의 핵심 대안으로 주목받고 있으나, 청색 광원에서는 여전히 고효율 소자 구현에 기술적 난항을 겪고 있다. 특히 저비용·대면적화가 가능한 ‘용액 공정’으로 제작할 경우, 발광 소재가 뭉쳐 빛이 사라지는 ‘응집 유도 소광’ 현상과 계면에서의 에너지 손실(광자 손실)로 인해 고효율 구현에 어려움을 겪어 왔다.

공동연구팀은 이 문제를 해결하기 위해 세계 최초로 청색 발광 영역에서 ‘고분자 감광(Polymer Sensitization)’ 기반의 하이브리드 발광층 설계와 자가조직화 계면 기술을 결합했다. 연구팀은 독자 설계한 고분자 감광제와 청색 단분자 발광체를 결합해 소재 간 응집을 억제하고, 새로운 자가조직화 계면층을 통해 계면에서의 광자 손실을 최소화하는 전략을 사용했다.

연구 결과, 외부양자효율(EQE) 30% 이상, 발광 반치폭(FWHM) 약 18nm의 고색순도 청색 초형광 OLED 소자 구현에 성공했다. 이는 현재까지 보고된 고분자 기반 OLED 중 역대 최고 효율로, 진공 증착 방식이 아닌 용액 공정으로도 독보적인 성능을 낼 수 있음을 입증한 사례다.

용액 공정 기술은 기존 방식 대비 공정 비용이 낮고 대면적 연속 생산이 가능해 초고해상도 VR·AR 웨어러블 기기, 폴더블 디스플레이, 의복형 헬스케어 기기 등 차세대 폼팩터의 핵심 기술로 꼽힌다. 이번 연구는 청색 광원의 고질적인 효율 문제를 해결함으로써 차세대 디스플레이 상용화의 문턱을 크게 낮춘 것으로 평가받는다.

한양대 한태희 교수는 “고분자 감광제를 청색 초형광 OLED에 처음 적용해 고분자가 단순 발광체 역할뿐 아니라 형태 안정성 향상과 전하 수송 매개 역할을 동시에 수행함을 입증했다”며 “이번 성과는 대면적 인쇄 공정이 가능한 차세대 디스플레이 플랫폼의 발전 가능성을 보여준 것”이라고 연구의 의미를 설명했다.

과학기술정보통신부 한국연구재단의 우수신진연구 사업 및 대학기초연구소 지원사업(G-LAMP)의 지원으로 수행된 이번 연구 결과는 세계적인 학술지 『Science Advances』에 4월 10일 게재됐다.

해당 논문 「Polymer-Sensitized Hybrid Design Strategy for High-Efficiency Blue Hyperfluorescent OLEDs」에는 전준원 한양대 석사과정생, 천형진 경상국립대 박사후연구원, 한양대 우주윤 석박사과정생이 공동 제1저자로, 한태희 한양대 교수와 김윤희 경상국립대 교수가 교신저자로 참여했다.