▲ (왼쪽부터) 이경형 박사과정생 · 김재민 교수(중앙대), 이준엽 교수(성균관대)
우리 학회 회원인 중앙대학교 첨단소재공학과 김재민 교수 연구팀이 청색 인광 OLED의 상용화를 앞당기기 위한 수명 향상 메커니즘을 규명하는데 성공했다.
현 OLED 업계의 화두 중 하나는 청색 소자의 발광 메커니즘을 형광 발광에서 인광 발광 방식으로 전환하는 것이다. 인광 발광체를 도입하면 일중항과 삼중항 여기자를 모두 활용할 수 있게 돼 이론 최대 효율을 300% 이상 향상시킬 수 있다. 때문에 발광휘도과 전력 효율을 동시에 큰 폭으로 개선할 수 있는 핵심 기술로 손꼽힌다.
청색 인광 소자를 상용화하기 어려운 이유는 소자의 수명이 짧다는 점이다. OLED는 소자 열화가 되면 휘도가 감소하고 전력 소모가 증가한다. 청색 인광 소자의 경우 일중항 여기자보다 삼중항 여기자로 인한 소자 열화가 더 가속화될뿐더러 청색의 광자 에너지가 커 소자의 수명이 짧다.
기존 연구들은 소자 수명을 향상시키기 위한 방법으로 p형 호스트와 p-n형 쌍극자 호스트를 공동호스트로 사용하는 방법을 썼다. 그 결과 소자의 수명은 향상됐지만, n형 호스트 대신 p-n형 호스트를 사용하여 수명이 향상되는 원리에 대해서는 이해도가 낮은 상황이었다.
▲ 청색 인광 OLED 수명 향상 메커니즘
김재민 교수팀은 다양한 실험적 분석과 물리 기반 모델링을 통해 p-n형 쌍극자 호스트에서 폴라론과 여기자 거동을 바탕으로 소자 열화가 지연되는 메커니즘을 규명했다. 광범위한 전기광학적 분석 결과 p-n형 쌍극자 호스트로 정공 이동이 용이해지면서 재결합속도가 개선되고 여기자-폴라론 열화가 저감된다는 것을 밝혔다. 기존 연구에서는 p-n형 쌍극자 호스트의 전기화학적 안정성이 논의됐지만 연구 결과 주요한 인자가 아니라는 점도 확인했다.
연구팀은 이번 연구를 통해 청색 인광 OLED의 소자 수명에 대한 이해도를 높인 것은 물론 열화 현상에 대한 분석법도 정립했다. 별다른 제약 없이 적용할 수 있는 방법론을 발견한 것이기에 청색 소자의 메커니즘 전환을 위한 원천 기술로 활용될 것이라 기대를 모은다.
이번 연구는 김재민 교수 연구팀과 성균관대 이준엽 교수 연구팀이 공동으로 수행했다. 성균관대 이경형 박사과정생이 제1저자를 맡았고, 김 교수와 이 교수가 교신 저자로 참여했다. 연구성과는 피인용도(IF, Impact Factor) 18.5를 기록한 재료과학 분야의 세계적 국제학술지 ‘Advanced Functional Materials’에 게재됐다.
김재민 교수는 “청색 인광 소자는 OLED 분야의 게임 체인저라고 부를 수 있을 만큼 많은 기대를 받고 있는 첨단 소재 기술이다. 이번 연구는 청색 인광용 호스트 소재의 정교한 설계에 대한 방향을 제시했다는 것에 의의가 있다”고 말했다.
-출처: CAU News
