국내 연구진이 유기발광다이오드(OLED)에 사용되는 적색, 녹색, 청색의 삼원색 발광재료 중 가장 개발이 취약한 청색 형광재료 부문에서 이론적인 외부양자효율보다 높고, 진청색을 나타내는 고효율 유기발광재료를 개발했다고 교육과학기술부는 밝혔다.

이번 연구는 교육과학기술부와 한국과학재단이 지원하는 국가지정연구실(NRL)사업의 일환으로 수행됐으며 연구 결과는 신소재 응용 분야 대표저널의 하나인 어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈(Advanced Functional Materials)지 인터넷판에 지난 14일 Early View로 게재되었으며, 12월 중에 인쇄판 논문으로 게재될 예정이다.

OLED는 기존의 액정디스플레이보다 구동속도와 시야각 등이 월등히 우수해 차세대 디스플레이로 많은 연구가 진행 중이다. 용액공정으로 OLED를 제작할 경우, 제작 공정이 간편하며 미래의 휘어지는 디스플레이에 적용될 가능성이 있는 차세대 디스플레이이다.

OLED를 이용하는 디스플레이는 자발 발광 특성을 가지고 있어 시야각이 뛰어나며 고속 응답 특성 등의 장점 때문에 차세대 평판 디스플레이 기술로서 많은 주목을 모으고 있다.

특히, 진청색 발광재료의 개발은 저전압, 고효율의 천연색 OLED 뿐만 아니라 백색 조명에 적용하기 위해서 발광재료 개발 등이 시급히 필요한 상황이다.

부산대학교 화학교육과 진성호(44세) 교수팀과 서울대학교 재료공학부 김장주(55세) 교수팀은 정공과 전자의 이동도가 향상된 특성을 갖는 새로운 형태의 형광계 진청색 유기발광재료를 개발했다. 또한, 이를 이용해 다양한 형태의 청색계 OLED를 개발했다.

이번에 개발된 고효율의 진청색 유기발광재료는 수명 및 색 순도가 향상된 천연색 OLED이며 백색 조명을 구현할 수 있는 핵심 소재이다.

또한, 진 교수 연구팀이 새로 개발한 청색계 OLED는 전력소비를 줄이고 수명을 늘릴 수 있으며 기존의 청색계 OLED가 지닌 소자의 특성을 새로운 형태의 OLED 소자 구조를 설계하여 획기적으로 증가시켰다.

이를 이용해 외부양자효율이 이론 수준인 5%를 웃도는 OLED 소자를 제작한 것이다.

진 교수는 “유기물을 기반으로 하는 차세대 OLED 디스플레이의 소비전력 절감 및 수명 증가에 기여할 것으로 기대된다”고 밝혔다.

동 연구에서 개발된 진청색의 유기발광재료는 화합물의 전자밀도를 조절할 수 있도록 설계하여 유기발광재료의 발광색을 조절할 수 있게 됐다.

연구 결과 전자밀도를 감소시키는 전자받기 치환기를 도입하는 경우 발광색이 장파장 쪽으로 이동했으며 전자밀도를 증가시키는 전자주기 치환기를 도입하는 경우는 발광색이 단파장 쪽으로 이동했다.

이는 시뮬레이션을 통한 계산과 일치한 결과로써 부품소재 관련핵심 특허를 취득할 수 있는 골격을 개발하였으며 다양한 발광색을 가지는 물질 설계를 가능하게 할 것으로 기대된다.

진성호 교수는 OLED, 유기태양전지 및 염료감응형 태양전지에 적용할 수 있는 고성능 전자재료 개발에 대한 연구를 수행하여 200여 편의 논문을 발표했다.

그리고 이번에 어드밴스드 펑셔널 머터리얼즈誌에 기존에 OLED에 적용되고 있는 청색 발광재료 보다도 특성이 월등히 향상된 연구성과를 게재함으로써 한국 전자재료 분야의 위상을 높이는데 크게 기여하고 있다.