[서울=뉴스핌] 김영섭 기자 = 이미지를 구성하는 최소 단위로 화소와 같은 뜻의 픽셀(Pixel)을 수많은 나노(나노는 10억분의 1이라는 의미) 크기의 픽셀로 구성해 유기발광다이오드(OLED)의 효율과 수명을 획기적으로 개선한 기술이 개발됐다. 

7일 한국연구재단에 따르면 고려대 전기전자공학부 주병권·선문대 기계ICT융합공학부 박영욱 교수 연구팀은 나노 크기의 픽셀을 통해 맑고 센 빛을 내는 고휘도(High Dynamic Range)에서도 높은 발광 효율을 보이는 OLED 기술을 개발하는 데 성공했다. 

연구결과는 나노 소재 분야 국제학술지 나노스케일(Nanoscale)에 지난달 1일 게재됐다. 

(그림) 나노 픽셀 어레이 OLED의 소자 구조 단면도 : 전자와 홀이 결합하여 생성하는 준입자인 엑시톤은 일정 시간 후에 빛을 발광하면서 소멸한다. 생성된 엑시톤이 전하 캐리어인 전자와 홀과 충돌하게 되면 엑시톤이 가지고 있던 에너지를 빛을 발광하지 못하고 열로 내보낸다. 위 그림은 나노 픽셀 어레이 OLED 소자 구조에서 엑시톤 확산 현상을 통해 엑시톤과 전하 캐리어와의 충돌을 줄여 롤-오프 현상을 개선하는 메커니즘을 보여주고 있다. [자료=한국연구재단]

OLED는 뛰어난 색 재현율, 높은 명암비, 휘어지는 특성 등으로 인해 디스플레이와 조명 시장에서 각광받고 있다. 

그러나 OLED 내부에서 생성된 빛이 외부로 빠져나가지 못하고 손실돼 발광 효율이 낮아지고, 또 맑고 센 빛의 고휘도에서 나타나는 롤-오프(Roll-off) 현상으로 효율이 급격히 떨어져 수명이 짧아지는 문제가 남아있다. 

연구팀은 수백 나노미터(nm·1nm는 10억분의1m) 크기의 무수히 많은 나노 크기의 OLED가 모여서 하나의 픽셀을 구성하는 구조를 통해 높은 발광 효율을 보이는 OLED를 개발했다. 

특히 픽셀 크기와 픽셀 간 거리를 조절함으로써 발광 효율을 극대화하고 롤-오프 현상을 개선했다. 기존 OLED보다 에너지 변환 효율이 137% 향상되고 맑고 센 빛에서 나타나는 고휘도에서의 효율 저하가 2-3배 가량 개선됐다. 

이번 연구에서는 레이저 빛의 간섭 현상을 이용해 나노 규모의 패턴을 형성하는 레이저 간섭 리소그래피 기술이 이용됐다. 마스크 없이 패턴을 만들 수 있고 넓은 면적으로 제작이 가능, 디스플레이 및 조명용 대형 OLED에도 적용할 수 있다. 

고려대 전기전자공학부 주병권 교수 [사진=한국연구재단]

주병권 교수는 ”이 연구는 초고해상도 나노 픽셀을 통해 고휘도에서의 OLED 발광 효율을 크게 개선한 것“이라며 “고휘도를 필요로 하는 OLED 조명 시장에 핵심 기술로 적용될 수 있고 수명 향상도 기대된다”고 연구의의를 밝혔다.

kimys@newspim.com