삼성전자-이화여대 'OLED 난제' 풀었다

[이데일리 경계영 기자] 삼성전자와 이화여대의 공동 연구진이 OLED(유기발광다이오드·올레드) 디스플레이 난제로 꼽혔던 청색 소자의 수명이 떨어지는 이유를 알아냈다.

25일 삼성전자에 따르면 삼성전자 종합기술원 연구진과 유영민 이대 화학신소재공학부 교수 연구팀은 OLED 청색 인광 소재의 수명 저하를 가져오는 열화 메커니즘을 처음 과학적으로 증명하고 이를 개선할 수 있는 소재 설계 방법을 제안했다. 이 결과는 과학저널 ‘네이처 커뮤니케이션즈’ 온라인에 실렸다.

연구진에 따르면 현재 적·녹·청(RGB·빛의 3원색) 가운데 청색만 형광 소재를 사용하는데, 이 기술이 상용화한다면 청색까지도 인광 소재를 적용해 OLED 수명과 성능을 혁신적으로 개선할 수 있다.

형광은 유기 화합물이 빛으로 바뀔 때 변환 효율이 25%에 불과한 반면, 인광은 변환 효율이 100%여서 3원색 모두를 인광 소재로 쓸 때 효율이 높아질 수 있다.

OLED는 자체 발광이 되는 유기 화합물을 이용해 화면이 밝고 명암비가 우수한 데다 소비 전력도 적다. 다만 적·녹색의 경우 고효율 소재가 상용화한 인광을 쓰지만 청색의 경우 인광 소재가 상용화하지 않아 형광 소재를 쓰기 때문에 수년 동안 쓰긴 적합하지 않다는 지적이 있었다.

연구진은 청색 인광 소재의 분해 경로를 분석하는 과정에서 전기적 극성이 없던 분자가 주변 분자로부터 전자를 얻거나 잃으면서 성질이 바뀌는 전하 분리종이 열화를 가속화한다는 메커니즘을 확인했다.

아울러 연구진은 전하 분리종 소멸 속도에 따라 수명이 최대 수십배까지 차이 나는 것을 확인하고 전하 분리종을 최대한 빨리 소멸시켜 수명을 늘리는 소재 결합 구조도 제시했다.

유영민 교수는 “청색 OLED 소자 수명이 짧은 원인을 설명하는 새로운 화학 메커니즘을 제시한 데 의의가 있다”며 “이 메커니즘은 유기 트랜지스터 등 다른 전자 소자의 수명을 이해하는 데도 중요하게 활용될 것”이라고 봤다.

인수강 종합기술원 전문연구원은 “향후 열화를 최소화할 수 있는 청색 인광 소재를 찾고 이를 실제 시스템까지 적용하는 것이 최종 목표”라고 말했다.

삼성전자 종합기술원은 삼성SDI와 함께 녹색 인광 소재를 개발해 2014년부터 삼성 스마트폰 ‘갤럭시’ 시리즈에 적용했다. 또 모바일용 청색 인광 소재 기술을 확보하고자 2015년부터 분자 광학 분야 전문가인 유영민 교수팀과 협력했다.

사진=삼성전자