- 청색 OLED 비파괴 평가기술 개발, 수명시험 시간비용 절감 기대

유승협(왼쪽) 교수와 지정민 박사가 청색 인광 OLED 샘플을 들어보이고 있다.[KAIST 제공]
유승협(왼쪽) 교수와 지정민 박사가 청색 인광 OLED 샘플을 들어보이고 있다.[KAIST 제공]

[헤럴드경제=구본혁 기자] 스마트폰과 TV 화면에 사용되는 유기발광다이오드(OLED)의 수명을 자석으로 미리 알아낼 수 있는 기술이 개발됐다. 수십~수백 시간 동안 소자를 작동시켜야 했던 기존 수명시험의 단점을 해결, 차세대 고효율·장수명 디스플레이 개발에 속도가 붙을 전망이다.

KAIST는 전기및전자공학부 유승협 교수 연구팀이 경희대, 국립한밭대, 디스플레이 분석기업 ASTA와 공동으로 자기장에 따른 밝기 변화를 분석해 청색 인광 OLED의 수명을 예측하는 기술을 개발했다고 22일 밝혔다.

OLED는 전류를 흘리면 스스로 빛을 내는 디스플레이 소자다. 빨강·초록·파랑의 빛을 조합해 다양한 색상을 구현한다. 이 가운데 청색 인광 OLED는 높은 에너지 효율을 구현할 수 있지만 장시간 사용해도 밝기를 유지하는 수명 확보가 핵심 과제로 꼽힌다.

기존에는 OLED의 수명을 확인하기 위해 수십~수백 시간 동안 소자를 켜놓고 밝기가 얼마나 감소하는지 측정해야 했다. 시험에 많은 시간이 소요될 뿐 아니라 측정 과정에서 소자의 성능이 저하되는 한계도 있었다.

연구팀은 자기장이 OLED 내부의 발광 과정에 영향을 미쳐 밝기를 미세하게 변화시키는 현상에 주목했다.

OLED에 일정한 전류를 흘린 상태에서 전자석으로 자기장 세기를 조절하며 밝기 변화를 정밀 측정했다. 이후 다양한 자기장 반응 가운데 수명 저하와 밀접하게 연관된 성분을 분리해 평가 지표로 활용했다.

연구팀은 동일한 발광 물질을 사용하면서 내부 구조만 다르게 제작한 청색 인광 OLED 4종을 비교했다. 그 결과 초기 자기장 반응이 작게 나타난 소자일수록 실제 장시간 구동시험에서도 밝기를 더 오래 유지하는 것으로 확인됐다.

이는 자기장으로 OLED 수명을 직접 늘리는 것이 아니라, 자기장에 대한 밝기 반응을 분석해 수명이 긴 소자를 사전에 구별할 수 있다는 의미다.

청색 인광 OLED 수명 예측 기술(AI 생성 이미지).[KAIST 제공]
청색 인광 OLED 수명 예측 기술(AI 생성 이미지).[KAIST 제공]

연구팀은 분자 시뮬레이션을 통해 OLED 내부 유기 분자의 결합이 끊어지면서 발생하는 결함이 발광 과정과 자기장 반응에 영향을 미칠 수 있다는 사실도 분석했다.

이번 기술이 실용화되면 디스플레이 기업은 OLED 개발 초기 단계에서 수명이 길 것으로 예상되는 후보 소자를 먼저 선별할 수 있다. 유망한 후보에 정밀 수명시험을 집중함으로써 연구개발에 필요한 시간과 비용을 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

다만 실제 산업현장에 적용하기 위해서는 측정 전류와 밝기, 자기장 범위 등 시험 조건을 표준화하고 다양한 발광 소재와 소자 구조에서도 예측 결과가 일관되게 나타나는지 추가 검증해야 한다.

유승협 KAIST 교수는 “이번 성과는 OLED 개발 초기 단계에서 수명이 우수한 소재와 소자 구조를 빠르게 선별하는 데 활용될 수 있다”며 “다양한 조건에서 검증을 거치면 고효율·장수명 청색 OLED 개발을 뒷받침하는 비파괴 평가 기술로 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.

KAIST 지정민 박사가 제1저자로 참여한 이번 연구결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈’에 게재됐다.


nbgkoo@heraldcorp.com