[기계신문] 최근 OLED는 뛰어난 색 재현율과 우수한 명암비, 빠른 응답속도, LCD 대비 적은 화질변화 등의 장점 덕분에 디스플레이와 조명 시장에서 각광받고 있다.

하지만 OLED는 두 개의 전극 사이에 기능성 유기박막들이 적층된 구조로 구성되어 있으며, 투명 전극과 유리 기판의 굴절률 차이, 그리고 유리 기판과 공기와의 굴절률 차이로 각 계면에서 전반사 현상이 발생하여 광 손실이 발생한다.

또한 전극에 존재하는 내부 전자들의 집단적인 거동에 의해 금속과 유기물 계면에 따라 광이 소멸되는 현상도 생기게 된다. 이러한 손실로 인해 일반적으로 외부로 추출되는 광 효율은 약 20%로 보고되고 있다.

낮은 외부 광효율을 극복하기 위해 Micro Lens Array, 주기적 주름 구조 등의 여러 연구들이 진행되었지만, 이러한 방식은 공정이 복잡하거나, 마이크로 크기여서 시인성이 크거나, 색 왜곡이 발생하는 단점을 가지고 있다.

이러한 가운데, 한국산업기술평가관리원(KEIT)은 R&D사업으로 2014년 6월부터 지원한 고려대 주병권 교수 연구팀이 OLED 광특성 향상 기술개발에 성공했다고 밝혔다.

연구팀은 폴리머층을 스핀코팅 방식으로 형성시킨 후 건식식각 방식을 이용하여 수십 나노미터 기둥의 폭과 수백 나노미터 간격을 가진 산란층을 제작해 OLED에 적용했고, 그 결과 발광효율과 시야각이 향상된 OLED를 개발하는 데 성공할 수 있었다.

특히 연구팀이 사용한 스핀코팅과 건식식각 방식은 반도체·디스플레이 산업에서 이미 사용되고 있어 대형화 및 양산을 위한 추가적인 설비 개발이 필요 없을 것으로 보인다.

또한 기둥 형태로 구성된 나노 크기의 산란층은 크기가 작아 시인성이 낮으며, 색 왜곡이 없음을 확인하였고, 간격과 높이를 조절하여 발광효율을 극대화하고, 시야각 특성을 개선하였다. 그 결과 산란층 미적용 OLED 대비 발광효율이 31% 향상되고 시야각 특성이 약 62% 개선되었다.

주병권 교수는 “이번 연구는 나노 크기의 기둥을 이용하여 OLED 발광특성을 개선한 것”이라며 “이미 사용되고 있는 공법을 활용했기 때문에 OLED 산업에 빠르게 적용될 수 있을 것으로 기대된다”고 설명했다.

향후 이 기술을 좀 더 발전시키기 위해서는 외광 반사 차단 편광 필름과의 조합으로 인한 문제점 검증과 Image Blurring 등의 검증 및 개발이 필요하다. 또한 Virtual Reality 등 픽셀 크기가 미세한 초고해상도에 사용에 장점을 가지고 있을 것으로 보여, 특화된 산란층으로 발전시킬 수 있을 것으로 기대된다.

한편, 이번 연구는 한국산업기술평가관리원(KEIT) R&D사업인 「지연형광 방식을 이용한 양자효율 20% 이상의 적색 및 청색 형광 소재 및 소자 개발」 과제로 수행되었으며, 연구결과는 국제학술지 '네이처(Nature)'의 자매지 '사이언티픽 리포트(Scientific Reports)' 9월 25일자 게재됐다.