최경철 KAIST 교수(전기전자공학과·사진)팀이 OLED의 효율을 획기적으로 향상시키는 원천기술을 개발했다.

최 교수팀은 10일, 나노 크기의 은(Ag)
을 플라즈몬(plasmon) 발생 물질로 사용, OLED에서 발생하는 빛과 결합할 경우 OLED 밝기가 크게 증가할 수 있다는 사실을 밝혀냈다고 밝혔다. OLED 발광 재결합 속도가 빨라짐으로써 효율을 획기적으로 향상시킬 수 있다는 얘기다.

특히 최 교수팀은 진공 열증찰법을 이용, 나노 크기의 은을 OLED 내부의 활성층과 가까운 곳에 삽입하는 기술을 개발했다. 세계 최초로 표면 플라즈몬을 이용한 OLED의 저비용 상온 공정을 가능하도록 한 것이다.

이같은 연구 성과는 최대 75%이의 OLED 발광효율을 향상시킬 수 있다. KAIST는 "차세대 디스플레이인 OLED에 저비용의 나노입자를 이용한 표면 플라즈몬 기술을 접목한 새로운 디스플레이 소자 연구로 주목받고 있다"고 설명했다.

최 교수는 "표면 플라즈몬을 이용해 개발된 기술은 OLED의 광효율을 향상시킬 수 있는 새로운 기술"이라며 "원천기술 확보 및 국제경쟁력을 갖는 OLED, 플렉시블 디스플레이 기술개발에 크게 기여할 수 있을 것"이라고 말했다. 이번에 개발된 기술은 디스플레이뿐만 아니라 유기 태양광 전지에서도 적용 가능한 것으로 에너지 변환 효율의 향상을 기대할 수 있다.

최 교수팀의 연구성과는 양기열(22세) 연구원이 주도했다. 연구결과는 응용물리분야의 세계적 권위지인 ‘Applied Physics Letters’ 4월호, 광학분야 세계 최고의 저널인 ‘Optics Express’ 인터넷판 6월 25일자에 발표됐다.

이 연구는 한국연구재단의 선도연구센터 사업과 KAIST 고위험·고수익 사업의 지원을 받아 나노종합팹센터와 공동 수행해 왔다. 연구 성과는 네이쳐 포토닉스(Nature Photonics)의 8월의 연구 하이라이트에도 소개될 예정이다.



<용어설명>

○ OLED : 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 전계발광현상을 이용한 전자 디스플레이 소자의 일종. 고화질과 단순한 제조 공정이 장점이며 주로 모바일 디스플레이에 많이 응용된다.

○ 표면 플라즈몬 : 금속 표면의 자유전자가 일정 조건의 광파 입사에 의해 집단적으로 진동하는 유사 입자를 말한다. 금속 나노 입자에서는 가시광선 대역 빛과 플라즈몬이 짝지어지면서 광흡수가 일어나 선명한 색을 띠게 된다.

○ 진공 열증착법 : 10-4 Torr 이하 높은 진공상태에서 특정 물질에 열을 가하여 기화시키고, 기체상태의 증기가 목표하는 곳으로 날아가 박막으로 증착시키는 방법이다.

○ 활성층 : OLED 양쪽 전극으로부터 각각 전자와 정공이 전계에 의해 수송되고, 유기 화합물 층 내부의 활성층에서 만나서 빛을 발생시키며 재결합한다. 활성층을 이루는 유기 화합물의 에너지 밴드 폭이 발광색을 결정한다.

○ 광효율 : 소비되는 전기량(전력) 대비 빛의 밝기가 어는 정도 인지는 알려주는 물리적인 양을 말한다.

○ 유기 태양광전지 : 유기 화합물을 사용해 태양빛의 에너지를 전기에너지로 바꾸는 것으로, 유기 태양광전지에 빛을 비추면 내부에서 전자와 정공이 발생한다. 발생된 전하들은 각각 음극과 양극으로 이동하며 이 현상에 의해 전극 사이 전위차가 발생하며 이때, 태양광전지에 부하를 연결하면 전류가 흐른다.