KAIST, 무기 LED 상응하는 고효율 OLED 구현 성공

56%의 외부 양자효율과 최대 전력 효율 이끌어내

유승협 교수, 송진욱 박사과정

외부 산란층과 결합된 OLED 구조 모식도

KAIST(총장 신성철) 전기및전자공학부 유승협 교수 연구팀이 무기 LED에 상응하는 높은 효율의 유기발광다이오드(OLED)를 구현하는 데 성공했다.

OLED는 두께가 얇고 유연 소자 제작이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 최근 조명과 차량용 광원에도 OLED를 활용하기 위한 노력이 계속되고 있다. 이런 응용에는 광원의 효율이 매우 중요하다. 최근 지속적인 연구개발에 의해 OLED의 효율이 꾸준히 상승했고, 일부는 기존 고효율 무기 LED 수준에 준하는 결과들이 보고되고 있다.

그러나 고효율 OLED의 연구 결과가 OLED가 갖는 면광원의 장점을 해치는 반구형 렌즈가 쓰이거나 소자 내부에 빛을 추출하는 나노 구조가 도입돼 안정적인 동작을 방해하는 등의 문제로 상용화에 대한 한계가 있었다.

연구팀은 OLDE의 광 추출용으로 개발됐던 여러 방법 중 실용화 가능성이 가장 큰 기술인 나노입자 기반의 광 산란층을 소자 외부에 도입하는 방법에 주목했다.

산란 현상을 수학적으로 기술하는 이론을 OLED 발광 특성 예측 모델과 최초로 결합해 여러 구조를 가지는 수많은 소자들의 특성을 짧은 시간에 예측했고, 이를 기반으로 최대 효율을 갖는 최적 구조를 이론적으로 예측하는 데 성공했다.

연구진은 이론적으로 예측된 최적의 광 산란 필름을 실험적으로 구현하고 이를 고효율 유기 발광소재를 이용한 소자 구조에 접목해 56%의 외부 양자 효율 및 221lm/W의 전력 효율을 이끌어 내는데 성공했다.

이는 큰 렌즈나 내부 광 추출구조 없이 구현된 OLED 단위 소자 효율로는 최고의 결과다.

유승협 교수는 “다양한 OLED 광 추출 효율 향상 기술이 개발됐지만, 실용화 가능성은 높지 않은 경우가 많다. 이번 연구는 상용화 가능성에서 가장 의미가 큰 기술을 활용하면서 고효율 LED의 효율에 상응하는 OLED 구현 방법을 체계적으로 제시했다는 데 의의가 있다”고 말했다.

이어, “낮은 전력소모가 특히 중요한 조명용 광원이나 웨어러블 기기의 센서용 광원에 OLDE가 활용되는 데 기여할 것”이라고 말했다.
이해미 기자 ham7239@