OLED 청색 소자의 수명 저하 이유가 밝혀졌다.
삼성전자는 26일 보도자료를 통해 삼성전자 종합기술원 연구진과 이화여대 화학신소재공학부 유영민 교수 연구팀이 OLED 블루 인광 소재의 수명 저하를 가져오는 열화 매커니즘을 최초로 증명하고, 이를 개선할 수 있는 소재 설계 방법을 제안했다고 밝혔다.
OLED는 백라이트를 사용하는 기존 LCD와 달리 자체 발광이 되는 유기 화합물을 재료로 사용해 화면이 밝고 명암비가 우수한 동시에 소비전력도 적은 장점이 있지만, 고효율 인광 소재가 상용화된 적색, 녹색과 달리 청색 인광의 짧은 소재 때문에 상용화되지 못해 형광 소재를 대신 사용하면서 수년 이상 장시간 사용하기에는 적합하지 않다는 지적을 받아왔다.
인광 소재를 사용할 경우 형광에서 변환되지 않는 3종(삼중향)이 빛으로 변환될 뿐 아니라 일중향이 삼중향으로 전이, 빛으로 변환하여 변환 효율이 100%에 이르는데 비해, 형광 물질로 대체했을 경우 유기 화합물이 전기적으로 에너지 준위가 상승될 때 형성되는 4종의 전자-정공 쌍 가운데 1종(일중향)만 빛으로 변화되어 변환 효율이 25%에 불과하다.
연구진은 청색 인광의 소재 분해 경로를 분석하던 중 인광 구성 요소 간의 전자전이 과정에서 형성된 전하 분리종이 열과를 가속시킨다는 매커니즘을 확인했다. 이는 청색 인광 소재가 적색, 녹색보다 왜 그렇게 빨리 수명이 단축되는지를 최초로 과학적으로 증명한 연구다.
연구진은 나아가 전하 분리종 소멸 속도에 따라 최대 수십 배까지 수명 차이가 발생하는 것을 확인했고, 전하 분리종을 최대한 빨리 소멸시켜 수명을 늘릴 수 있는 소재 결합 구조도 제시했다.
이번 공동 연구에 참여한 종합기술원 인수강 전문연구원은 “향후 추가 연구를 통해 열화를 최소화할 수 있는 청색 인광 소재를 찾고 이를 실제 시스템까지 적용하는 것이 최종 목표다”고 말했다.
이화여대 유영민 교수는 “청색 OLED 소자 수명이 짧은 원인을 설명하는 새로운 화학 메커니즘을 제시한 데에 의의가 있으며, 이 메커니즘은 나아가 유기 트랜지스터 등 다른 전자 소자의 수명을 이해하는 데에 요긴하게 쓰일 수 있을 것”이라고 설명했다.
한편 삼성전자 종합기술원은 삼성SDI와 녹색 인광 소재를 개발하여 2014년부터 삼성 갤럭시 스마트폰에 적용해 왔으며, 모바일 제품용 청색 인광 소재 기술을 확보하기 위해 2015년부터 분자 광학(Molecular Photonics) 분야 전문가인 이화여대 유영민 교수 연구팀과 협력을 진행해 왔다.
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