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고려대 연구팀 나노 픽셀 OLED 개발… 효율 ‧ 수명 개선
  • 정명곤 기자
  • 승인 2018.10.07 12:00
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TV나 모니터 디스플레이 등에 사용되는 OLED(유기발광다이오드)의 효율과 수명을 개선하는 기술이 고려대 연구팀에 의해 개발됐다. 연구팀은 OLED의 픽셀을 나노미터 크기로 구성했다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 황하 석‧박사통합과정(제1저자, 고려대), 주병권 교수(교신저자, 고려대), 박영욱 교수(교신저자, 선문대) 등으로 구성된 연구팀이 나노 크기의 픽셀을 통해 고휘도에서 높은 발광 효율을 보이는 OLED 기술을 개발했다고 4일 밝혔다.

OLED(유기발광다이오드)는 뛰어난 색 재현율, 높은 명암비, 빠른 응답속도, 휘어지는 특성 등으로 인해 디스플레이와 조명 시장에서 각광받고 있다.

그러나 현재 기술로는 OLED 내부에서 생성된 빛이 외부로 빠져나가지 못하고 손실돼 발광효율이 낮아지고, 고휘도에서 효율이 급격히 떨어지는 롤-오프(Roll-off) 현상으로 인해 수명이 짧아지는 문제가 있었다.

연구팀은 레이저 간섭 리소그래피 기술을 이용해 수백 나노미터(nm) 크기의 무수히 많은 나노 OLED가 모여서 하나의 픽셀을 구성하는 방식을 도입해 광추출 효율 향상과 롤-오프 현상 개선에 성공했다.

기존 OLED에 비해 에너지 변환 효율이 137% 향상됐고, 고휘도에서 효율 저하가 약 2~3배 개선됐다.

주병권 교수는 ”초고해상도 나노픽셀을 통해 고휘도에서의 OLED 발광 효율과 수명 향상을 개선했다“라며 “고휘도를 필요로 하는 OLED 조명 시장에 핵심 기술로 적용될 수 있을 것으로 기대한다”고 밝혔다.

연구는 과학기술정보통신부·한국연구재단 기초연구사업(중견연구) 등의 지원으로 수행되었다. 논문은 나노소재 분야 국제학술지 나노스케일(Nanoscale)에 9월 1일 게재되었다.

논문명은 ‘Nano-arrayed OLEDs: enhanced outcoupling efficiency and suppressed efficiency roll-off’ 이다.
 

▲나노 픽셀 어레이 OLED의 소자 구조 단면도 = 전자와 홀이 결합하여 생성하는 준입자인 엑시톤은 일정 시간 후에 빛을 발광하면서 소멸한다. 생성된 엑시톤이 전하 캐리어인 전자와 홀과 충돌하게 되면 엑시톤이 가지고 있던 에너지를 빛을 발광하지 못하고 열로 내보낸다. 위 그림은 나노 픽셀 어레이 OLED 소자 구조에서 엑시톤 확산 현상을 통해 엑시톤과 전하 캐리어와의 충돌을 줄여 롤-오프 현상을 개선하는 메커니즘을 보여주고 있다.(자료제공=한국연구재단)

 

 

▲나노 픽셀 어레이 OLED의 제작 공정도 및 레이저 간섭 리소그래피 장치 = 기판 위에 포토레지스트(photoresist)를 코팅한 후 레이저 간섭 리소그래피를 통하여 나노패터닝을 진행한다. 패터닝 된 포토레지스트는 나노 픽셀 영역을 정의하는 PDL(pixel defining layer)로 사용된다. PDL 위에 유기물과 금속을 증착하여 OLED 소자를 제작한다. 레이저 간섭 리소그래피 장치에서 로이드 거울(Lloyd’s Mirror)의 각도에 따라 나노 픽셀의 픽셀 간 간격을 조절할 수 있으며 노광된 에너지의 세기와 현상 시간(developing time)을 조절하여 나노 픽셀의 크기를 조절할 수 있다.(자료제공=한국연구재단)

정명곤 기자  mkchoung@sanhak.co.kr

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