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서민철 경희대 정보디스플레이학과 교수 연구팀은 시야각에 의한 색 변화가 적고 효율이 높은 구조적 신축성을 갖는 유기 발광 다이오드(OLED) 개발에 성공했다고 31일 밝혔다.
OLED는 색의 순도를 높이기 위해 ‘미소공진 구조’를 사용한다. 빛이 디스플레이 내부에서 여러 번 반사하는 구조다. 이렇게 반사된 빛은 특정 파장에서 강하게 공명해 특정 색을 더 선명하게 표현할 수 있다. 그러나 이 구조는 OLED를 측면에서 봤을 때 빛의 경로 길이가 변하면서 색이 변하는 단점이 있다.
연구팀은 ‘나노 물결무늬 구조’를 도입해 문제를 해결했다. OLED 내부에서 반사하며 진행하는 경로 차이에 의한 색 변화를 줄여 높은 색순도를 유지할 수 있는 구조다. 이를 통해 OLED 내부에서 발생하는 빛이 외부로 더 잘 나올 수 있고 디스플레이를 바라보는 각도에 따른 색 변화도 줄일 수 있다. 특히 빛이 특정 방향으로만 반사되는 것을 방지할 수 있어 다양한 각도에서 일정한 색과 밝기를 유지할 수 있다.
나도 물결무늬 구조는 기존 ‘신축성 OLED(SOLED)’의 단점을 극복하는 데에도 효과가 있었다. SOLED는 반복적인 신축에 취약하고 신축 시 효율이 감소했다. 연구팀은 프리 스트레칭된 고신축성 탄성체 테이프와 나노 물결무늬가 적용된 광학 접착 필름을 사용했다. 이를 통해 신축성을 확보했고 OLED 소자 내에서 소멸되는 빛을 줄여 광추출 효율을 극대화하고 외부 변형에도 견딜 수 있는 SOLED 구조를 설계했다.
SOLED의 성능 향상을 위해 도입한 나노 물결무늬 구조 광학 접착 필름은 빛이 OLED 소자 내부에서 갇히는 것을 방지했고 기존의 유리 기판에 증착한 비신축성 OLED에 준하는 성능을 확인했다. 이를 통해 ‘외부 양자 효율’을 39.50%로 늘리고 단위 광도당 필요한 전류를 뜻하는 전류 효율도 221cd/A까지 늘었다. 신축성 테스트도 실시한 결과 소자에 100% 변형을 가하는 상황에서도 성능을 유지하는 안정성을 입증했다.
서민철 교수는 “SOLED는 웨어러블 기술부터 의료 기기까지 다양한 산업에서 혁신을 이끌어낼 수 있는 잠재력이 있지만 SOLED의 낮은 효율성과 시야각에 따른 색 변화 문제가 큰 도전 과제였다”며 “이번 연구에서는 나노 물결 구조를 적용해 이 문제를 해결하는 데 성공했다”고 말했다.
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