국내 연구진이 1000번 가량 구부려도 성능이 유지될 정도로 유연성이 매우 뛰어나고, 광효율이 2배 가량 향상된 '플렉서블 유기발광다이오드(OLED)' 제조 기술을 개발했다.
유승협 KAIST 전기 및 전자공학부 교수와 이태우 포스텍 신소재공학과 교수 공동 연구팀은 반복적으로 구부리거나 휘어져도 손상되지 않으면서 우수한 효율과 유연성을 구현하는 '그래핀 전극 기반의 플렉서블 OLED' 기술을 개발했다고 2일 밝혔다.
현재 상용화된 플렉서블 OLED 기술은 엣지형 스마트폰이나 커브드 OLED TV 등에 쓰이고 있지만, 곡면 형태로 휘게 만든 후 고정시키는 방식으로 활용되고 있다. 하지만 지금 가장 많이 사용하는 산화인듐주석(ITO) 등과 같은 산화물 투명전극을 사용한 플렉서블 OLED는 유연성이 취약해 반복해서 구부리면 쉽게 깨지는 단점이 있다.
이 때문에 우수한 유연성과 전기·광학적 특성이 뛰어난 그래핀을 투명전극으로 사용하는 연구가 활발하게 시도되고 있으나, 빛 반사가 적어 광효율이 낮은 한계를 안고 있다.
연구팀은 이런 문제를 기존 그래핀에 산화티타늄(TiO2)과 전도성 고분자 형태를 결합한 복합 전극층으로 만들어 해결했다. 굴절률이 높은 산화티타늄과 굴절률이 낮은 전동성 고분자를 그래핀 위아래에 붙여 강한 공진현상(특정 주파수 진동에 강하게 반응하는 현상)을 활용해 빛의 반사율을 높이는 방법으로 광효율을 향상시킨 것이다.
이렇게 개발된 복합 전극의 광효율은 기존 그래핀 전극의 27.4%보다 1.5배 향상된 40.5%에 달해 그래핀 기반 OLED 중 가장 높은 효율을 보였다.
높은 유연성도 갖춰 산화티타늄이 구부러질 때 깨지는 것을 막아 기존 산화물 투명전극보다 4배 높은 변형에도 견뎠다. 실제로, 곡률 반경 2.3㎜에서 1000회 구부려도 밝기 특성이 변하지 않는 유연성을 갖췄다고 연구팀은 설명했다.
유승협 교수는 "이 연구결과는 플렉서블, 웨어러블 디스플레이나 인체부착형 센서용 플렉서블 광원개발 등에 기여할 것으로 기대한다"고 말했다.
이 연구결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈(6월 2일자) 온라인판'에 실렸으며, 연구재단 차세대 플렉서블 디스플레이 융합센터, 글로벌 프론티어 소프트 일렉트로닉스연구단, KAIST 그래핀연구센터, 산업부의 IT R&D사업의 지원으로 수행됐다.
대전=이준기기자 bongchu@dt.co.kr
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