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유기발광다이오드(OLED) 전력소비량은 물론 핵심이 되는 재료를 2주 내에 개발할 수 있는 시스템이 나왔다. OLED의 수명을 늘림과 동시에 가격을 낮추고 연구개발(R&D) 과정에 있어 편의성을 크게 개선시킬 수 있다는 점에서 주목할 만하다.

3일 서울대학교 재료공학부 김장주 교수 연구팀과 코코링크는 서울대학교 호암교수회관에서 기자간담회를 열고 45% 이상의 효율을 가진 OLED 재료를 2주 내에 개발할 수 있도록 지원하는 모사분석 시스템 ‘룩솔(Luxol) OLED’를 개발해 상용화했다고 밝혔다.

이 자리에서 김장주 교수는 “최적의 OLED 분자구조 설계를 통해 효율을 높이는 것이 가능했다”며 “OLED 소자와 설계 기술이 핵심이며 (룩솔 OLED를 통한) 시뮬레이션에 의해 갖춰야 할 구조와 환경을 미리 확인할 수 있다”고 설명했다.

OLED는 백라이트유닛(BLU)이 필요한 액정표기장치(LCD)와 달리 스스로 빛을 내는 자발광 특성을 갖는다. 양전극(+)과 음전극(-)에서 출발한 전자가 정공주입층(HIL), 정공수송층(HTL), 전자수송층(ETL), 전자주입층(EIL)을 각각 거쳐 발광층(EML)에서 도판트를 통해 최종적으로 호스트에서 빛을 만든다. 이전까지는 OLED 분자가 원(구) 형태여서 전자의 자극을 받은 광자가 모든 방향에서 발생하는 것으로 생각했지만 수직, 수평 형태에 따라 효율에 차이를 보인다는 점이 확인됐다.

OLED 재료도 고려대상이다. 일반적으로 OLED 재료를 개발하려면 발광물질의 특성을 규명해 적절성 판단이 필수적이다. 선정된 발광물질의 구조를 정하고 각 재료의 두께를 바꿔가며 샘플을 만든다. 이를 분석 측정해 최적의 구조를 찾아내는 방식이다. 룩솔 OLED의 경우 발광물질의 일반적인 특성 뿐 아니라 쌍극자 배향도까지 완벽하게 측정할 수 있다. 임의의 재료구조에 대해 발광효율 시뮬레이션을 통해서 최적의 구조를 뽑아낸다.

덕분에 고효율의 OLED 발광재료 개발을 지원하는 시스템으로 시료 분석기와 시뮬레이션 프로그램으로 구성되는데 25%가 한계로 알려졌던 발광효율을 45%까지 높일 수 있고 개발기간도 2주 이내로 줄일 수 있게 됐다.

룩솔 OLED 상용화를 담당하고 있는 코코링크 이동학 대표는 “이상적인 재료의 구조를 추출할 수 있는 설계 알고리즘을 개발했다”며 “기판과 수십 층 레이어 두께, 굴절률을 조합하면 어느 정도 효율을 얻을 수 있다는 것을 불과 몇 분 만에 계산할 수 있다”고 설명했다. 실제로 코코링크는 5분 이내에 UV 광원으로 OLED 재료의 특성을 파악하는 모습을 즉석으로 시연하기도 했다.

마지막으로 이 대표는 “OLED 개발과 제품화를 하나의 제품으로 공급할 수 있으며 특정 후보 물질을 최적의 구조를 뽑아서 특허출원을 하고 재료를 출시하는 것도 가능하다”며 “6개월이면 현존하는 모든 발광물질을 분석할 수 있어서 UDC, 듀폰 등의 재료 업체에서도 관심을 가지고 있다”고 덧붙였다.

<이수환 기자>shulee@insightsemicon.com