한국과학기술원(KAIST·총장 이광형) 연구진이 유기발광다이오드(OLED) 디스플레이의 기존 난제였던 내부 빛 손실을 해소했다. OLED 장점인 평면 구조는 유지하면서 발광 효율을 2배 이상 높였다.
KAIST는 유승협 전기 및 전자공학부 교수팀이 이를 위한 새로운 구조와 OLED 설계 방법을 개발했다고 11일 밝혔다.
OLED는 매우 얇은 유기물 박막을 쌓아 만드는데, 박막 사이에서 빛이 반사·흡수된다. 빛 80% 이상이 밖으로 나오지 못하고 사라진다.
대안으로 OLED 위에 렌즈 구조를 붙여 빛을 밖으로 꺼내는 반구형 렌즈, 마이크로렌즈 어레이(MLA) 등이 사용돼 왔다. 그러나 반구형 렌즈 방식은 렌즈가 돌출돼 평면형태 유지가 어렵다. 마이크로렌즈어레이는 픽셀보다 커 주변 간섭 없이 고효율을 내기 어려웠다.
이에 연구팀은 각 픽셀 크기 안에서 빛을 최대한 효율적으로 밖으로 내보내는 새로운 OLED 설계 방법을 제안했다. 실제 디스플레이에 사용되는 제한된 픽셀 크기를 고려해, 같은 크기 픽셀에서도 많은 빛을 외부 방출할 수 있다.
또 연구팀은 '준평면 광추출 구조'를 개발했다. 이 구조는 매우 얇아 기존 마이크로렌즈 어레이와 비슷한 두께를 가지면서도, 반구형 렌즈에 가까운 높은 광추출 효율을 구현할 수 있다. 휘어지는 플렉서블 OLED에도 쉽게 적용할 수 있다.
이들을 적용한 결과, 작은 픽셀에서도 발광 효율을 2배 이상 향상시켰다. 모바일 기기 배터리 사용 시간 연장, 발열감소, 디스플레이 수명 향상 효과가 기대된다.
유승협 교수는 “그간 수많은 광추출 구조가 제시됐지만 대면적 조명용이 대부분이었고, 수 많은 작은 픽셀로 이뤄진 디스플레이에는 적용하기 어렵거나 효과가 크지 못한 경우가 많았다”며 “이번에 제시된 준평면 광추출 구조는 인접 픽셀 사이에서 빛이 간섭하는 현상도 줄이면서 효율도 극대화할 수 있다”고 강조했다.
김민재 신소재공학과 학사과정(현 스탠포드대 재료공학과 박사과정)과 김준호 전기 및 전자공학부 박사(현 독일 쾰른대 박사후연구원)가 공동 제1저자로 참여한 이번 연구는 네이처 커뮤니케이션즈 온라인판에 지난 29일 공개됐다.
김영준 기자 kyj85@etnews.com
