인공지능(AI) 시대가 본격화되면서 스마트폰과 IT 기기, TV는 물론 AI 디바이스 등 디스플레이에서도 핵심 저전력이 경쟁력으로 떠올랐다. 저전력 이슈와 함께 유기발광다이오드(OLED) 산업은 지난 20여 년간 풀지 못한 '청색 인광' 상용화를 더는 미룰 수 없는 과제가 됐다..
로오딘(대표 오형윤)은 7년 전부터 이러한 문제를 예측하고 기존과는 다른 플랫폼 기술로 연구개발한 '분자 내 에너지 전달의 무반경 모델(ZRIET)' 메커니즘'을 기술 검증해, 청색 인광 OLED의 상용화에 바짝 다가섰다고 12일 밝혔다. ZRIET는 분자 내 에너지 전달 반경을 사실상 제로(0)로 만드는 기술이다. 로오딘은 이를 형광 및 열지연형광(TADF) OLED 발광 재료에 적용해 실제 소자에서의 구현 가능성을 연이어 입증해왔다.
그간 ZRIET 기반 청색 인광 기술을 실제 제품으로 구현하는 과정에서는 또 다른 난제가 남아 있었다. 분자량이 증가하면서 증착 온도가 높아지고, 그 과정에서 소재가 열분해되는 문제였다. 이는 연구 초기부터 다수 전문가들이 차세대 고효율 청색 OLED인 'ZETPLEX' 청색 인광 기술 상용화의 핵심 관문으로 지적해온 과제였다.
로오딘 연구진은 물리·화학적 원리에 기반한 분자 설계를 통해 이 문제를 해결했다. 청색 인광 소재의 진공 증착 온도를 기존 대비 약 50도 낮춰 열분해 없이 안정적으로 증착되는 특성을 확보한 것이다. 이를 바탕으로 기존 3성분계 구조 청색 인광 소자를 2성분계로 단순화하는 데도 성공했다. 세계 최초다.
비교 실험 결과, 새롭게 개발된 2성분계 소자는 기존 구조 대비 발광 효율, 색 순도, 구동 전압 및 구동 안정성 전반에서 우수한 성능을 보였다. 발광층 내 에너지 전달 속도 역시 약 10배 향상된 것으로 확인됐다.
이번 성과의 의미는 단순한 신소재 개발에 그치지 않는다. 청색 인광 상용화의 해법을 모색해온 업계에 새로운 플랫폼 개념과 분자 설계 방향을 제시했다는 점에서 학술적 의의가 크다. 또한 기존 양산 공정을 유지한 채 적용 가능한 2성분계 구조라는 점에서 제조 공정 단순화와 원가 절감 가능성까지 제시해 산업적 가치도 높다는 평가다.
이번 연구는 경희대학교 김태경 교수, 가천대학교 홍완표 교수, 단국대학교 강선우 교수, 중앙대학교 김재민 교수 연구팀과의 공동연구로 수행됐다. 국제학술지 '어드밴스드 사이언스'에 게재되며 기술의 국제적 검증을 받았다. 이를 계기로 글로벌 OLED 기업들의 ZETPLEX 기술 평가도 본격화되고 있다.
로오딘은 현재 청색 인광 OLED 상용화의 마지막 핵심 기술인 청색 호스트(host) 개발에 연구 역량을 집중하고 있다. 호스트는 OLED 소자 수명을 좌우하는 핵심 소재다. 삼중항 엑시톤이 장시간 축적되지 않고 빠르게 발광 과정으로 전환되도록 유도하는 동시에 발광층 내 전하 균형을 유지하는 것이 핵심이다.
회사에 따르면 최근 ZRIET 개념을 적용한 신규 청색 호스트 화합물의 설계 및 합성에 성공했으며, 기존과는 다른 새로운 삼중항 제어 메커니즘의 구현 가능성을 실험적으로 확인했다. 발광층 내 전하 균형을 효과적으로 유지할 수 있는 새로운 호스트 설계 전략도 함께 도출해, 청색 인광 OLED의 효율과 수명을 동시에 향상시킬 기술적 기반을 마련했다는 설명이다.
로오딘 관계자는 “현재 청색 인광 OLED 상용화에 필요한 핵심 기술 대부분을 확보한 상태”라며 “마지막 퍼즐인 청색 호스트 기술까지 완성하면 청색 인광 OLED 상용화에 필요한 핵심 플랫폼을 모두 자체적으로 확보하게 된다”고 밝혔다. 이어 “올해 안에 청색 호스트 개발을 완료해 세계 최초 청색 인광 OLED 상용화를 실현하고, 글로벌 OLED 시장의 새로운 플랫폼 기술로 자리매김할 수 있도록 연구개발과 사업화를 더욱 가속화하겠다”고 말했다.
한편 로오딘은 이번 연구에 이어 ZETPLEX 기반 소자 플랫폼 기술에 대한 후속 연구 성과도 논문으로 발표할 계획이다. 플랫폼 기술을 단계적으로 공개해 글로벌 OLED 기업들과의 공동연구 및 기술 협력을 확대하고, 청색 인광 OLED 상용화 시점을 앞당긴다는 전략이다.
이경민 기자 kmlee@etnews.com
