자기장에 따른 밝기 변화로 청색 OLED 수명 예측한다

[산업일보]
자기장에 따른 밝기 변화를 기반으로 청색 인광 OLED(유기발광다이오드)의 수명을 예측하는 방법이 개발됐다.

카이스트(KAIST)는 전기및전자공학부 유승협 교수 연구팀이 경희대학교 권장혁 교수·국립한밭대학교 이재현 교수 연구팀 및 ㈜ASTA 연구진과 공동연구를 통해 해당 예측 기법을 개발했다고 22일 밝혔다.

연구팀은 청색 인광 OLED의 높은 효율과 긴 수명을 확보하는 것이 핵심 개발 과제라고 꼽았다. 기존에는 OLED의 수명을 확인하기 위해 수십~수백 시간 연속 구동하며 밝기 감소를 관찰해야 했다. 이 방식은 오랜 시간이 소요되며 평가 과정에서 소자의 성능도 하락한다는 한계가 있었다.

이에 연구팀은 OLED 내부에서 전기를 띤 입자들이 재결합해 빛을 만드는 과정에 자기장이 영향을 주면서 밝기를 미세하게 바꾸는 현상에 주목했다. 일정한 전류를 흘린 상태에서 전자석으로 자기장 세기에 변화를 주면서 밝기 변화를 정밀 측정해, 자기장이 가해지면 OLED의 밝기가 소폭 상승하는 현상을 확인했다. 연구팀은 이 변화 속 여러 반응 가운데 수명 저하와 밀접한 신호를 추출해 단일 평가 수치로 만들었다.

이를 동일한 발광 물질에 내부 구조를 달리한 4종의 청색 인광 OLED에 적용한 결과, 초기부터 밝기의 자기장 반응이 낮게 측정된 소자가 실제 장시간 구동 시험에서 초기 휘도를 더 오래 유지했다. 자기장에 따른 밝기 변화가 소자의 수명을 가늠하는 단서가 될 수 있다는 것이다.

이러한 상관관계의 원인도 분석했다. OLED를 오래 사용하면 내부 유기 분자의 결합이 끊어지면서 발광을 방해하는 결함이 생길 수 있는데, 분자 시뮬레이션과 분석을 통해 이 결함이 발광 과정에 영향을 주고, 그 영향이 자기장에 따른 밝기 반응에도 나타날 수 있다고 설명했다.

연구팀은 해당 기술을 통해 자기장으로 수명을 늘린 것이 아니라, 자기장 반응을 측정해 수명이 긴 소자를 사전에 구별한 점이 핵심이라고 짚었다. 이를 통해 디스플레이 기업이나 연구소가 같은 발광 물질로 구조가 다른 시제품을 여러 개 만들었을 때, 초기 측정으로 오래갈 가능성이 높은 구조를 골라 후속 개발에 집중할 수 있어 개발 시간과 비용 절감이 기대된다고 전망했다.

다만 이번 연구 결과를 여러 OLED에 적용하려면 추가 검증이 필요하다고 단서를 달았다. 소재와 내부 구조가 달라지면 자기장에 반응하는 요인도 변화할 수 있어 대상에 맞는 분석이 요구된다는 것이다.

유승협 교수는 보도자료에서 ‘OLED 개발 초기 단계에서 수명이 우수한 소재와 소자 구조를 빠르게 선별하는데 활용할 수 있다’라며 ‘다양한 조건에서 검증을 거치면 고효율·장수명 청색 OLED 개발을 뒷받침하고, 제품에 손상을 주지 않는 평가 기술로 쓰일 것’이라고 전했다.