KAIST, '화면 밝기 2배 향상' OLED 기술 개발

(대전=뉴스1) 김종서 기자 = 한국과학기술원(KAIST)은 전기및전자공학부 유승협 교수 연구팀이 유기발광다이오드(OLED) 발광 효율을 2배 이상 높이는 새로운 '준평면 광추출 구조'와 OLED 설계 방법을 개발했다고 11일 밝혔다.

OLED는 여러 층의 매우 얇은 유기물 박막이 겹겹이 쌓여 만들어진다. 이 과정에서 빛이 층과 층 사이를 지나며 반사되거나 흡수돼 OLED 내부에서 생성된 빛의 80% 이상이 밖으로 나오지 못하고 열로 사라진다.

이를 해결하기 위해 OLED 위에 렌즈 구조를 붙여 빛을 밖으로 꺼내는 방식인 반구형 렌즈나 마이크로렌즈 어레이(MLA) 같은 광추출 구조가 사용돼 왔다. 그러나 반구형 렌즈 방식은 큰 렌즈가 돌출되어 평면형태를 유지하기 어렵고 마이크로렌즈어레이는 충분한 광추출 효과를 보려면 픽셀 크기 보다 훨씬 커야 해 주변 픽셀과의 간섭 없이 높은 효율을 내는데 한계가 있었다.

연구팀은 OLED를 더 밝게 만들면서도 평면 구조를 유지하기 위해 각 픽셀 크기 안에서 빛을 최대한 효율적으로 밖으로 내보내는 새로운 OLED 설계 방법을 제안했다.

기존 설계가 OLED가 끝없이 넓다고 가정한 것과 달리, 실제 디스플레이에서 사용되는 제한된 픽셀 크기를 고려한 것이 특징이다. 이를 통해 같은 크기의 픽셀에서도 더 많은 빛을 외부로 방출할 수 있었다.

또 빛이 옆으로 퍼지지 않고 화면 정면으로 잘 나오도록 돕는 새로운 준평면 광추출 구조로 휘어지는 플렉서블 OLED에도 쉽게 적용할 수 있게 했다.

이 새로운 OLED 설계와 준평면 광추출 구조를 함께 적용한 결과, 작은 픽셀에서도 빛을 내는 효율을 2배 이상 향상시키는 데 성공했다.

이번 기술은 OLED의 평평한 구조를 유지하면서도 같은 전력으로 더 밝은 화면을 구현할 수 있어 스마트폰·태블릿 PC 등 모바일 기기의 배터리 사용 시간을 늘리고 발열을 줄이는 데 기여할 것으로 기대된다. 디스플레이 수명 역시 향상될 전망이다.

이번 연구 제 1저자인 신소재공학과 김민재 학사과정생은 "수업 중 떠올린 작은 아이디어가 KAIST 학부생 연구 프로그램(URP)을 통해 실제 연구 성과로 이어졌다"고 설명했다.

유 교수는 "픽셀 내 광원 대비 크기에 제약을 둬 인접 픽셀 사이에서 빛이 서로 간섭하는 현상도 줄이면서 효율도 극대화할 수 있도록 구현됐다"며 "OLED 뿐 아니라 페로브스카이트·양자점 등 차세대 소재 기반의 디스플레이에도 적용할 수 있다"고 강조했다.

전기및전자공학부 김준호 박사가 공동 제1저자로 참여한 이번 연구는 국제 학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications) 온라인판에 공개됐다.

jongseo12@news1.kr