삼성전자 SAIT와 공동연구…BT.2020에 근접한 순수 녹색 구현
[베리타스알파=김하연 기자] 경상국립대(GNU/총장 권진회) 자연과학대학 화학과 김윤희 교수 연구팀이 삼성전자 SAIT(옛 삼성종합기술원), 경희대 연구진과의 공동연구로 초고화질(UHD) 디스플레이에서 더 넓고 정확한 색을 표현하기 위한 국제 표준인 BT.2020에 근접한 순수 녹색 발광과 초고효율/고휘도 안정성을 동시에 구현한 차세대 초형광(HF: Hyper Fluorescence) 올레드(OLED) 기술을 개발했다.
김윤희 교수 연구팀은 이번 연구에서 새로운 다중공명 기반 열활성화지연형광(MR-TADF) 발광체 DBF-v-DABNA를 설계/합성하고, 이를 실제 소자에 적용해 차세대 초고해상도 디스플레이용 핵심 소재로서의 가능성을 입증했다.
차세대 초고화질 올레드(UHD OLED) 디스플레이는 높은 효율뿐 아니라, 색 순도와 고휘도 구동 안정성까지 동시에 만족해야 한다. 특히 BT.2020은 현존하는 가장 넓은 색역으로 자연의 색을 가장 정확하게 재현할 수 있는 표준이다. 이를 만족하려면 발광 스펙트럼을 매우 좁게 유지해야 하므로, 발광 소재 설계 난이도가 매우 높다. 기존의 녹색 MR-TADF 발광체들은 높은 색 순도, 높은 휘도에서의 효율 유지, 긴 소자 수명을 모두 확보하는 데 한계가 있었다.
연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 분자 중심의 강직한 구조와 발광 부위를 보호하는 입체적 설계를 바탕으로 새로운 MR-TADF 발광체 DBF-v-DABNA를 개발했다. 이 소재는 진동 결합과 분자 간 상호작용, 그리고 효율 저하를 유도하는 덱스터(Dexter) 에너지 전달을 효과적으로 억제했으며, 결과적으로 색 순도와 효율, 안정성을 동시에 향상시키는 데 성공했다.
그 결과, 이 소재를 적용한 초형광 녹색 OLED는 최대 외부양자효율(EQE) 35.6%를 기록하고, 1000cd m-2의 실사용 수준 고휘도에서도 33.9%의 높은 효율을 유지했으며, 5000cd m-2 기준 600시간 이상의 구동 수명도 확보했다. 특히, 기판 반대 방향으로 빛을 방출하는 전면 발광(top-emitting) 구조에서는 국제조명위원회(CIE) 색좌표 기준 (0.14, 0.79)의 매우 선명한 녹색을 구현해 BT.2020 녹색 표준에 근접한 성능을 보였으며, 이를 통해 고색순도/고효율/고안정성을 동시에 만족하는 차세대 순수 녹색 OLED의 가능성을 입증했다.
이번 연구는 단순히 새로운 녹색 OLED 소재를 개발한 데 그치지 않고, 초고색순도/초고효율/고안정성을 동시에 요구하는 차세대 디스플레이 기술에서 분자 설계가 어떤 방향으로 나아가야 하는지를 제시했다는 점에서 의미가 크다. 특히 MR-TADF 기반 발광체의 한계로 지적돼 온 고휘도 효율 저하와 안정성 문제를 효과적으로 극복함으로써, 향후 UHD/AR/VR/프리미엄 디스플레이용 OLED 소재 개발에 새로운 가능성을 열었다는 평가를 받는다.
경상국립대 이선정 석사와 삼성전자 SAIT 심명선 박사가 공동 제1저자로 참여한 이번 연구는 산학 공동연구 성과로, 한국연구재단 램프(G-LAMP) 사업과 글로벌형 중견연구, 그리고 삼성전자 SAIT의 지원을 받아 수행됐다.
연구 성과는 'Rec. 2020 표준에 근접한 고휘도 초고효율/고안정성 순수 녹색 초형광 유기발광다이오드(Stable Pure-Green Hyperfluorescent Organic Light-Emitting Diodes with Ultimate Efficiency at High Brightness Toward Rec 2020 Standard)'라는 제목으로 재료과학 분야의 세계적 권위지 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)'(IF:26.8)에 후표지 안쪽 지면(Inside Back Cover) 논문으로도 선정돼 5월 오프라인 호에 실릴 예정이다(논문링크: DOI: 10.1002/adma.202518330).
아울러 이번 성과는 학문적 우수성은 물론, 차세대 디스플레이용 핵심 소재 기술의 산업적 확장 가능성을 보여주는 산학협력의 대표 사례로 평가된다.
경상국립대학교 김윤희 교수
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