차세대 디스플레이와 조명 등의 광원으로 주목받는 고분자 유기발광소자*의 낮은 발광효율과 안정성을 극복할 수 있는 공정이 국제 공동연구진에 의해 개발됐다.
* 고분자 유기발광소자(Polymer Light-Emitting Diodes) : 공액고분자를 발광체로 사용하여 전기에너지를 빛에너지로 변환하는 소자. 제작비용이 적고 형태와 무게 등제약이 적어 조명이나 디스플레이에 쓰일 수 있는 차세대 발광소자로 주목받음
울산과학기술대(UNIST) 송명훈 교수(신소재공학부)와 이보람 석· 박 통합과정 연구원(제1저자)이 주도하고, 전자부품연구원, 한국과학기술원, 충남대 및 영국 캠브리지대(University of Cambridge), 임페리얼 컬리지(Imperial College London)가 공동 수행한 이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 중견연구자지원사업의 지원으로 수행되었으며 연구결과는 자연과학 분야 세계적인 학술지 네이처 커뮤니케이션스(Nature Communications) 온라인판 9월 10일자에 게재되었다.
* 논문제목 : Highly efficient inverted polymer light-emitting diodes using surface modifications of ZnO layer
고분자 유기발광소자는 고분자를 발광체로 사용해 전기 에너지를 빛 에너지로 변환하는 소자로 형태와 무게 등에 제약이 적고 용액 공정이 가능하기 때문에 높은 생산성을 기대할 수 있는 차세대 발광소자다. 하지만 고분자 유기발광소자에 사용되는 고분자 형광 발광물질은 낮은 발광효율과 불안정성이 단점이다.
연구팀은 고분자의 낮은 발광효율을 높이기 위해 처리 온도에 따라 자발적으로 형성되는 물결 모양(Ripple-shaped)의 나노구조 산화아연(ZnO-R)을 사용해 고효율 유기발광다이오드를 개발하였고, 그 결과 발광효율*(외부양자효율**)이 17.8%로 기존 보고된 이론값이 5%인 것에 비해 3배 이상 향상된 것으로 나타났다.
* 발광효율(luminous efficiency) : 전기에너지가 발광에너지로 변환되는 비율. 얻어진 빛에너지의 일부는 외부로 나오기 전에 다시 물질에 흡수되거나 산란된다.
* 외부양자효율(external quantum efficiency) : 소자 외부로 나오는 빛에너지의 비율.
물결모양의 나노구조 산화아연을 이용하여 기존의 평평한 층 대비 광추출효율을 향상시키고, 극성용매를 이용하여 전자 수송층*과 발광층** 사이의 에너지 차이를 줄여 전자주입이 원활하도록 한 데 따른 것이다.
* 전자수송층 : 음극에서 주입된 전자가 발광층으로 효율적으로 보내주는 층
* 발광층 : 전자와 전공이 결합하여 photon으로 변환하여 발광하는 층
본 기술은 대면적화가 가능하고 플렉서블 유기기반 광전자소자로적용이 가능해 차후 유기발광소자의 효율 향상뿐만 아니라, 조명으로 이용할 수 있는 유기발광소자와 유기다이오드 레이저분야 상용화에 큰 영향을 미칠 것으로 기대된다.
송 교수는 “조명과 디스플레이용 저전력, 친환경 광원 개발의 필요성이 급증하는 가운데 고분자 유기발광소자의 발광효율과 안정성을 향상시켜 상용화에 큰 도움을 줄 것”이라고 밝혔다.
# 본 보도자료는 미래창조과학부에서 주관해 배포했습니다.
