1.3볼트로 켜지고 1,000배 더 많은 전기를 전달할 수 있는 결정성 OLED 개발

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해외 기사를 번역한 것이므로 오역이 있을 수 있습니다.

https://www.avpasion.com/primer-oled-cristalino-1-voltios-multiplica-1000/

 

 

 

1.3볼트만으로 켜지고 1,000배 더 많은 전기를 전달할 수 있는 결정성 OLED 개발

 

일본 도야마 대학교 연구진이 지금까지 성공하지 못했던 성과를 거두었습니다. 바로 루브렌의 얇은 결정성 발광층을 사용하여 작동 가능한 유기발광다이오드를 제작한 것입니다. 이는 패널 내부에서 빛을 내는 유기 물질을 배치하는 방식에서 매우 큰 변화를 의미합니다.

 

현재 사용되는 유기발광다이오드는 대부분 비정질 유기층을 사용합니다. 쉽게 말해 분자들이 꽤 무질서하게 배치되어 있어 물질 내부에서 전하가 이동하기 어렵습니다. 반면 이 새로운 장치에서는 분자들이 훨씬 더 정돈된 결정 구조를 형성합니다.

 

결과는 매우 놀라웠습니다. 시제품은 단 1.3볼트의 전압에서 1칸델라의 밝기로 빛을 내기 시작했으며 동일한 전압으로 작동할 때 기존 비정질 장치보다 전류 밀도가 최대 1000배 더 높았습니다. 물론 이 수치가 1000배 더 밝다는 뜻은 아니며 전기가 내부를 훨씬 더 잘 통과할 수 있다는 의미입니다.

 

두께가 50나노미터에 불과한 유기발광다이오드 층이 거대한 결정으로 변함

 

가장 큰 어려움은 물질을 결정화하면서도 층이 너무 두꺼워지거나 불균일해지지 않도록 하는 것이었습니다. 연구진은 이를 해결하기 위해 유리 전이 온도가 낮은 비정질 기반을 사용한 뒤 2단계에 걸친 가열 공정을 적용했습니다.

 

이 기술 덕분에 두께가 50나노미터에 불과하면서도 크기가 약 1밀리미터에 달하는 결정 영역으로 구성된 루브렌 박막을 만드는 데 성공했습니다. 층이 극도로 얇다는 점을 고려하면 이는 매우 놀라운 수준입니다.

 

또한 이 공정은 비에피택셜 방식입니다. 즉 결정이 완벽하게 호환되는 구조를 가진 다른 결정 물질 위에서 자랄 필요가 없다는 뜻으로 제조 공정을 상당히 단순화하고 적용 가능한 표면 범위를 넓혀줍니다.

 

분자 정렬로 전기가 훨씬 더 잘 통함

 

비정질 물질에서는 전하가 불규칙하게 배치된 분자 사이를 뛰어넘어야 합니다. 이 이동 경로는 더 많은 저항을 발생시키고 유기발광다이오드가 빛을 발산하게 만들기 위해 더 높은 전압을 가하도록 강제합니다.

 

결정 구조 내에서 이러한 분자들을 정렬하면 정공과 전자는 훨씬 더 깨끗한 경로를 찾게 됩니다. 전하 수송 능력의 이러한 향상은 새로운 장치가 정확히 동일한 전압을 사용하면서도 최대 1000배 더 높은 전류 밀도에 도달하는 이유를 설명해 줍니다.

 

전계발광 스펙트럼 역시 변경됩니다. 비정질 층이 보통 더 넓은 발광 영역을 만드는 반면 결정성 유기발광다이오드는 루브렌의 특정 전이 쌍극자 배향과 관련된 훨씬 더 좁고 명확한 단일 피크를 보여주었습니다. 실제로 이는 분자 구조를 통해 물질에서 빛이 나오는 방식을 더 잘 제어할 수 있음을 증명합니다.

 

아직은 실험 단계의 장치이지만 이미 작동함

 

지금은 TV나 모니터 또는 스마트폰에 즉시 설치할 수 있는 패널을 말하는 단계는 아닙니다. 연구팀은 아직 발광 효율과 최대 밝기 그리고 안정성과 수명 같은 핵심 분야를 연구해야 합니다.

 

그럼에도 연구실에서 물질의 동작 특성만을 증명하는 수준을 넘어 이 결정층을 활용해 완전하고 기능적인 유기발광다이오드를 제작하는 데 성공했습니다. 이번 연구는 마사히로 모리모토와 유야 혼다 그리고 시게키 나카 연구원에 의해 과학 저널 신세틱 메탈스에 게재되었습니다.

 

이번 발전의 핵심은 극도로 얇은 유기 박막을 결정화하여 빛을 내고 전하를 훨씬 더 쉽게 수송할 수 있음을 입증한 점에 있습니다. 이제 다음 단계는 이 공정을 더 큰 면적으로 제작할 때도 유지할 수 있는지 그리고 연구실을 벗어날 만큼 충분한 성능을 갖춘 장치를 만들 수 있는지 확인하는 것입니다.