경북대, 이중 마이크로캐비티 기반 협대역 OLED 소자 개발

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[대구=뉴시스] 박준 기자 = 경북대학교 전자공학부 도윤선 교수팀은 기존 유기발광다이오드(OLED) 소재를 사용하면서도 색을 더욱 선명하게 구현할 수 있는 이중 마이크로캐비티(Dual Microcavity) 기반 협대역(좁은 파장 폭) OLED 기술을 개발했다고 10일 밝혔다.

초고해상도 디스플레이는 빛의 발광 파장 폭이 좁고 정확해야 선명한 색을 구현할 수 있다.

국제 초광색역 표준인 BT.2020을 만족하려면 RGB 각각의 발광 폭(반치전폭, FWHM)이 20㎚ 이하로 매우 좁아야 하며 녹색 발광 특성은 전체 색역 구현에 가장 중요한 요소로 꼽힌다.

마이크로캐비티는 OLED 내부에서 빛이 여러 번 반사되며 특정 파장을 선택적으로 강화해 주는 구조다.

도 교수팀은 이 구조를 한 층이 아닌 두 층으로 설계한 이중 마이크로캐비티를 적용해 빛이 방출되는 파장을 더욱 좁고 정확하게 제어할 수 있도록 했다.

또 퍼셀 효과(Purcell Effect)라 불리는 공진 현상을 활용해 특정 파장에서 빛이 더 강하게 방출되도록 했다.

이 구조를 적용한 결과 일반 OLED 발광층(약 60㎚ 폭)을 그대로 사용하면서도 이중 마이크로캐비티 내부에서 빛이 여러 번 공진하며 특정 파장만 선택적으로 강화돼 실제 방출되는 녹색 발광 스펙트럼 폭을 21㎚까지 줄이는데 성공했다.

이는 상용 RGB OLED 대비 35% 개선된 수준으로 BT.2020 표준에 근접한 고색순도 성능이다.

이중 마이크로캐비티 OLED는 최대 12만4100 nits의 고휘도에서도 효율 저하가 거의 없었으며 빛의 방출 방향성도 향상돼 AR·VR용 마이크로디스플레이에 요구되는 조건과 부합했다.

도 교수는 "기존 발광 소재의 한계를 광학 구조 설계로 보완할 수 있다는 점에서 의미가 크다"며 "이 구조는 양자점(QD)이나 페로브스카이트 등 차세대 협대역 발광 소재에도 그대로 적용할 수 있는 구조다. 초고해상도 디스플레이 기술 고도화를 위한 다양한 연구 전략을 모색하는 데 중요한 출발점이 될 것"이라고 밝혔다.

이번 연구는 산업통상자원부의 산업기술 알키미스트 프로젝트와 한국연구재단의 STEAM 연구사업 지원으로 수행됐다.

연구 결과는 지난 10월 국제학술지 어드밴스드 펑셔널 머티리얼즈(Advanced Functional Materials)에 게재됐다. 제1저자는 김준용 박사후연구원, 교신저자는 도 교수다.

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