고려대, 새로운 청색 TADF OLED 개발

- 기존 OLED 성능 한계 극복, 고효율 ‧ 고내구성을 갖춘 유기 발광 소재 공개

△ 개발된 Ad-mCP 호스트를 사용한 청색 TADF OLED의 구조 (왼쪽)와 유기 발광 다이오드의 외부 양자효율 = 29.9% 및 발광이미지 (오른쪽)

고려대학교 (총장 김동원) 전기전자공학부 김태근 교수와 화학과 최동훈 교수 연구팀이 차세대 디스플레이 기술의 핵심이 될 청색 TADF OLED를 개발했다. 이 기술은 OLED의 성능을 좌우하는 핵심 소재의 구조를 혁신적으로 설계해 효율과 내구성 모두를 대폭 향상했다. 

이번 연구는 그 중요성을 인정받아 국제적으로 저명한 학술지인 ‘Advanced Functional Materials’ (Impact Factor: 18.5, JCR 상위 4.1%)에 지난 11월 25일(월) 온라인 게재됐으며, 해당 호 뒷면의 표지 논문(Back Cover)로 선정됐다.

* 논문명: Enhancing Narrowband Blue TADF OLED Performance with Adamantane Group-Integrated Spatially Hindered 1,3-Bis(N-Carbazolyl)Benzene-Based Host

* 논문 URL: https://doi.org/10.1002/adfm.202470287

연구진이 개발한 신소재 ‘Ad-mCP’는 분자 구조를 개선해 기존 소재의 한계를 극복했다. ‘Ad-mCP’는 ‘mCP’의 고유 특성을 유지하면서도, 아다만테인(Adamantane) 그룹과 결합해 열적 안정성이 획기적으로 개선됐다. 본 소재는 높은 유리 전이 온도를 통해 열적 안정성을 강화하고, 뛰어난 삼중항 에너지 특성을 갖춰 소자의 안정성과 외부 양자 효율을 최대 29.9%까지 크게 향상시켰다. 

* 유기 발광 다이오드(Organic Light-Emitting Diode, OLED): 유기 물질을 기반으로 한 전자 소자로, 전류가 흐르면 유기층에서 빛을 방출하는 장치. 

* 외부 양자 효율 (External Quantum Efficiency, EQE): 전류가 공급될 때 얼마나 많은 전자가 빛을 내는 광자로 변환되는지를 나타내는 효율 지표

* 유리 전이 온도 (Glass Transition Temperature): 고분자가 고체 상태에서 유리처럼 단단한 상태에서 고무처럼 유연한 상태로 변하는 온도로, 전이 현상이 일어나는 지점.

이를 통해 연구진은 아다만테인(Adamantane) 그룹을 결합한 새로운 호스트 소재를 통해 OLED의 광학 효율과 열적 안정성을 획기적으로 개선하여 청색 TADF OLED 소자를 성공적으로 구현에 성공했다. 

연구에 참여한 김태근 교수는 “이번 연구는 디스플레이 기술의 상용화 가능성을 한 단계 끌어올리는 중요한 전환점”이라며 “OLED의 청색 발광 효율과 내구성을 모두 개선한 기술로, 향후 차세대 디스플레이 시장에 크게 기여할 것”이라고 전했다. 

본 연구는 한국연구재단의 리더(창의)연구사업 및 대학중점연구소지원사업 지원으로 수행됐다. 

[그림 1] 

[그림 1] 설명 :  (왼쪽부터) 김태근 교수 (교신저자), 최동훈 교수(교신저자), 김나현 석박사통합과정 (제1저자), 강민지 석사 (제1저자)

[그림 2] 

[그림 2] 설명 : Ad-mCP 기반의 OLED 장치 설계 전략을 나타내는 개념적 그림