경상국립대학교 김윤희 교수, 《어드밴스드 머티리얼스》에 논문 발표

경상국립대학교 자연과학대학 화학과 김윤희 교수 연구팀이 삼성전자 SAIT(옛 삼성종합기술원), 경희대학교 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.

경상국립대학교 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.