백열등ㆍ형광등 보다 발광효율 크게 높아… 휘어지는 조명도 제작

포스텍 등 공동연구팀 쾌거

국내 공동연구팀이 `꿈의 신소재로 불리는 그래핀을 이용해 형광등보다 효율이 높은 유기발광다이오드(OLED)와 플렉시블 조명을 제작하는 데 성공했다.

포스텍 신소재공학과 이태우 교수와 통합과정 한태희씨, 성균관대 안종현 교수와 이영빈 박사과정생, 서울대 홍병희 교수로 이뤄진 연구팀은 지금까지 OLED에는 효율성이 낮았던 그래핀을 이용해 발광효율이 높은 OLED를 제작하는 데 성공했다고 9일 밝혔다.

이 기술은 새로운 형태의 인테리어 조명은 물론, 말아서 다니거나 잡아당겨서 볼 수 있는 디스플레이, TV, 휴대용 컴퓨터 등 신개념 전자제품 개발로 이어질 수 있을 전망이다.

OLED는 전자와 정공(hole)의 재결합 에너지가 유기물질인 발광층에 전달돼 빛을 만드는 방식이다. OLED에 전원이 공급되면 음극에서 전자가 전자수송층의 도움으로 발광층으로 이동하고, 양극에서는 정공(전자가 빠져나간 상태)이 정공수송층의 도움을 받아 발광층으로 이동한다. 유기물질인 발광층에서 두가지가 만나 생긴 높은 에너지의 쌍이 낮은 에너지로 떨어지면서 빛을 내는 원리다.

지금까지 그래핀 필름은 전자를 표면에서 외부로 방출시키기 위해 필요한 에너지인 `일함수가 낮고 막의 저항이 높아 OLED를 만들 때 기존 소자의 성능을 넘지 못하는 것으로 알려져 있었다.

연구진은 이 문제점을 개선하기 위해 자기조립 고분자 정공주입층을 만들어 일함수를 높이고, 화학적 도핑작업을 통해 전기 전도도를 향상시켰다. 이 그래핀을 전극으로 활용한 OLED의 발광효율은 102.7㏐/W(와트당 루멘)로, 백열등(16㏐/W), 형광등(85㏐/W)보다 크게 높은 것으로 조사됐다. 또 일반적으로 쓰이는 인듐주석산화물(ITO) 전극을 사용한 OLED(85.6㏐/W)보다도 약 20% 효율이 높았다. 연구팀은 그래핀 전극을 이용해 백색 OLED 외에 휘어지는 조명도 만드는 데 성공했다.

포스텍 이태우 교수는 "이 연구를 통해 차세대 유기 전자소자 제작에 필요한 플렉시블 투명전극으로서 그래핀의 활용 가능성이 높음을 다시 한번 입증했다"고 밝혔다.

이 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단의 지원을 통해 이뤄졌으며, 연구결과는 세계적인 학술지인 네이처의 광학분야 자매지인 `네이처 포토닉스에 온라인 속보로 소개됐다.

디지털타임즈

안경애 기자 naturean@dt.co.kr