한양대학교 유창재·김재훈 교수 연구팀은 새로운 발광 물질을 적용해 유기발광다이오드(OLED) 광효율을 획기적으로 높일 수 있는 원편광 구조를 개발했다고 30일 밝혔다. 카이럴 특성이 전혀 없는 발광 물질을 이용해 광효율을 획기적으로 높인 광소자를 구현했다.
<우원편광과 좌원편광이 동시에 발현되는 소자 구조 (자료= 한양대 유창재 김재훈 교수 연구팀)>
자연광은 모든 방향으로 진동하는 성질이 있다. 편광은 진동면이 한 쪽으로 치우친 상태의 빛 파장을 뜻한다. OLED는 빛 반사를 막아 야외 시인성을 높이기 위해 원형 편광판을 사용한다.
보통 원형 편광된 빛을 얻으려면 편광성에 영향을 끼치는 카이럴 분자나 첨가제가 발광층에 포함돼야 한다. 카이럴 분자는 액정 분자를 꼬아서 정렬되도록 하는 물질이다.
한양대 연구팀은 액정처럼 정렬 특성과 탄성 특성이 있으면서 카이럴 특성이 없는 발광 물질에 카이럴 첨가제를 넣어 비틀린 구조를 구현하면 높은 수준의 원형 편광된 빛이 만들어지는 연구를 해왔다. 이번에는 기존 연구 결과를 바탕으로 카이럴 첨가제 없이도 비틀린 구조를 형성하는 방법을 고안했다.
연구팀은 발광 물질 양쪽 경계면에 서로 다른 방향으로 정렬할 수 있는 구조를 도입했다. 이를 바탕으로 발광 물질 탄성 특성을 이용해 카이럴 첨가제 없이도 연속적으로 비틀린 구조를 구현할 수 있었다.
특히 발광 물질의 한 쪽 경계면 위치에 따라 다른 방향으로 정렬시킬 수 있도록 표면을 처리해 단일 소자에서 비틀린 방향이 서로 반대인 구조를 구현했다. 이를 바탕으로 서로 반대 방향의 원형 편광된 빛을 동시에 낼 수 있는 소자를 제작했다. 또 해당 소자를 구현할 수 있는 공정 방법도 제시했다.
유창재·김재훈 교수 연구팀은 “이번 연구 결과는 디스플레이 분야는 물론 바이오센서용 광원 소자에도 적용할 수 있을 것으로 기대한다”고 말했다.
이번 연구 결과는 네이처 그룹에서 발간하는 광학분야 최고 논문지인 '빛:과학과 응용(Light: Science & Applications)'에 게재됐다.
