경희대 연구팀, 시야각에 강한 고효율 신축성 OLED 개발

경희대학교 서민철 교수 연구팀이 시야각에 따른 색 변화가 적고 효율성을 높인 신축성 OLED(Stretchable OLED)를 개발했다. 연구팀은 '나노 물결무늬 구조'를 적용해 기존 SOLED의 한계를 보완하고, 다양한 각도에서도 안정적인 색과 밝기를 유지할 수 있는 기술을 구현했다.

경희대학교(총장 김진상) 정보디스플레이학과 서민철 교수 연구팀이 시야각에 따른 색 변화가 적고, 효율이 높은 신축성 OLED(OLED) 개발에 성공했다고 31일 밝혔다. 이번 연구는 저명 학술지(JCR: 1.8%)에 게재되며 그 성과를 인정받았다.

OLED는 색의 순도를 높이기 위해 '미소공진 구조(microcavity structure)'를 사용한다. 이 구조는 빛이 디스플레이 내부에서 여러 번 반사되며 특정 파장에서 공명해 선명한 색을 표현할 수 있는 장점을 가진다. 그러나 미소공진 구조는 OLED를 측면에서 보면 빛의 경로가 달라지며 색이 변하는 단점이 있다.

서민철 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 '나노 물결무늬 구조(nanoway structure)'를 도입했다. 이 구조는 OLED 내부의 빛 경로 차이를 줄여 시야각에 따른 색 변화를 최소화할 수 있도록 설계됐다. 이를 통해 OLED 내부에서 발생한 빛이 외부로 더 잘 방출될 수 있어, 시야각 변화에 영향을 덜 받으면서도 높은 색순도를 유지할 수 있다. 또한, 특정 방향으로만 반사되는 현상을 방지해 다양한 각도에서 일정한 색과 밝기를 유지할 수 있는 것이 특징이다.


나노 물결무늬 구조는 신축성 OLED(SOLED)의 단점도 극복했다. 기존 SOLED는 반복적인 신축에 취약해 효율이 감소하는 한계가 있었다. 연구팀은 프리 스트레칭된 고신축성 탄성체 테이프와 나노 물결무늬가 적용된 광학 접착 필름을 사용해 신축성과 내구성을 높였다. 이를 통해 OLED 소자 내 빛 소멸을 줄여 광추출 효율을 극대화하고, 외부 변형에도 견딜 수 있는 안정적인 SOLED 구조를 구현했다.

연구 결과, 전류 효율과 색순도가 크게 개선된 스트레처블 디스플레이 기술이 실현됐다. 연구팀은 나노 물결무늬 구조 광학 접착 필름을 통해 OLED 소자 내부에서 빛이 갇히는 현상을 방지하며, 기존 비신축성 OLED(non-stretchable OLED)와 유사한 성능을 확보했다. 이를 통해 외부 양자 효율(External Quantum Efficiency, EQE)은 39.50%로, 전류 효율은 221cd/A에 도달했다. 신축성 테스트에서도 소자에 100% 변형을 가한 상황에서 성능이 유지되는 안정성을 입증했다.

서민철 교수는 “SOLED는 웨어러블 기기부터 의료기기까지 다양한 산업에서 혁신을 이끌어낼 잠재력을 지니고 있다”며 “이번 연구를 통해 SOLED의 낮은 효율성과 시야각에 따른 색 변화 문제를 해결할 수 있었다”고 전했다. 이어 “나노 물결무늬 구조를 적용한 고효율 SOLED는 다양한 분야에 응용 가능하며, 연구 및 실생활에서 활용할 수 있는 큰 잠재력을 갖췄다”고 강조했다.

연구 성과는 나노 구조 물질에 대한 후속 연구의 발전 가능성도 제시했다. 특히 광전자 소자 연구 분야에 중요한 영향을 끼치며, 신축성 및 웨어러블 전자 기기의 발전을 가속화할 전망이다. 연구팀은 나노 물결무늬 구조를 LED 등 다른 발광 장치에도 적용해 효율성을 높이는 후속 연구를 진행할 계획이다.