항생제를 활용한 고효율 디스플레이 소자 개발

 

암피실린 미세구조로 에너지 재활용과 광추출 효율 향상


항생제 암피실린*과 전도성 고분자* 혼합물을 활용하여 높은 외부양자효율*을 갖는 유기전계 발광소자*를 국내 연구진이 구현하였습니다.

한국연구재단은 류승윤 교수(고려대학교, 제1저자 김동현, 이창민 박사과정) 연구팀이 항생제 기반 미세구조 합성을 통해 유기전계 발광소자의 효율을 높일 수 있는 원천기술을 확보했다고 밝혔습니다.


최근 
탄소중립을 위한 에너지 사용의 고효율성이 대두되고 있어, 높은 전력효율을 가지는 디스플레이 소자 연구가 활발하게 이루어지고 있습니다.특히 유기전계 발광소자는 무한대의 명암비와 풍부한 색 재현율 그리고 높은 전력효율 특성을 기반으로 스마트폰, 차량용 디스플레이뿐만 아니라 증강현실용 디스플레이 등 넓은 분야에서 잠재력을 인정받고 있습니다.

하지만 유기전계 발광소자의 효율을 최대한 증가시키기 위해서는 이중, 삼중으로 소자를 결합하거나 별도의 미세 패턴 기판을 사용하는 등 복잡한 공정을 거쳐야 한다는 한계가 있었습니다.

이에 연구팀은 암피실린 항생제와 전도성 고분자를 합성하여 수용액 기반의 미세구조를 구현했고, 이를 디스플레이용 소자에 적용하여 유기 태양전지, 페로브스카이트 및 양자점 광전소자와 같은 다양한 소자에 적용할 수 있음을 확인하였습니다.

또한, 소자 내부에 만들어진 암피실린 미세구조는 전기에너지와 빛에너지를 효율적으로 재활용하여 소자 스스로 빛을 낼 수 있게 하며, 전반사* 로 인해 방출되지 못하고 소자 안에 갇히는 빛에 대한 광 추출* 또한 용이하게 만들어 효율 향상을 극대화 하였습니다. 이는 스마트폰, TV 등 디스플레이의 전력 소모를 절감시켜 배터리 사용 시간을 늘리고 디스플레이 자체의 수명을 연장하는 효과로 이어질 수 있습니다.

류승윤 교수는 “디스플레이뿐만 아니라 태양광 전지, 양자점 광소자 등 다양한 분야에서 사용 가능한 정공주입층*으로써의 활용 가능성을 검증한 것”이라고 전하며, “의료 분야에서 사용되는 항생제와 전자소자 종류 중 하나인 유기전계 발광소자의 융합이 항생제 용도의 새로운 이정표를 제시하였고 고성능 광전자와 바이오 전자소자 개발 등을 촉진할 것”이라고 기대를 덧붙였습니다.

이번 연구의 성과는 재료과학분야 국제학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’에 7월 12일 온라인 게재되었고,
정식출간본 표지 논문으로 선정되었습니다.

<과학기술정보통신부와 한국연구재단이 추진하는 중견연구사업 및 교육부와 한국연구재단이 추진하는 중점연구소지원사업으로 수행되었습니다.>

 


 

(1) 암피실린(Ampicillin) : 각종 감염 예방 및 치료에 사용되는 베타락탐계 항생제
(2) 전도성 고분자 : 전기가 통하는 유기물 고분자. 본 연구에서는 PEDOT:PSS를 칭함
(3) 외부양자효율 : 유기 발광 다이오드에서 방출된 광자의 개수를 주입한 전기 전하의 개수로 나눈 비율로 통상 30%가량의 수준
(4) 유기전계 발광소자(OLED) : 전류가 흐르면 스스로 빛을 내는 유기물을 픽셀에 사용해 이미지를 표현하는 자체 발광형 디스플레이 소자
(5) 전반사 : 굴절률이 높은 매질에서 작은 매질로 향해 빛이 입사할 때, 빛이 굴절하지 않고 전부 반사되어 버리는 현상
(6) 광 추출 : 소자 내부에서 공기 중으로 빛이 진행할 때 굴절률 차에 의한 전반사로 인해 공기 중으로 방출되지 못하는 75~80%가량의 손실되는 빛들을 추출하는 기술
(7) 정공주입층 : 유기전계 발광소자 내에서 P형 반도체 역할을 하는 층으로 전압에 의해 정공주입층의 정공과 전자주입층의 전자가 발광층에서 만나 결합하여 빛이 발생

출처 : 한국연구재단


함께하는 기초연구, 함께여는 기초공감