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.

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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.

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

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<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

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출처 : 한국연구재단

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