한국과학기술정보연구원(KISTI)과 KAIST 연구팀이 슈퍼컴퓨터를 활용해 유기발광다이오드(OLED)의 최대 약점인 청색 소자 수명을 획기적으로 늘릴 수 있는 분자설계 기술을 개발했다.
OLED는 유기물이 스스로 빛을 내는 디스플레이 소자로, 화면이 밝고 명암비가 뛰어나며 전력 소모가 적다.
하지만 적색이나 녹색과 달리 청색은 효율이 높은 소재일수록 수명이 짧아 상용화가 어렵다.
김재욱 KISTI 슈퍼컴퓨팅가속화연구단 선임연구원과 김우연 KAIST 화학과 교수 공동연구팀은 백금 기반의 고효율 청색 발광 소재가 빛을 내는 과정에서 분자 내부의 특정 결합이 끊어지는 것이 수명 저하의 핵심 원인임을 밝혀냈다.
연구팀은 발광 색상은 그대로 유지하면서 수명을 갉아먹는 이 결합만 선택적으로 강화하는 분자 설계 원리를 새롭게 제시했다.
특히 KISTI의 국가 슈퍼컴퓨터 5호기 '누리온'을 사용해 100여 종의 분자 구조를 체계적으로 검토, 결합 안정성, 발광 색상, 반도체 특성 등 엄격한 기준을 차례로 통과시키는 '분자 스크리닝' 과정을 거쳐 최종 후보를 압축했다.
그 결과 기존 OLED 제조 공정에 바로 적용할 수 있는 6종의 새로운 청색 발광 소재 후보를 선정했다.
이 소재들은 깊은 청색의 빛을 내는 특성을 유지하면서도 안정성을 나타내는 지표가 기존 소재보다 약 2배나 높다.
이 기술을 상용화하면 청색 OLED의 전력 효율을 높이는 것은 물론 디스플레이 기기의 전체 수명을 크게 늘릴 수 있을 전망이다.
김 교수는 "색상 변화 없이 안정성만 선택적으로 높이는 설계 원리를 제시했다는 점에서 이번 연구는 큰 의미가 있다"고
정민중 KISTI 슈퍼컴퓨팅가속화연구단장은 "국가 슈퍼컴퓨터를 활용한 체계적인 분석과 AI 기술을 결합해 신소재 발굴 속도를 더욱 높이겠다“고 말했다.
한편, 이번 연구결과는 국제학술지 'ACS 오메가(ACS Omega)'에 게재됐다.
(논문명 : OLED 안정성 향상을 위한 백금 기반 딥블루 인광체의 들뜬 상태 공학(Engineering Excited States of Pt-Based Deep-Blue Phosphors to Enhance OLED Stability))
