고려대학교 물리학과

주진수 교수, 엑시톤 모멘트 배열에 따른 OLED 변색성 측정

“OLED 발광층의 다양한 양자 준입자의 배열 상태 측정 및 분석. 차세대 디스플레이 성능 향상을 위한 새로운 측정 방법 제시”

OLED 발광의 핵심 양자 준입자인 엑시톤들의 쌍극자 모멘트 배열을 마이크로 미터 단위에서 측정할 수 있는 기술이 개발됐다. 고려대학교 물리학과 주진수 교수 연구팀은 성균관대학교 에너지과학과 김정용 교수 연구팀과의 협업을 통해 고해상도 현미경을 이용한 후초점면 PL 측정을 통해 약 100 μm² (10^-10 m², 즉 100억분의 1m²) 영역에서 여러 종류의 엑시톤의 배열 상태를 측정할 수 있는 기술을 개발했다. 이를 통해 유기 반도체 분자의 이중층 구조에서 유기 단분자 내 엑시톤과 이종-유기 분자 간 엑시톤(엑시플렉스) 의 쌍극자 모멘트가 서로 수직한 배열 특성을 갖는 것을 실험적으로 관찰했다.. 각도에 따라 다른 색을 방출하는 OLED 발광층 제작에 성공했다.

유기 반도체 발광층을 갖는 OLED는 현재 가장 활발하게 디스플레이에 활용되는 소자이다. AR/VR 기기, 투명 디스플레이, 유연성 디스플레이 등 기술의 발전에 따라 점차 높은 픽셀 집적도를 갖춘 디스플레이 및 소형 LED의 개발이 요구되고 있다. 또한 소형 LED의 발광층 내부 엑시톤 특성을 측정하는 기술이 요구되고 있다.

연구팀은 고해상도 현미경의 후초점면 위의 각 점이 빛의 방출 방향에 대응된다는 점에 착안하여 후초점면에서 엑시톤의 선형편광된 PL 스펙트럼과 발광패턴 이미지를 매핑시스템과 고해상도 CCD 카메라로 각각 측정 분석해 엑시톤 종류별 발광 특성과 쌍극자 모멘트 배열 상태에 대한 정보를 얻었다. 또한, 하나의 OLED 소자에서 각도에 따라 다른 색의 빛을 내는 변색성(angular chromism)을 관찰해 차세대 OLED 소자 개발 가능성을 열었다.

특히 이번에 개발한 측정기술은 단시간에 고해상도의 PL 스펙트럼 측정과 발광 이미지 촬영이 가능하고 유기물 기반 이종접합구조 및 소형 OLED의 발광특성 관찰 및 측정에 응용 가능할 것으로 기대된다.

주진수 교수는 “본 연구는 차세대 유망 디스플레이인 OLED 발광층에서 다양한 양자 준입자의 쌍극자 모멘트 방향 특성을 새로운 현미경 측정 기술을 이용하여 실험적으로 직접 측정한 의미가 있다. 이는 향후 OLED 해상도와 성능 증진에 기여할 수 있다.”라고 말했다.

연구결과는 국제학술지 네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications, IF 16.6) 2023년 11월 8일자 온라인 판에 게재됐다.