경희대 서민철 교수팀, OLED 효율 높이고 색 왜곡 줄이는 기술 개발

▲경희대 정보디스플레이학과 서민철 교수. (사진=경희대)

경희대학교는 정보디스플레이학과 서민철 교수 연구팀이 유기발광다이오드(OLED)의 발광 효율을 높이면서 화면을 보는 각도에 따른 색 변화를 줄이는 새로운 광 추출 기술을 개발했다고 13일 밝혔다.

이번 연구는 OLED 내부에 갇힌 빛을 외부로 효과적으로 끌어내면서도 정면으로 빛을 집중시키는 구조를 유지한 것이 특징이다. 연구 성과는 지난달 말 국제학술지 '어드밴스드 사이언스(Advanced Science)'에 게재됐다.

스마트폰과 고해상도 디스플레이에 활용되는 전면발광 OLED는 빛이 상·하부 전극 사이에서 반복 반사되는 '미소공진' 효과를 활용해 정면 밝기와 색 순도를 높인다. 다만 빛이 정면으로 집중될수록 시야각이 좁아지고, 화면을 비스듬히 볼 때 색이 달라지는 문제가 발생한다. 일부 빛은 소자 내부에 갇혀 외부로 나오지 못하고 소실되기도 한다.

기존에는 빛 손실을 줄이기 위해 소자 내부에 요철 구조를 도입했지만, 굴곡이 급격하면 빛이 산란해 정면 밝기가 떨어지는 한계가 있었다. 굴곡 위에 여러 층을 쌓는 과정에서 층 두께가 불균일해져 발광 특성이 저하되는 문제도 있었다.

연구팀은 이를 해결하기 위해 굴곡의 기울기를 완만하게 설계한 '완만한 내부 굴곡 구조(GICL)'를 개발했다. OLED를 구성하는 각 층이 굴곡을 자연스럽게 따라가도록 설계해 층 두께와 공진 조건을 균일하게 유지하는 방식이다. 여기에 특정 파장대의 빛을 내는 발광 시스템을 결합해 정면 밝기를 유지하면서 빛 손실을 줄였다.

실험 결과 전류 효율은 기존 302.7cd/A에서 378.4cd/A로 약 25% 향상됐다. 전력 효율은 199.3lm/W에서 396.7lm/W로 약 두 배 높아졌다.

시야각에 따른 색 변화도 크게 줄었다. 정면과 60도 기울어진 방향 사이의 색 변화 지표는 0.0197에서 0.0086으로 약 56% 감소했다. 화면을 비스듬히 보더라도 색이 상대적으로 일정하게 유지된다는 의미다.

연구팀은 이번 기술이 전력 소비를 줄이면서도 시야각에 따른 색 왜곡을 최소화하는 차세대 디스플레이 개발에 활용될 것으로 기대하고 있다.

서민철 교수는 "이번 연구는 정면 효율과 시야각 특성을 함께 개선할 수 있는 전면발광 OLED 설계 방향을 제시했다는 데 의미가 있다"며 "공진 구조를 유지하면서 빛 손실을 줄이는 기술은 전력 소비가 적고 보는 각도에 따른 색 왜곡이 작은 차세대 AMOLED 디스플레이 개발에 활용될 것으로 기대된다"고 밝혔다.