스마트폰 화면 수명, 자석 대보니 '미리' 알았다

국내 연구진이 자기장을 이용해 유기발광다이오드(OLED)의 수명을 미리 예측하는 기술을 개발했다.

KAIST는 22일 전기및전자공학부 유승협 교수 연구팀이 자기장에 따른 OLED 밝기 변화로 수명을 예측하는 방법을 개발했다고 밝혔다. 이번 연구는 권장혁 경희대 교수팀, 이재현 한밭대 교수팀, 아스타(ASTA) 연구진과 공동으로 진행됐다.

OLED는 전류가 흐르면 스스로 빛을 내는 소자로 스마트폰, TV 화면 등에 사용된다. 특히 청색 인광 OLED는 높은 효율을 유지하면서 긴 수명을 확보하는 것이 개발의 핵심 과제다.

기존에는 OLED 수명을 확인하기 위해 수십에서 수백 시간 동안 제품을 작동시키며 밝기 감소를 관찰해야 했다. 이 과정은 시간이 오래 걸리고 테스트 중 소자 성능이 저하되는 단점이 있었다.

연구팀은 자기장이 OLED의 밝기를 미세하게 변화시키는 현상에 주목했다. 연구팀이 OLED에 일정한 전류를 흘려주면서 자기장 세기를 바꾸자 밝기가 약간 밝아지는 현상이 나타났다.

연구팀은 이 밝기 변화 중 수명 저하와 가장 밀접한 성분을 분리해 단일 평가지표로 변환했다. 동일한 발광 재료를 사용했으나 내부 구조가 다른 4종의 청색 인광 OLED에 이 지표를 적용한 결과, 자기장에 대한 밝기 반응이 처음부터 작게 나타난 소자가 초기 휘도를 더 오래 유지했다.

이는 자기장에 대한 밝기 반응이 OLED 수명의 지표가 될 수 있음을 의미한다. 연구팀은 분자 시뮬레이션 분석을 통해 장시간 사용 시 OLED 내부 유기 분자 결합이 끊어져 생긴 결함이 발광 과정에 영향을 미치고, 이 효과가 자기장에 대한 밝기 반응에 반영될 수 있음을 규명했다.

이 기술을 활용하면 신규 OLED 개발 초기 단계에서 수명이 긴 소자 구조를 빠르게 선별할 수 있다. 모든 시제품을 장시간 가동할 필요가 없어 개발 시간과 비용을 줄일 수 있을 것으로 기대된다.

유승협 교수는 "다양한 조건에서 추가 검증을 거치면 고효율·장수명 청색 OLED 개발을 지원하고 비파괴 평가 기술로도 활용될 것으로 기대한다"고 말했다.

이번 연구는 산업통상부의 기술혁신프로그램 지원을 받아 수행됐으며, 연구 결과는 국제학술지 '네이처 커뮤니케이션스'에 지난 9월 30일 온라인 게재됐다. KAIST 지정민 박사가 제1 저자로, 유승협 교수가 교신저자로 참여했다.