< 자기장 전계발광 측정 장치 및 청색 인광 OLED 샘플. 유승협 교수(좌)와 지정민 박사(우) >

스마트폰과 TV 화면을 오래 밝히는 OLED, 자석의 힘으로 미리 골라낼 수 있을까? 우리 대학 연구진이 자기장의 영향으로 나타나는 미세한 밝기 변화를 분석해 OLED 수명을 예측하는 기술을 개발했다. 오래 켜놓고 시험해야 했던 부담을 줄여, 오래가는 디스플레이 개발을 도울 것으로 기대된다.

전기및전자공학부 유승협 교수 연구팀이 경희대학교(총장 김진상) 권장혁 교수 연구팀, 국립한밭대학교(총장 오용준) 이재현 교수 연구팀, ㈜ASTA(대표이사 조응준) 연구진과 공동으로 자기장에 따른 밝기 변화를 이용해 청색 인광 OLED의 수명을 예측하는 방법을 개발했다고 22일 밝혔다.

OLED는 전류를 흘리면 스스로 빛을 내는 소자로, 스마트폰과 TV 화면에 사용된다. 화면은 빨강·초록·파랑 빛을 조합해 다양한 색을 표현한다. 이번 연구 대상인 ‘청색 인광 OLED’는 전기 에너지를 효율적으로 활용해 파란빛을 내는 소자다. 높은 효율과 함께 긴 수명을 확보하는 것이 중요한 개발 과제다.

기존에는 OLED가 얼마나 오래가는지 확인하려면 수십~수백 시간 켜놓고 밝기가 얼마나 줄어드는지 지켜봐야 했다. 결과를 얻기까지 시간이 오래 걸리고, 시험 과정에서 소자의 성능도 떨어진다는 어려움이 있었다.

연구팀은 자기장이 OLED의 밝기를 미세하게 바꾸는 현상에 주목했다. OLED 내부에서는 전기를 띤 입자들이 만나 재결합하는 과정에서 빛을 만드는데, 자기장이 이 과정에 영향을 줄 수 있기 때문이다.

연구팀은 OLED에 일정한 전류를 흘려 빛을 내게 한 뒤, 전자석을 이용하여 자기장의 세기를 바꾸면서 밝기 변화를 정밀하게 측정했다. 이번 실험에서는 자기장의 영향을 받으면 OLED가 조금 더 밝아졌다. 연구팀은 이 변화에 섞여 있는 여러 반응 가운데 수명 저하와 밀접한 부분을 분리해 하나의 평가 수치로 만들었다.

< 자기장에 따른 OLED 발광 변화 측정과 수명 예측 원리 >

이를 같은 발광 물질로 만들되 내부 구조가 다른 네 종류의 청색 인광 OLED에 적용했다. 그 결과, 처음부터 밝기의 자기장 반응이 작게 나타난 소자가 실제 장시간 구동 시험에서도 더 오래 초기 휘도를 유지했다. 자기장에 대한 밝기 반응이 OLED의 수명을 가늠하는 단서가 된 것이다.

핵심은 자기장으로 OLED의 수명을 늘린 것이 아니라, 자기장에 반응하는 모습을 검사해 오래갈 OLED를 미리 구별했다는 점이다. 눈으로 보기 어려운 작은 밝기 변화를 측정하고 분석해, 소자가 얼마나 오래 작동할지 판단할 근거를 얻었다.

연구팀은 이러한 반응이 나타나는 원인도 분석했다. OLED를 오래 사용하면 내부 유기 분자의 결합이 끊어지면서 빛을 내는 과정을 방해하는 결함이 생길 수 있다. 분자 시뮬레이션과 분석을 통해 이러한 결함이 발광 과정에 영향을 주고, 그 영향이 자기장에 대한 밝기 반응에도 반영될 수 있음을 설명했다.

이번 기술은 디스플레이 기업과 연구소가 새로운 OLED를 개발하는 과정에서 활용할 수 있다. 예를 들어 같은 발광 물질로 내부 구조가 다른 여러 시제품을 만들었을 때, 초기 측정으로 오래갈 가능성이 높은 구조를 골라 후속 개발에 집중할 수 있다. 모든 시제품을 오랫동안 켜놓고 결과를 기다려야 하는 부담을 줄여 개발 시간과 비용을 절감하는 데 도움이 될 것으로 기대된다.

다만 이번에 확인한 관계를 다양한 OLED에 적용하려면 추가 검증이 필요하다. 소재나 내부 구조가 달라지면 자기장에 주로 반응하는 요인도 달라질 수 있어, 적용 대상에 맞는 분석이 요구된다.

< 연구 개요 이미지 (AI 생성) >

유승협 교수는 “이번 성과는 OLED 개발 초기 단계에서 수명이 우수한 소재와 소자 구조를 빠르게 선별하는 데 활용될 수 있다”고 설명했다. 이어 “앞으로 다양한 조건에서 검증을 거치면 고효율·장수명 청색 OLED 개발을 뒷받침하면서, 제품에 손상을 주지 않는 평가 기술로 활용될 것으로 기대한다”고 말했다.

이번 연구는 KAIST 지정민 박사가 제1저자로 주도하고, 유승협 교수가 교신저자로 참여했다. 연구 결과는 국제학술지 ‘네이처 커뮤니케이션즈(Nature Communications)’에 9월 30일 온라인 게재됐다.

※ 논문명: Magnetic Electroluminescent Response as a Predictive Indicator of Operational Lifetime in Phosphorescent Blue OLEDs, DOI: 10.1038/s41467-026-78180-x

이번 연구는 산업통상자원부 산업기술혁신사업(디스플레이혁신공정플랫폼구축사업)의 지원을 받아 수행됐다.

출처 : https://researchnews.kaist.ac.kr/researchnews/html/news/?mode=V&mng_no=68450