유승협 KAIST 전기및전자공학부 교수와 이태우 포스텍 신소재공학과 교수 공동 연구팀은 그래핀·산화티타늄·전도성 고분자를 복합 전극으로 활용해 우수한 유연성을 갖는 플렉서블 OLED 기술을 개발했다고 2일 밝혔다.

현재 플렉서블 OLED 기술은 엣지형 스마트폰, 커브드 OLED 텔레비전 등에 사용되지만 플렉서블 OLED를 곡면 형태로 휘게 만든 후 고정하는 방식으로만 적용되고 있다.

플렉서블 OLED는 반복적으로 휘어질 때 각 구성 요소들이 깨지거나 손상되지 않도록 하는 것이 중요하다.

그래핀은 얇은 두께를 통한 우수한 유연성과 전기적 특성, 광학적 투명성을 갖는다. 이 특성들은 OLED에 주로 사용되는 산화물계 투명전극의 깨짐 현상을 극복할 수 있는 기술로 각광받고 있다.

그러나 플렉서블 OLED가 주로 쓰이는 웨어러블 기기는 배터리 용량이 제한적이기 때문에 유연성과 동시에 OLED의 효율을 동시에 확보하는 것이 중요하다.

OLED는 일반적으로 공진현상을 활용해 발광 효율을 향상시킬 수 있다. 공진현상을 일으키기 위해 일정량 이상의 빛 반사가 발생하는 투명 전극이 필요하다. 그래핀만을 투명전극으로 사용하면 반사가 적어 광 효율이 낮다는 한계가 있다.

복합 전극층은 산화티타늄의 높은 굴절률과 전도성 고분자의 낮은 굴절률이 함께 활용된다. 전극으로부터 유효 반사율을 높여줘 공진현상이 활용될 수 있다. 또 전도성 고분자의 낮은 굴절률은 표면 플라즈몬 손실로 인한 효율 감소까지 줄여준다.

연구팀은 기존 27.4% 양자효율에서 1.5배 향상된 40.5%의 외부양자효율을 보이는 OLED를 구현했다.

아울러 연구팀은 산화티타늄 막이 구부러질 때 깨짐을 방해하는 자체 특성이 있어 기존 산화물 투명전극보다 4배 높은 변형에도 견디는 것을 확인했다.

연구팀이 개발한 플렉서블 OLED는 곡률 반경 2.3mm에서 1000회 구부림에도 밝기 특성이 변하지 않아 높은 성능과 유연성을 동시에 확보했다.

유승협 교수는 "융합연구가 아니었다면 이번 연구는 불가능했을 것"이라며 "연구 성과가 플렉서블, 웨어러블 디스플레이나 인체 부착형 센서용 플레서블 광원의 성공에 중요한 기틀을 제공할 것"이라고 말했다.

한편, 이번 연구결과는 국제 학술지 '네이처 커뮤니케이션즈'(Nature Communications) 2일자 온라인 판에 게재됐다.