미시건대 연구진, 청색 인광 OLED 수명 향상. 디스플레이 ‘청색 문제’ 해결의 실마리 제시

2025년 5월 — 미국 미시건대학교 Stephen R. Forrest 교수 연구팀이 개발한 새로운 청색 인광 OLED(PhOLED)는, 기존 대비 10배 이상 향상된 수명과 고색순도 발광을 동시에 달성하며, 청색 OLED의 난제를 해결할 실마리를 제시했다. 연구 결과는 Nature Photonics 최신호에 게재되었으며, SID2025에서도 관련 논문 결과를 발표하였다.

OLED는 스마트폰과 고급 TV에 널리 사용되지만, 현재까지 청색 발광은 낮은 효율의 형광 방식에 의존하고 있어 에너지 소모가 크고 수명이 짧았다. 이는 청색광이 에너지 준위가 가장 높아 발광층의 분해가 빠르게 일어나기 때문이다. 연구진은 이 문제를 해결하기 위해 다층 구조와 양면 설계를 도입한 탠덤 PEP (polariton-enhanced Purcell effect) OLED를 개발했다.

기존 연구에서 Forrest 연구팀은 금속 전극의 표면에서의 플라즈몬 현상이, 발광 분자의 엑시톤(exciton)이 더 빠르게 에너지를 방출하도록 돕는다는 사실을 밝혀냈다. 이를 더욱 강화하기 위해 이번 연구에서는 표면 플라즈몬과 엑시톤이 결합한 ‘플라즈몬-엑시톤-폴라리톤’을 형성할 수 있도록 음극과 양극 모두에 유기 반도체를 증착했다. 이는 마치 교통 체증을 해소하는 고속 차선을 만드는 것처럼, 엑시톤들이 빛으로 빠르게 전환될 수 있는 경로를 제공한다. 또한, 탠덤 구조를 통해 두 개의 발광층 각각의 부하를 절반으로 줄여 분해를 방지하고, 광 공진기(파브리–페로 캐비티) 구조를 통해 발광 효율과 색순도를 더욱 높였다.

연구의 제1저자인 Haonan Zhao 박사는 “엑시톤이 충돌하고 붕괴하도록 내버려 두는 대신, 엑시톤이 탈출할 수 있는 고속도로를 제공함으로써 20년 된 문제에 대한 물리적 설계 솔루션을 제공했으며, 기존 청색 OLED 기술이 해결하지 못한 문제를 물리적 설계를 통해 우회한 셈”이라고 설명했다. Forrest 교수는 “아직 상용화까지는 남은 단계가 있지만, 지난 20년간 풀리지 않던 난제에 실질적인 해답을 제시했다는 점이 의미 깊다”고 말했다.

이번 연구 성과는 차세대 스마트폰, TV, 웨어러블 기기 등 다양한 디스플레이 제품의 성능을 한 단계 끌어올리는 데 핵심적인 역할을 할 것으로 기대된다. 또한, 에너지 효율이 중요한 조명 분야에서도 혁신적인 변화를 가져올 잠재력을 가지고 있다. 이 연구는 미국 에너지부(Department of Energy)와 Universal Display Corporation의 지원을 받았다.

Paper Information
– Title: Stable, deep blue tandem phosphorescent organic light-emitting diode enabled by the double-sided polariton-enhanced Purcell effect
– Authors: Haonan Zhao, Claire E. Arneson, Stephen R. Forrest
– Journal: Nature Photonics (2025)
– Journal: SID 2025 Digest148 (13-4)

유비리서치 노창호 애널리스트(chnoh@ubiresearch.com)

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