교토대학교–JNC, ‘이중 보론화(Double Borylation)’ 기술로 차세대 딥블루 OLED 발광소재 혁신

교토대학교 화학과 타쿠지 하타케야마(Takuji Hatakeyama) 교수 연구팀은 JNC Co., Ltd.와의 공동연구를 통해 새로운 ‘이중 보론화(Double Borylation)’ 합성 전략을 개발, 세계 최고 수준의 순수 딥블루(Deep Blue) OLED 발광소재 구현에 성공했다. 이번 성과는 국제 학술지 Nature Communications (2025년 10월, DOI: 10.1038/s41467-025-63908-y)에 게재되었으며, 고해상도 마이크로OLED 와 같은 차세대 디스플레이의 핵심 기술로 기대된다.

OLED는 적·녹·청(RGB) 3색 중 ‘딥블루(Deep Blue)’ 영역의 구현이 가장 어려운 것으로 알려져 있다. 짙은 청색을 낼수록 전하 재결합이 불안정해지며, 효율 저하와 수명 단축이 동반되기 때문이다. 하타케야마 교수 연구팀은 이러한 문제를 해결하기 위해 보론(B)과 질소(N)로 구성된 다공명(Multi-Resonance, MR)-TADF 발광체 골격에 두 개의 보론 원자를 선택적으로 도입하는 ‘이중 보론화(Double Borylation)’ 전략을 새롭게 제시했다.

ν-DABNA 구조에서 두 개의 보론 원자를 도입한 이중 보론화(Double Borylation) OLED 합성 반응 모식도(출처: Nature Communications, 2025)

이 과정은 분자의 π(파이) 공명 구조를 확장해 전자 전이 에너지를 높이고, 전이쌍극자 모멘트를 강화하며, 싱글렛-트리플렛 에너지 간격(ΔE_ST)을 줄이는 역할을 한다. 그 결과, 효율과 색순도, 안정성을 모두 향상시킬 수 있었다. 이번에 합성된 신소재 ‘ν-DABNA-M-B-Mes’는 기존에 공개된 딥블루 소재인 ν-DABNA보다 deep blue인 463 nm 파장을 가지며, 다음과 같은 성능을 달성했다.

광자발광양자효율(PLQY): 93%
발광 반치폭(FWHM): 16 nm (세계 최소 수준)
외부양자효율(EQE): 32% 이상
색좌표(CIE y): 0.09 — NTSC 표준 청색(0.08)에 근접
수명(LT80, 100 cd/m² 기준): 1,000시간 이상

또한 4세대 발광 재료인 hyperfluorescent 소재로서 주목받고 있는 Phosphor-Sensitized Fluorescence (PSF) 구조에서는 낮은 구동전압(2.5V)과 효율 유지(roll-off 최소화) 및 휘도 100 cd/m² 기준 LT₈₀ > 1,000시간의 수명을 달성했다.

하타케야마 교수는 이중 보론화(Double Borylation)는 단순한 합성 기술이 아니라, OLED 소재 설계의 기본 개념을 바꾸는 전략적 접근으로 색순도, 효율, 수명을 모두 향상시키는 데 성공하여 AR·VR용 마이크로OLED(OLEDoS), 초고색순도 스마트폰 및 TV 디스플레이, 자동차용 헤드업 디스플레이(HUD), 웨어러블 및 투명 디스플레이 등 다양한 차세대 응용 분야에서 활용될 것으로 기대감을 표시하였다.