OLED 화학 혁신으로 밝기·대비·수명 동시 향상… 원편광으로 눈부심 필터 우회

반사방지 필터에 갇힌 빛 50% 문제 해결

스마트폰, 태블릿, 노트북, TV 최신 화면은 유기 발광 다이오드(OLED)라 불리는 작은 장치들로 빛납니다. 이 다이오드들은 전기장에 반응해 빛을 내는 유기 화합물 층으로 구성됩니다.

밝은 햇살 아래서 화면이 선명하게 보이게 하려면 반사방지 필터로 덮습니다. 반사방지 필터 메커니즘 때문에 각 OLED 픽셀이 생성한 빛 약 50%가 화면 내부에 갇혀 다이오드 에너지 효율이 절반으로 줄어듭니다.

사용성 향상을 위해 — 야외에서 쓸 수 없으면 디지털 디스플레이가 인기 없을 것 — OLED 제조사들은 기기 에너지 효율과 타협합니다. 이제 임페리얼칼리지런던 연구진이 OLED 디스플레이를 더 밝고, 대비 좋게, 수명 길게 만드는 새 방법을 개발했습니다.

새 방법은 OLED 소재 화학을 변경해 반사방지 필터를 우회할 수 있는 독특한 편광(polarized light)을 생성하는 방식입니다. 이런 소재로 만든 스크린은 더 에너지 효율적이고 탄소 발자국이 낮습니다.

원편광 이방성(dissymmetry of circularly polarized light) 제어는 전자 디바이스 디스플레이에 혁명을 일으킬 수 있습니다. OLED 활성층에서 원편광 전자발광을 유도하는 신흥 기술 중 하나는 비카이럴(achiral) 폴리머에 카이럴(chiral) 분자 첨가제를 혼합하는 것입니다. 이 경우 원편광 부호는 분자 절대 입체화학에 의해 제어됩니다.

참고: ACS Nano | DOI:10.1021/acsnano.9b02940 | 임페리얼칼리지런던

연구자들은 이런 시스템을 면밀히 분석해 밝기와 효율적인 원편광 폴리머 발광 다이오드 둘 다 얻는 게 가능함을 보였습니다.

LED용 카이럴 탄소 기반 폴리머 현미경 이미지 | 출처: 임페리얼칼리지런던

밝기와 효율은 카이럴 매질에서 원편광 증폭 또는 반전과 분자 카이럴리티에서 기원하는 국소 원편광 방출 간 상호작용으로 달성됩니다.

전자적, 분광학적, 형태학적 박막 특성과 이론적 연구를 연계해 원편광 발광과 고성능 OLED로 이어지는 메커니즘에 대한 통찰을 제공했습니다.

기타 응용 분야

연구는 주로 OLED 디스플레이에 초점 맞췄지만, 연구자들은 곧 새 방법이 다른 응용에도 쓰일 수 있음을 알아챘습니다. 새 소재가 생성하는 편광은 데이터 저장, 환경 모니터링, 광학 양자 계산, 암호화·정보 전송, 바이오센싱에 활용될 수 있습니다.