뛰어난 효율성을 지닌 플렉서블 백색 유기 LED의 개발

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2014-12-26

일련의 재료 연구자들이 은 네트워크(silver network)를 이용해 투명 전극을 만드는 새로운 방법 덕분에 기록적인 효율성으로 백색의 빛을 내는 플렉서블 유기 LED(organic light-emitting diodes (OLEDs))를 개발하는데 성공했다(ACS Nano 2014, DOI: 10.1021/nn506034g). 이 새로운 전극은 롤업 디스플레이(roll up display)와 유연한 조명 등을 만들기 위한 실용적인 OLED를 개발하는데 있어 중요하다. 뛰어난 효율성을 지닌 OLED를 만들어내기 위해서는 플렉스블한 투명 전극(transparent electrode)을 만들어내는 것이 중요하다. 일반적인 유리 장치(glass device)에 이용되고 있는 인듐 주석 산화물(indium tin oxide)은 구부러지거나 접히는 쪽으로 적용될 수 없다는 단점이 있다. 이러한 문제를 해결하고자 연구자들은 탄소 나노튜브, 그래핀, 은 나노와이어 등으로 만들어진 전극에 대해 연구해왔다. 은 나노와이어는 특히 유용한데 그 이유는 이들이 뛰어난 전도성을 지니고 있기 때문이다. 연구자들은 만들어진 전극의 포면에 은 나노와이어를 프린팅하거나 스프레이를 통해 분사했다. 하지만 이 나노와이어들은 전극 표면이나 자신들끼리 약하게 달라붙어 전도성이 떨어지는 문제가 발생했다. 결과적으로 이들 은 나노와이어를 지니고 있는 플렉서블 은 나노와이어들은 인듐 주석 산화물에 비해 낮은 효율성을 지닐 수밖에 없었다. 이러한 문제를 해결하고자 중국 쑤저우대(Soochow university)의 Jian Xin Tang와 Yan Qing Li 및 동료 연구자들은 나노와이어 믹스를 이용하지 않고 플라스틱 필름 상에 직접 은 나노와이어 네트워크를 연결시키는 간단한 방법을 개발했다. 연구팀은 육각형 네트워크 모양의 니켈 조각을 이용한 레진(resin)이 결합된 플라스틱을 기반으로 연구를 시작했다. 그들은 이 네트워크의 통로를 은 나노입자 잉크를 통해 메웠으며 이에 6분 동안 100도 이상의 적외선을 가했다. 그 결과 은 나노와이어 격자가 레진으로 단단히 박혀 들어갔다. 은 나노와이어들끼리 결합하거나 이들을 기질에 단단하게 결합시키려는 이전의 연구들은 200도 가까이의 높은 온도에서 수행되어야 했다. 하지만, 이번에 개발된 새로운 프로세스는 낮은 온도에서 용액 상에서 수행되기 때문에 플라스틱 기질과 함께 이용되는데 문제가 없었다. 이들은 또한 대면적 플라스틱 필름 상의 이용될 수 있는 기기를 만들기 위해 롤투롤(roll to roll) 방식으로도 제작될 수 있다. 현재, 연구자들은 거대한 30인치의 사각형 플라스틱 시트 상에서 은 격자를 삽입하는 기술을 가지고 있다. 삽입된 은 전극들은 뛰어난 투명도와 발광도를 지니고 있다. 이들은 또한 스퀘어(square)마다 4.7옴 정도의 낮은 전기저항성을 지니고 있다. 이에 반해 인듐 주석 산화물의 경우 15~20옴 정도의 전기저항성을 지니고 있다. 연구자들은 50x50mm 정도의 구부릴 수 있는 백색, 청색의 OLED 상에서 이용되는 전극으로 이 필름을 이용했다. 이에 대해 캘리포니아대 로스엔젤러스 캠퍼스(University of California, Los Angeles, UCLA)의 재료과학자인 Yang yang은 지금까지 뛰어난 효율성을 지닌 유일한 OLED는 유리 상에서 인듐 주석 산화물을 이용하는 것이었다. 이번에 개발된 새로운 방법은 잘 알려진 리소그래피(lithography)방법을 이용한 것이다. 이 아이디어가 정말 좋다"고 말했다. 그림: 연구진이 개발한 투명전극 OLED의 발광성과 구부림성 C2.jpg http://cen.acs.org/articles/92/web/2014/12/Flexible-White-Organic-LEDs-Achieve.html