맥신 투명 전극 적용해 고효율 OLED 개발

[이데일리 강민구 기자] 서울대학교 공대는 이태우 재료공학부 교수와 유리 고고치 미국 드렉셀대 교수 공동 연구팀이 2차원 맥신 소재를 투명 전극으로 적용한 고효율 발광 소자를 개발했다고 19일 밝혔다.

투명 전극은 각종 IT기기에서 소자에 전원을 공급하면서 빛의 통로가 되기 때문에 전기 전도성과 투과도가 높아야 한다. 유연 전자 소자를 활용하는 응용 분야가 늘어나면서 플렉시블 투명 전극에 대한 요구도 증가했다.

맥신 박막의 형성(위), 기존 ITO전극과 맥신 전극을 적용한 발광 소자의 효율과 맥신 투명 전극을 적용한 유연 발광 소자 이미지(아래).<사진=서울대 공대>

가장 보편적으로 사용되는 투명 전극은 인듐 주석 산화물로 전기 전도도가 높고 투명하지만 휘거나 굽혔을 때 쉽게 깨지는 단점이 있다.

이를 대체하기 위해 그래핀, 전도성 고분자, 금속 나노와이어 등이 연구됐지만 낮은 전기 전도도, 복잡한 박막 제조 공정 등으로 상용화에 어려움이 있어 새로운 소재 개발이 필요했다.

지난 2011년 유리 고고치 교수 연구팀이 개발한 맥신은 평판 구조의 새로운 나노 재료이다. 전기 전도성이 우수하고 용액 공정으로 박막을 쉽게 형성해 전자소자 분야에서 연구가 진행돼 왔다.

이태우 교수팀은 유리 고고치 교수팀과의 공동 연구로 높은 전도도와 일함수를 갖는 투명 전극을 개발했다.

연구팀은 맥신 박막을 용액 공정으로 형성한 후 저온 진공 처리해 맥신 표면에 존재하는 작용기의 비율을 조절했다. 기존 투명 전극보다 효율적으로 정공을 주입하고, 산도가 낮고 빠르게 기화되는 새로운 정공 주입층을 적용했다.

연구에서는 표면과 계면 개질을 통해 형성된 맥신 투명 전극을 사용해 해당구조에서 이론적으로 계산된 최고 효율을 달성했다. 기존 투명 전극을 사용한 유기발광다이오드(OLED) 효율과 비교해 동등한 수준의 발광 효율을 달성하고, 맥신 투명 전극을 적용해 높은 굽힘 횟수에도 안정적으로 작동하도록 했다.

이태우 교수는 “우수한 전기·전자적 특성이 있는 투명 전극을 적용해 고효율·유연 발광 소자를 개발했다”며 “맥신의 다양한 광전자 소자로의 응용에 가이드라인이 되고, 유연 인쇄전자소자 상용화에 기여할 것”이라고 기대했다.

연구 결과는 국제 학술지 ‘어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)’에 지난 달 30일자 온라인으로 게재됐다.