고려대 화학과 최동훈 교수 연구팀이 OLED(유기발광다이오드) 제조 공정을 단순화하면서도 성능을 크게 향상시킬 수 있는 ‘단일분자 엑시플렉스 호스트’ 기반의 차세대 신소재를 세계 최초로 개발했다.

본 연구 성과는 재료 과학 분야의 세계적으로 권위 있는 학술지 ‘Advanced Functional Materials(IF=19.0, JCR 상위 4.5%)’ 온라인에 지난달 28일(월) 게재됐으며, 관련 기술은 지난달 대한민국 특허청에 출원됐다.

일반적으로 고성능 OLED 구현을 위해서는 △도너 △억셉터 △발광체 세 가지를 정밀하게 조합한 엑시플렉스 기반 발광층이 필요하며, 이들을 동시에 혼합해 박막을 형성하고 각각의 농도를 정밀하게 조절해야 하는 복잡한 공정이 요구된다. 이러한 방식은 대량 생산이나 제품 간 성능 편차 등의 한계를 지닌다.

연구팀은 이를 극복하기 위해, 도너와 억셉터의 역할을 하나의 분자 안에 모두 통합한 ‘단일분자 엑시플렉스 호스트 소재(TIO, Two-in-One Host)’를 새롭게 설계했다. 이 분자를 사용하면 발광층 구성에 필요한 소재가 기존 3종에서 2종으로 줄어들어, 공정이 훨씬 간단해진다. 실제로 이 소재를 적용한 OLED 소자는 기존 대비 약 30% 향상된 성능을 기록하며, 구조의 단순화와 성능 개선을 동시에 달성했다.

연구팀은 이 분자의 작동 원리를 더욱 정확히 규명하기 위해 첨단 분자동역학 시뮬레이션과 정밀한 실험 분석을 병행했다. 그 결과, 소자 간 성능 편차가 매우 작아 대량 생산에도 안정적인 품질을 유지할 수 있음을 밝혀냈다.

최 교수는 “이번 연구는 기존 OLED 제조 방식의 구조적 한계를 근본적으로 극복할 수 있는 기술적 돌파구를 제시한 것”이라며, “다층·다성분으로 구성된 기존 소자를 단순화할 수 있는 새로운 재료 설계 개념을 제안했다는 점에서 의미가 크다”라고 밝혔다.

이번 연구 성과는 △대형 디스플레이 △플렉시블 디바이스 △웨어러블 전자 기기 등 다양한 분야로의 확장이 기대된다. 또한, 본 기술은 고려대 연구진이 처음부터 끝까지 독자적으로 개발한 ‘순수 국내 기술’로, 국가 핵심 기술 자립화에도 크게 기여할 것으로 보인다.

본 연구는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 이공계 대학중점연구소 지원사업 및 중견연구자지원사업, 그리고 LG디스플레이-고려대학교 산학협력센터의 산학 인큐베이션 과제의 지원을 받아 수행됐다.