ETRI, OLED에 그래핀 붙여 투명도•화질개선

국내 연구진이 꿈의 디스플레이로 각광받고 있는 OLED 기술에 최근 신소재로 주목받고 있는 그래핀 기술을 접목, 디스플레이의 투명도와 화질을 크게 개선시킬 전망이다.

ETRI(한국전자통신연구원)는 OLED 기판의 위쪽에 투명전극으로 사용하던 얇은 금속전극을 그래핀 투명전극으로 대체, 전기가 흐르되 투명하게 만드는 원천기술 개발에 성공했다고 15일 밝혔다.

이번 연구성과는 지난 2일, 네이처(Nature) 자매지인 사이언티픽 리포트(Scientific Reports)에 게재되었다.

그동안 OLED에 사용하던 금속전극은 주로 은(Ag)소재 였는데 내부광에 의한 반사로 각도에 따라 시야각이 바뀌는 문제가 있었다. 또한 외부광에 의해서도 반사로 인해 화질에 영향을 주었다.

ETRI 연구진은 이를 원천적으로 해결하기 위해 내·외부광에 반사가 거의 없는 그래핀에 주목하고 이를 대체한 결과, 투명도는 약 40%,  반사도는 약 60% 더 좋아졌다고 밝혔다.

본 기술은 현재, 가로 세로 각 23mm 크기, 두께 30㎛(마이크로미터)  필름형태로 만들어 유기층에 그래핀 투명전극을 붙여 OLED 점등 시연에 성공했다고 말했다.

향후, 투명 OLED 디스플레이와 백색 OLED 기반 대면적 OLED 디스플레이에 적용할 경우 투명도와 화질개선에 크게 기여할 수 있을 것으로 연구진은 내다봤다.

특히, 본 기술은 기존 진공 공정의 OLED 제조 방법과 달리, 유기층과 그래핀에 필름을 붙이는 방식(Lamination)으로 만들 수 있다. 따라서 보다 간단한 공정으로 OLED 제조가 가능하다. 향후 둘둘 말아 쓰는 형태(Roll to roll)의 연속공정을 이용한 제조기술로 발전해 나갈 전망이다.

또한, ETRI는 한화테크윈(주)과 함께 그래핀 투명전극을 OLED의 하부전극에도 적용하는 기술개발을 고품질 그래핀 박막 전극 소재 협력을 통해 진행 중이다. 관련 기술 개발 결과는 미국전기전자학회(IEEE)서 발행하는 나노포토닉스 분야(JSTQE) 저널의 온라인판에 게재되었다.

ETRI 이정익 소프트I/O인터페이스연구실장은“후발국의 거센 도전을 받고 있는 OLED 산업에서 본 기술은 후발국과의 초격차를 확대해 나가는데 기여할 수 있을 것으로 기대된다.”고 말했다.

본 연구 결과는 미래창조과학부 및 정보통신기술진흥센터(IITP)“미래광고 서비스를 위한 에너지절감형 환경적응 I/O 플랫폼 기술 개발” 과제와 산업통상자원부 및 한국산업기술평가관리원의“그래핀 소재의 OLED 투명전극과 박막봉지 적용을 위한 기판 사이즈 5.5.세대 이상의 그래핀 필름 및 OLED 소자/패널 기초 및 응용 기술 개발”과제를 통해 이뤄졌다.

ETRI는 향후, 금속을 얇게 그리드 형태로 만들어 면저항을 낮추는 기술과 크기를 모바일 디스플레이 크기로 대면적화 하는 기술을 내년 중 추가로 개발할 계획이다.

연구진은 본 기술개발을 통해 국제특허 출원 6건, SCI급 논문 6편의 성과를 올렸다.

향후 ETRI는 본 기술을 그래핀 필름, 디스플레이 패널업체 등에 기술이전 할 계획이다. 상용화시점은 3년 후로 보고 있다.

1. 그래핀 투명전극을 적용한 OLED의 점등 모습

2. 기존의 얇은 금속 전극을 갖는 OLED와 그래핀 전극의 OLED의 비교 사진(좌 : 그래핀, 우: 얇은 금속, Ag)

3. 기존의 얇은 금속 전극을 갖는 OLED와 그래핀 전극의 OLED의 비교 그래프

4. 라미네이션 공정을 이용한 OLED 제조에 사용되는 그래핀 투명전극을 포함하는 필름

5. 그래핀 투명전극 OLED의 제조 공정도

[공정설명]

표면처리가 된 기판을 이용하여 Bonding layer (BL)와 PET필름으로 구성된 접합필름을 제조한 이후 그래핀 투명전극을 Bonding layer 상부로 전사한다. 하부전극과 유기층으로 이루어진 기판에 그래핀 투명전극이 포함된 접합필름을 라미네이션 함으로써 그래핀 투명전극이 상부전극으로 사용되는 OLED 제조가 완성된다.

6. 다양한 색상의 그래핀 OLED