분자 설계 단계서 손실 경로 예측·차단 가능
[서울=뉴스핌] 황혜영 기자 = 중앙대학교가 4세대 유기발광다이오드(OLED) 기술 상용화를 앞당길 핵심 물리 모델을 개발했다.
김재민 중앙대 첨단소재공학과 교수와 이준엽 성균관대 교수 공동 연구팀은 인광 감광형 형광(PSF) OLED 내부의 에너지 이동 메커니즘을 규명·정량화할 수 있는 '다중스케일 에너지전이(MET) 모델'을 개발하고 이를 바탕으로 인광 감광형 형광(PSF) OLED를 구현했다고 11일 밝혔다.
연구팀에 따르면 OLED 성능은 내부에서 생성된 에너지가 빛으로 얼마나 효율적으로 전환되는지에 의해 좌우된다.
PSF OLED는 높은 효율과 긴 수명을 동시에 확보할 수 있는 차세대 기술이다. 하지만 효율 향상에 기여하는 포스터 에너지 전이(FRET)와 손실을 유발하는 덱스터 에너지 전이(DET)가 동시에 발생해 기존 방법으로는 각 전이 속도를 정확히 분리·해석하기 어려운 '다중 해' 문제가 숙제로 남아 있었다.
김재민 교수팀은 이번 연구에서 PSF OLED 내부에서 일어나는 FRET와 DET 속도를 독립적으로 정량화할 수 있는 '멀티스케일 에너지 전이(MET) 모델'을 제안했다.
이 모델을 통해 그동안 구분이 어려웠던 에너지 전달 경로를 정량적으로 분석할 수 있게 됐고, 추가 실험 없이도 다양한 소자 조건에서의 에너지 흐름을 예측할 수 있는 이론적 기반을 마련했다.
연구팀은 MET 모델의 타당성을 검증하기 위해 입체적 부피가 큰 작용기를 도입한 신규 인광 감광제 'Pt-BS'를 설계했다. 분석 결과 Pt-BS는 기존 감광제에 비해 DET를 31.8% 억제하면서 빛으로 전환되는 효율을 120% 향상시켰다.
이번 연구는 중앙대 김재민 교수 연구팀과 성균관대 화학공학부 이준엽 교수 연구팀이 공동으로 수행했으며 성균관대 신동진·강지훈 박사과정 연구원이 제1저자로 김재민 교수와 이준엽 교수가 교신저자로 참여했다.
연구 결과는 화학공학 분야 국제학술지 '케미컬 엔지니어링 저널(Chemical Engineering Journal)' 2026년 1월호에 게재됐다.
김 교수는 "이번 MET 모델은 분자 설계와 소자 분석을 유기적으로 연결해 OLED의 물리적 한계를 극복할 수 있는 강력한 도구"라며 "이를 바탕으로 고효율·장수명이 가능한 4세대 OLED의 상용화를 앞당기는 데 기여할 것"이라고 말했다.
hyeng0@newspim.com
