▲ 은 나노와이어 기반 복합 전극의 제작 과정에 대한 그림 (a) 과 각 과정에서 전극 표면 (b-d) 을 주사 전자 현미경을 통해 확인했다. 은 나노와이어의 이음 부분이 IZO로 덮이고 PEDOT:PSS에 의해 표면 거칠기가 감소하는 것을 보여주고 있다..

국내 연구진이 가격은 저렴하면서도 효율을 높인 새로운 OLED용 복합구조 투명 구조 개발에 성공했다.

한국연구재단(이사장 조무제)은 지난 1일 고려대 주병권 교수와 박영욱 연구교수연구팀이 은 나노와이어, 아연 산화물(IZO), 전도성 고분자(PEDOT:PSS)를 층층이 쌓아올려 결합한, 발광 효율과 소자 유연성이 대폭 향상된 투명 유연 디스플레이용 전극을 개발했다고 밝혔다.

그동안 디스플레이 전극용 물질로 전도도와 투명도가 우수한 주석 산화물(ITO)가 많이 사용 됐지만 비싼 주석 가격과 고온 공정, 잘 깨지는 단점으로 인해 유연소자에 적용이 어려웠다.

이를 대체하기 위해 전도도와 투명도가 우수하며 저렴한 가격은 나노와이어가 주목 받고 있었지만 표면이 거칠고 쉽게 산화가 되며 IZO는 저온공정이 가능하지만 ITO에 비해 전도도가 떨어지는 단점이 있었다.

PEDOT:PSS는 전도성 고분자로서 OLED에 자주 쓰이며 정공을 많이 주입시켜 전자와 정공의 균형을 좋게 하는 훌륭한 재료이다. 그러나 전류의 흐름을 방해하는 면저항 값이 높아 응용분야의 단일전극으로 활용하기에는 한계가 있다.

이에 연구팀은 각 단일 재료의 문제점을 극복하기 위하여 은 나노 와이어, IZO, PEDOT:PSS 복합 구조의 투명 유연 전극을 개발하였다.

연구팀은 은 나노와이어 박막층 위에 IZO 층을 입혔다. 이로 인해 별도의 고온 후처리 없이도 은 나노와이어 간의 연결을 보완하였으며 산화 등의 외부 스트레스로부터 보호되었다.

그리고 IZO 층 위에 PEDOT:PSS 코팅을 하였다. 이로 인해 박막의 거칠기가 개선되고 복합 물질 사이의 완충 역할로 인해 더 유연해졌으며 소자 효율이 높아졌다.

이렇게 개발한 복합 유연 투명전극을 OLED에 적용했을 때, 외부양자효율(EQE)이 ITO 전극에 비해 최대 23% 증가했다. 외부양자효율은 결합된 전자가 빛으로 방출되는 비율로서, 이 값이 높으면 적은 전력으로 소자 구동이 가능하다.

주병권 교수는 “은 나노와이어의 한계를 극복하고자 다른 재료와 복합하는 방식은, 더욱 진보한 전극 기술로 활용될 것”이라며 “이는 매장량이 부족하고 원가가 비싼 ITO전극을 대체할 수 있는 가능성을 제시했다.”고 연구의 의의를 밝혔다.

한편, 한국연구재단에서 지원한 학문후속세대양성사업(교육부 소관 사업)과 한국전자통신연구원 등의 사업 지원을 통해 거둔 이번 연구 성과는 세계 3대 학술지 네이처의 자매지인 ‘사이언티픽 리포츠(Scientific Reports)’에 10월 5일자로 게재되었다.