재료 분야 최고 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼스' 뒷면 표지. (사진=경상국립대 제공)

경상국립대학교 자연과학대학 화학과 김윤희 교수는 다중공명효과를 이용한 붕소계 재료를 기반으로 고색순도·고효율로서 청색을 띤 지연형광 재료를 개발하는 데 성공해 재료 분야 최고 국제학술지 '어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)'(IF: 32.086) 최신호의 후면 표지논문에 선정됐다고 발표했다.

이번 연구는 경상국립대 유기반도체재료연구실, 화학과 BK21 소속 박사후연구원 천형진 박사(공동 제1저자), 인하대 이정환 교수팀, 서울대 우승제 박사와 공동으로 수행했다.

다중공명효과를 이용한 붕소계 재료는 지연형광 재료의 가장 큰 난제이던 낮은 색순도를 새로운 방법으로 해결한 것으로 평가받는다. 그러나 붕소계 재료는 합성 수율이 굉장히 낮아 합성 난도가 높으며, 평평한 분자구조로 인해 분자 간 강한 상호작용이 생겨 유기발광 다이오드(OLED) 소자의 성능 및 색순도를 저하시키는 문제점이 있다.

김윤희 교수 연구팀은 새로운 분자설계를 통해 기존의 붕소계 재료에 비해 합성 과정을 단순화하면서 이성질체 합성을 최소화해 낮은 수율을 개선했을 뿐만 아니라 고도핑 농도에서 색순도와 효율이 저하되는 문제까지 해결했다. 그 결과 합성 20% 이상의 도핑 농도에서도 진청색을 유지하고 25%에 가까운 외부발광효율을 나타냈다.

또한, 지연형광에서 가장 중요한 삼중항 상태에서 단일항으로 속도를 높여 빠르게 빛으로 전환함으로써 소자효율을 크게 향상시켰다. 궁극적으로는 고성능 및 장수명 소자를 구현할 수 있는 방안으로서 연구결과의 우수성을 인정받았다.

이 연구는 한국연구재단 중견연구자지원사업, 산업통상자원부 기술혁신사업, 삼성디스플레이의 지원을 받았다.

한편, 경상국립대 연구팀은 이미 20년 전부터 OLED 재료를 연구해 왔으며 2011년부터 경상국립대-삼성디스플레이 OLED 센터를 유치해 활발한 산학연구 및 OLED 분야 전문 인력을 양성하고 있다.