인쇄형 OLED 신소재 개발…대면적 수율향상 기대

독일 연구진이 인쇄형 유기발광다이오드(OLED) 소재 개발에 성공했다. 증착방식과 비교해 인쇄방식을 이용하면 균일한 박막을 만들 수 있어 대면적 OLED 패널 생산이 한층 더 쉬워질 전망이다.

머크는 인쇄형 유기전자 분야에 5년간 집중 연구를 진행한 끝에 인쇄형 OLED 프로젝트를 최근 성공적으로 마무리했다고 25일 밝혔다.

독일연방교육연구부(BMBF)가 500만유로를 투입해 만든 첨단 연구 클러스터 ‘유기 전자 포럼’의 일환으로 머크 주도 하에 바스프, 오스람, 필립스와 칼스루에 공대, 담스타트 기술대학, 브라운슈바이크 공대가 참여했다. 연구 컨소시엄은 기능성 유기소재를 대면적에 균일하게 코팅하는 인쇄형 OLED 소재 개발에 성공했다.

인쇄 공정은 그라비어(gravure), 잉크젯, 슬롯다이(slot die) 코팅 등을 연구했다. 기존 진공 증착 공정에 비해 소재를 더 경제적으로 이용할 수 있어 OLED나 유기태양전지 생산 비용을 절감해준다.

점도가 낮은 용액을 이용해 OLED 소재층을 100나노미터 이하의 균일한 박막으로 만들 수 있다는 점도 입증했다. 적정 온도에서 졸-겔(Sol-gel) 공정을 통해 형성된 금속산화물 기반의 인쇄형 완충층(buffer layers)은 OLED 생산 공정 전체를 인쇄 공정으로 대체할 수 있고 투명 OLED 같은 특수화된 제품에도 적용할 수 있다.

연구진은 이 프로젝트에서 OLED 소재는 물론 이를 접촉 인쇄 방식과 잉크젯 인쇄 방식에 사용할 수 있는 배합 기술을 개발하는데 성공했다. 100% 용액을 이용해 고성능 OLED 기기를 제조할 수 있는 소재군 개발에 초점을 맞춰 배합 방식과 공정 변수들을 변경해가며 용액으로 만든 발광층을 최적화하고 이를 실제 OLED 기기에 적용했다.

연구진은 기존 그라비어 인쇄와 슬롯다이 코팅을 이용해 유효면적 10cm²와 27cm²에 균일하게 코팅된 OLED를 만들 수 있다는 점도 입증했다.

이는 최소 2개 층이 용액을 이용한 공정을 통해 제작됐다. 이미 형성된 층 위에 용액으로 만든 2차 유기층을 적재할 때 가장 큰 난관은 기존 층이 파괴되지 않도록 해야 한다는 점이었다. 연구진은 특정 소재 군을 이용한 연구결과에서 개선을 거뒀다. 이는 정교한 최적화 과정을 통해 실제로 응용하기 위한 중요한 과정이라는 것이 연구진의 설명이다.

이번 프로젝트의 범위는 용액 기반의 발광 소재, 전자 수송 소재와 전도성 폴리머 소재 또는 은 나노 와이어를 이용한 인쇄형 전극, 배합 기술과 유연, 혹은 단단한 기판 위에 수행하는 인쇄 공정 평가까지로 확대됐다.

OLED 양산에 필요한 품질 기준을 충족하는 균일한 반도체 OLED 층을 최대 3m/s의 속도로 인쇄하는 것도 처음으로 가능해졌다. 이를 통해 축적된 기술은 2번째 단계의 프로젝트를 통해 유기태양전지(폴리머 OPV)나 고체 염료감응형 태양전지(sDSC)와 같은 다른 기술에도 적용에 성공했다고 연구진은 덧붙였다.