LG디스플레이 OLED 조명 '루플렉스'.

[이뉴스투데이 여용준 기자] 고효율 유기발광다이오드(OLED)를 개발하기 위한 국내 연구진들의 연구가 활발하게 진행되고 있다. 특히 그동안 디스플레이 패널 중심으로 활용했던 OLED에 조명으로써 가능성이 입증되면서 앞으로 OLED 조명 시장이 활성화 될 것으로 보인다. 

한국연구재단은 이미지를 구성하는 단위인 픽셀을 수많은 나노 크기의 픽셀로 구성해서 OLED의 효율과 수명을 개선하는 기술이 국내 연구진들에 의해 개발됐다고 7일 밝혔다. 

주병권 고려대 교수와 박영욱 선문대 교수 연구팀이 나노 크기의 픽셀을 통해 고휘도에서도 높은 발광 효율을 보이는 OLED 기술을 개발했다.

연구팀은 이번 연구를 통해OLED 내부에서 생성된 빛이 외부로 빠져나가지 못하고 손실돼 발광효율이 낮아지고 고휘도에서 효율이 급격히 떨어지는 롤-오프(Roll-off) 현상으로 인해 수명이 짧아지는 문제를 개선했다. 

연구팀은 먼저 수백 나노미터(㎚) 크기의 나노 OLED가 모여서 하나의 픽셀을 구성하는 구조를 통해 고휘도에서도 높은 발광 효율을 보이는 OLED를 개발했다.

특히 픽셀 크기와 픽셀 간 거리를 조절해 발광 효율을 극대화하고 롤-오프 현상을 개선했다. 기존 OLED보다 에너지 변환 효율이 137% 향상되고 고휘도에서의 효율 저하가 2-3배 가량 개선됐다.

이밖에 주 교수 연구팀은 한국산업기술평가관리원(KEIT)의 지원을 받아 OLED 광특성 향상 기술개발에 성공하기도 했다.

주 교수 연구팀은 OLED 내부에서 생성된 빛이 외부로 추출되는 과정에서 발광효율이 낮아지고 관찰자의 각도에 따라 색과 밝기가 변화하는 문제를 해결하기 위해 연구를 진행했다.

그 결과 반도체·디스플레이 산업에서 이미 사용되고 있는 기술로 문제 해결에 성공해 대형화 및 양산을 위한 추가적인 설비 개발이 필요 없을 것으로 보인다.

앞서 8월에는 유승협 KAIST 전기및전자공학부 교수 연구팀이 무기 LED에 상응하는 높은 효율의 OLED를 구현하는 데 성공했다. 이번 연구는 김장주 서울대 재료공학부 교수와 김윤희 경상대 화학과 교수 연구팀이 함께 참여했다. 

KAIST에 따르면 최근 지속적인 연구 개발에 의해 OLED의 효율이 꾸준히 상승했고 일부는 기존 고효율 무기 LED 수준에 준하는 결과들이 보고되고 있다.

그러나 이러한 연구 결과들은 OLED가 갖는 면광원(面光源)의 장점을 해치는 반구형 렌즈가 쓰이거나 소자 내부에 빛을 추출하는 나노 구조가 도입돼 안정적인 동작을 방해하는 등의 문제로 상용화에 한계가 있었다.

연구팀은 OLED의 빛 추출용으로 개발됐던 여러 방법 중 실용화 가능성이 가장 큰 기술인 나노입자 기반의 광 산란층을 소자 외부에 도입하는 방법에 주목했다.

연구팀은 산란 현상을 수학적으로 기술하는 이론을 OLED 발광 특성 예측 모델과 최초로 결합해 여러 구조를 가지는 수많은 소자들의 특성을 최대 효율을 갖는 최적 구조를 이론적으로 예측하는 데 성공했다.

연구진은 이론적으로 이렇게 예측된 광 산란 필름을 고효율 유기 발광소재를 이용한 소자 구조에 접목해 56%의 외부 양자 효율 및 221lm/W(루멘퍼와트)의 전력 효율을 이끌어내는데 성공했다. 이는 큰 렌즈나 내부 빛 추출 구조 없이 구현된 OLED 단위 소자 효율로는 최고의 결과라고 연구진은 설명했다.

한편 국내에서는 LG디스플레이가 5월 OLED 조명 기판을 생산하며 시장 확장에 나서고 있다. 경북 구미 공장에서는 세계 최초 5세대(1000㎜×1200㎜) OLED 조명 기판을 생산하고 있다. 

LG디스플레이는 또 OLED 조명에 ‘루플렉스’라는 브랜드를 붙여 조명 및 자동차 전장사업에 확대하고 있다. LG디스플레이 관계자는 “현재 사업을 막 시작하는 단계로 매장 조명과 자동차 후미등을 중심으로 사업을 확대하고 있다”고 전했다. 

특히 LG전자가 인수한 오스트리아 자동차 전장부품 기업인 ZKW를 통해 차량용 조명의 글로벌 판매 확산에 나설 것으로 보인다. 

시장조사업체 유비산업리서치에 따르면 OLED 조명 시장은 지난해 2억5100만 달러에서 올해 3억3700만 달러로 커지고 2020년에는 16억1900만달러로 성장할 전망이다. 최근 파나소닉과 오스람 등 해외 기업들도 OLED 조명 시장에 뛰어들면서 경쟁이 더 치열해질 것으로 예상되고 있다. 

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