KIST 연구진, OLED 구성물질 실시간·비파괴 분석 기술 개발

한국과학기술연구원(KIST)은 테라헤르츠파 분광기술을 이용해 OLED 구성물질의 투과 특성을 실시간·비파괴로 분석할 수 있는 기술을 개발했다고 11일 밝혔다.

이번 연구는 전영민 박사(센서시스템연구센터), 서민아 박사(센서시스템연구센터, KU-KIST 융합대학원) 연구팀이 고려대학교 주병권 교수(전기전자공학부) 연구팀과 공동으로 진행했다.

빛과 전파의 중간영역에 존재하며 1초에 1조번 진동하는 ‘테라헤르츠파’는 직진성과 침투성을 가지면서도 에너지가 낮아 물질을 파괴하지 않고 인체에 무해한 성질을 가진다. ‘꿈의 주파수’로 불리며 의료, 산업, 국방 등 많은 분야에서 사용되고 있다.

백라이트가 필요한 LCD와 달리 유기발광다이오드(OLED)는 스스로 발광하는 성질이 있어 전력소모가 적고, 디스플레이의 박막화 및 경량화가 가능하다. 유연성이 있어 접거나 돌돌 마는 형태 등으로 활용할 수 있는 장점이 있지만 제조원가가 비싸다는 단점이 있다. 제조 중간단계에서 결함을 찾아 수리하여 수율을 높인다면 OLED 디스플레이의 가격 경쟁력을 높일 수 있는데, 이를 위해서는 OLED 디스플레이를 비접촉·비파괴·실시간으로 검사할 수 있어야 한다.

전통적인 전기검사법은 OLED 디스플레이에 전극을 붙여야 해 시간이 걸린다. 전극을 부착할 때 OLED 디스플레이가 파괴돼 재사용할 수 없다. 전기검사법의 한계를 극복하기 위한 형광검사법은 자외선을 조사하여 OLED 물질에서 나오는 형광을 측정한다. 이 방법은 비접촉이기는 하지만 자외선을 조사한 곳의 OLED 물질이 일부 파괴돼 특성이 변한다는 사실이 밝혀졌다.

본 연구에서는 OLED 구성물질인 mCBP, mCP, DPEPO에 인위적으로 결함을 주기 위해 5시간 동안 자외선을 조사해가면서 테라헤르츠파 주파수에 따른 OLED 물질별 흡수율을 측정해 최적화된 신호를 1.1테라헤르츠(㎔)에서 얻을 수 있음을 확인했다. 테라헤르츠파의 투과율 변화를 통해 감쇠시간을 구함으로써 OLED 물질별 성능저하(결함)의 정도를 실시간·비파괴로 측정하는 데 성공했다.

연구진은 국소한 부위의 OLED 물질 특성 변화를 보다 고감도로 검출하기 위해 테라헤르츠파의 공명 주파수 대역(1.0㎔)에 맞춰 나노 슬롯 구조 (폭 500㎚, 길이 60㎛)의 메타물질 센싱 칩을 제작했다. 이 칩에 테라헤르츠파를 집속시킨 결과 석영 기판을 이용했을 때와 비교해 mCBP는 53%, mCP는 43%, DPEPO는 31%만큼 향상된 투과율 변화를 나타냈다.

전영민 KIST 박사는 "이번 연구는 고려대의 OLED 연구경험에 KIST의 테라헤르츠파 분광 기술을 접목해 OLED 비파괴 검사의 가능성을 제시했다는 점에서 의미를 찾을 수 있다"며 "테라헤르츠파의 응용영역을 OLED 디스플레이 결함 검사라는 새로운 분야로 확장하겠다"고 말했다.

이번 연구는 과학기술정보통신부 지원과 KIST 주요사업, KU-KIST 사업, 한국연구재단 글로벌프론티어사업 및 BK21사업, 범부처 의료기기사업으로 수행됐다. 연구결과는 재료과학분야의 국제학술지 ‘Applied Surface Science’ (IF:6.707, JCR 상위 2.381%)에 게재됐다.

이광영 기자 gwang0e@chosunbiz.com