KIST 연구진, OLED 구성물질 실시간·비파괴 분석 기술 개발

입력 2022.05.11 12:00

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.

왼쪽부터 제1저자인 정영곤 KIST 학생연구원, 교신저자인 전영민 KIST 책임연구원, 서민아 KIST.KU-KIST 책임연구원 / 한국과학기술연구원
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.

/ 한국과학기술연구원
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


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