독일 대학, 세계 최소형 OLED 픽셀 개발

독일 율리우스-막시밀리안스-뷔르츠부르크 대학교(JMU)의 물리학자들이 마이크로 디스플레이 응용 분야에 사용될 수 있는 세계 최소형 OLED 발광 픽셀을 성공적으로 개발했습니다. 관련 연구 결과는 학술지 Science Advances에 게재되었습니다.

스마트 안경 및 보이지 않는 디스플레이 장치와 같은 웨어러블 디스플레이 기술은 중요한 미래 발전으로 여겨집니다. 그러나 광학적 한계와 발광 효율성으로 인해 마이크로 디스플레이 기술의 제조는 업계에서 항상 과제였습니다. 전통적인 광학 원리에 따르면 픽셀 크기가 빛의 파장과 비슷한 크기로 줄어들면 발광 효율이 크게 떨어져 디스플레이 밝기를 유지하기 어려워집니다.

이를 해결하기 위해 뷔르츠부르크 대학교 연구팀은 혁신적으로 "광학 안테나" 구조를 도입하고 특수 금속 접촉층을 활용하여 전류 주입과 빛 증폭의 이중 기능을 달성했습니다. 이를 통해 300 x 300 나노미터 면적에서 오렌지색 빛을 방출하는 픽셀을 생성할 수 있었으며, 이는 5 x 5 마이크로미터 크기의 기존 OLED 픽셀과 비슷한 밝기입니다. 이는 1920 x 1080 해상도의 디스플레이를 이론적으로 1제곱 밀리미터 면적으로 압축할 수 있음을 의미합니다.

연구팀은 이러한 성과의 핵심이 구조 설계의 획기적인 발전에 있다고 밝혔습니다. OLED는 두 개의 전극 사이에 끼워진 여러 층의 유기 박막으로 구성됩니다. 전류가 흐르면 전자와 정공이 재결합하여 유기 분자를 자극하여 빛을 방출합니다. 각 픽셀이 자체 발광하기 때문에 백라이트가 필요 없어 고대비, 선명한 색상, 높은 에너지 효율을 달성하여 AR 및 VR 장치에 이상적입니다.

그러나 기존 OLED는 소형화 과정에서 전류 분포가 고르지 않다는 단점이 있습니다. 구조를 직접 축소하면 전류가 픽셀의 모서리에 집중되어 빛 방출이 고르지 않을 뿐만 아니라 강한 전기장으로 인해 금 원자가 이동하여 필라멘트 구조를 형성하고 단락을 일으켜 결국 픽셀을 파괴할 수 있습니다.

이 문제를 해결하기 위해 연구팀은 광학 안테나 위에 특수 절연층을 추가하고 중앙에 직경 약 200 나노미터의 원형 구멍만 남겨두어 가장자리에서 전류가 주입되는 것을 효과적으로 방지했습니다. 이 설계는 픽셀의 안정성을 크게 향상시켜 자연 환경에서 2주 이상 안정적으로 작동할 수 있게 했습니다.

연구팀은 이 나노 OLED 픽셀의 현재 발광 효율이 약 1%라고 밝혔습니다. 연구팀은 다음으로 이 효율을 더욱 개선하고 발광 범위를 전체 빨강, 녹색 및 파랑 색상 범위로 확장하는 데 집중할 것입니다. 연구가 성공적으로 진행되면 향후 완전한 풀 컬러 디스플레이를 갖춘 마이크로 디스플레이 시스템이 실현될 것으로 예상됩니다.