메소겐성 화합물의 적층 구조를 이용한 단일 소자 내 다중 원형 편광 전계 발광에 대한 연구

Abstract

사람의 시각은 인간이 가지고 있는 어떠한 감각 중에서도 가장 중요한 요소이다. 세상을 보는 눈인 디스플레이는 정보를 표현하는 것뿐만 아니라 다양한 형태로 변화하여 활용되고 있다. 기존 디스플레이 산업에서 각광받던 액정 표시 장치(liquid crystal display, LCD)를 넘어 유기 발광 다이오드 (organic light-emitting diode, OLED)는 디스플레이 장치로의 이점뿐만 아니라 다양한 폼 팩터 (form-factor) 혁신을 이룰 수 있어 미래가 유망한 기술이다. 유기 발광 다이오드는 유기물을 사용하는 자발광 소자로 별도의 백라이트가 필요 없어 얇은 두께로 제작 가능하며, 유연하고 투명한 소자를 제작할 수 있어 디스플레이뿐만 아니라 광 저장 장치, 조명 등 다양한 산업 분야에 널리 활용되고 있다. OLED의 경우 외부에서 디스플레이로 들어오는 빛이 전극에 의하여 반사되면서 야외 시인성이 감소된다. 이를 해결하기 위해 OLED 패널 위에 원형 편광판을 사용하여 빛의 반사를 막아 야외 시인성을 향상시킨다. 하지만 원형 편광판을 사용함에 따라 소자 자체에서 발광하는 빛이 약 50% 손실되는 치명적인 문제가 발생하여 소자의 효율을 향상시키기 위한 연구가 활발히 이루어지고 있다. OLED 소자 내부에서 완벽한 원형 편광 된 빛이 발광하게 되면 원형 편광판을 통과하여도 이론적으로 광손실이 전혀 이루어지지 않게 된다. 따라서 OLED 소자에서 원형 편광을 방출시켜 효율을 향상시키기 위해서 액정성 공액 고분자에 카이랄 도펀트를 첨가하거나 액정성 공액 고분자의 표면 유도를 통해 비틀린 발광층 구조를 형성하는 방법이 주로 사용된다. 하지만 열 안정성이 낮은 도펀트를 사용하는 경우 공정 온도의 한계가 존재하고 비틀린 구조는 발광층 내 분자의 정렬 상태를 명확하게 확인하기 어렵고 복잡하여 소자의 신뢰성 문제가 존재한다. 본 논문에서는 복굴절을 가지는 발광층을 서로 다른 광축을 갖도록 적층하여 위상 지연 특성을 통한 고 원형 편광 발광에 대한 연구를 진행하였다. 복굴절성 발광층을 서로 다른 광축을 갖도록 적층하여 발광층을 형성할 경우 발광층의 비틀린 구조 혹은 카이랄 특성 없이 고 원형 편광을 발광할 수 있다. 고 원형 편광 발광을 OLED 소자를 제작하여 실험적으로 확인하고 Mueller matrix 분석을 통해 결과를 이론적으로 분석하였다. 또한, 표면 패터닝 공정을 이용하여 분자의 정렬 상태를 쉽게 제어할 수 있어 단일 발광 소자에서 다중 고 원형 편광을 동시에 발광 가능하여 원하는 편광 상태를 선택적으로 제어할 수 있다. 본 연구 결과는 기존 OLED 디스플레이의 성능 향상뿐만 아니라 차세대 OLED 광원으로 활용 가능할 것으로 기대한다.