OLED(Orgarnic Light Emitting Diode)는 수명 논란이 제기되면서 LG·삼성이 청색 발광소재를 개발하고 있다.
OLED는 자체 발광으로 구현하기 때문에 형광 및 인광소재가 채용되고 있으나 청색은 형광소재를 채용하기 때문에 인광소재에 비해 수명이 짧은 것으로 나타나 수명 논란이 끊임없이 제기되고 있다.
적색, 녹색은 발광효율이 100%에 달하는 인광소재를 사용하고 있으나 청색은 인광소재가 상업화되기 어려워 형광소재를 채용할 수밖에 없고 발광효율이 25%에 불과한 것으로 파악되고 있다.
투입 에너지에 비해 구현할 수 있는 빛에 한계가 있어 인광소재는 수명이 최장 100만시간 유지할 수 있지만 형광소재는 2만시간에 불과한 것으로 알려졌다.
LG전자는 OLED TV 수명을 3만6000시간 수준에서 10만시간으로 확대했다고 주장하고 있으나 전문가들은 2만시간 수준으로 6-8년 밖에 사용하지 못할 것이라고 지적하고 있다.
삼성전자는 OLED TV를 생산하지 않고 있고 스마트폰, 태블릿PC 등에만 OLED를 채용하고 있으나 중소형 전자기기는 사용기간이 평균 2년 이하로 수명 논란에서 벗어나고 있다.
하지만, 청색 발광소재 개발에 투자를 계속하고 있으며 인광소재에 비해 형광소재를 개선하는 방안을 연구하고 있는 것으로 알려졌다.
인광소재는 삼성디스플레이가 2013년 적색에 이어 녹색도 인광소재를 대체했으며 LG디스플레이는 TV에 황녹색 인광소재와 청색 형광소재를 조합해 생산하고 있다.
인광소재는 전력 소모를 낮추는 역할을 하고 있어 전력 효율을 위해 연구가 계속되고 있으나 수명이 개선됐다는 연구결과는 찾기 힘든 것으로 파악되고 있다.
시장 관계자는 “분자지향법(Molecular Orientation), 열활성화지연형광(TADF) 등 청색 형광소재 수명을 연장하기 위한 기술들이 개발되고 있다”며 “발광효율이 높은 청색 인광소재를 개발하고 있으나 형광소재의 수명을 연장하는 방안이 상업화될 가능성이 높다”고 강조했다.
TADF는 형광소재에서 소실되는 75%의 에너지를 응집해 빛으로 전환함으로써 발광효율을 높이는 기술로 일본 OLED 소재기업인 큐럭스가 상용화를 추진하고 있다.
LG디스플레이는 2015년 4/4분기, 삼성디스플레이는 2016년 1/4분기에 큐럭스의 지분 일부를 매입했다.
국내에서는 성균관대 화학공학부 이준엽 교수팀이 증착과 용액공정에 투입 가능한 청색 TADF 발광소재를 개발했으나 상업화 단계까지는 진척되지 않은 것으로 알려졌다.
미래창조과학부는 2016년에도 나노소재기술개발사업 제2·3차 신규과제에 「AMOLED용 청색 인광 플랫폼 구축을 위한 원천기술 개발」을 포함시키고 이준엽 성균관대 교수팀을 선정해 연구를 계속하고 있다.
청색 형광소재 시장은 미국 유니버셜디스플레이(UDC)와 일본 Idemitsu Kosan이 장악하고 있으며 UDC는 BASF가 연구한 OLED 특허 500여개를 8700만유로에 인수한 바 있다.
두산전자, 동진쎄미켐, 전자부품연구원은 2013년 국책과제로 고효율·장수명 진청색 인광 OLED 소재 개발에 착수했으나 상업화에는 성공하지 못한 것으로 파악되고 있다.
LG화학도 2008-2012년 정부과제로 청색 OLED 개발에 참여했으나 수명 문제를 해결하지 못해 상업화로 이어지지 않은 것으로 파악되고 있다.
TADF는 기존 형광소재에 비해 수명이 3배 이상 길어 상업화에 성공하면 OLED 수명 논란을 종식시킬 수 있을 것으로 기대되고 있다.
내부 형광율을 기존 25%에서 100%로 끌어올려 인광소재 수준의 내부 효율을 구현할 수 있기 때문이다.
그러나 TADF는 OLED 소자가 열화를 가속화할 수 있고 높은 휘도에서 발광 효율이 떨어지며 높은 소비 전력을 요구하는 등 해결과제가 부각되고 있다.
시장 관계자는 “TADF는 높은 휘도에서 발광 효율이 떨어져 플렉서블 디스플레이용으로 투입이 불가능하기 때문에 개선을 위한 연구가 계속되고 있다”고 밝혔다. <허웅 기자>