성능저하가 잘 일어나는 OLED 청색발광물질 mCBP가 광분해에 의해 파괴되는 과정을 나노슬롯 메타물질 센싱칩을 이용한 테라헤르츠파 분광기술로 측정하는 도식도 . [출처=KIST]
[정보통신신문=최아름기자]
‘꿈의 주파수’로 불리는 테라헤르츠(㎔)파 분광기술을 이용해 올레드(유기발광다이오드, OLED) 구성물질의 투과 특성을 실시간·비파괴로 분석할 수 있는 기술이 국내에서 개발됐다.
빛과 전파의 중간영역에 존재하며 1초에 1조 번 진동하는 ㎔파는 직진성과 침투성을 가지면서도 에너지가 낮아 물질을 파괴하지 않고 인체에 무해한 성질을 가진다. 그래서 ㎔파는 의료, 산업, 국방 등 많은 분야에서 사용되고 있다.
뒷조명(백라이트)이 필요한 액정표시장치(LCD)와 달리 OLED는 스스로 발광하는 성질이 있어 전력소모가 적고, 디스플레이의 박막화 및 경량화가 가능하다. 또한 유연성이 있어 접거나 돌돌 마는 형태 등으로 활용할 수 있는 장점이 있으나 제조원가가 비싸다는 단점이 있다. 제조 중간단계에서 결함을 찾아 수리해 불량률을 낮추면 OLED 디스플레이의 가격 경쟁력을 높일 수 있는데, 이를 위해서는 OLED 디스플레이를 비접촉·비파괴·실시간으로 검사할 수 있어야 한다.
전통적인 전기검사법은 OLED 디스플레이에 전극을 붙여야 하므로 시간이 걸리고, 전극을 부착할 때 OLED 디스플레이가 파괴돼 재사용할 수 없다. 전기검사법의 한계를 극복하기 위한 형광검사법은 자외선을 조사해 OLED 물질에서 나오는 형광을 측정하는데, 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 ㎔파 주파수에 따른 OLED 물질별 흡수율을 측정해 최적화된 신호를 1.1㎔에서 얻을 수 있음을 확인했다. 또한 ㎔파의 투과율 변화를 통해 크기가 줄어드는 감쇠 시간을 구함으로써 OLED 물질별 성능저하(결함)의 정도를 실시간·비파괴로 측정하는 데 성공했다.
테라헤르츠파 투과율 측정용 분광장치 (좌) 와 이를 이용하여 측정한 OLED 물질의 성능저하(자외선 조사에 의한)를 나타내는 투과율 변화 그래프 (우). [출처=KIST]
이와 더불어 보다 국소한 부위의 OLED 물질 특성 변화를 보다 고감도로 검출하기 위해 ㎔파의 공명 주파수 대역(1.0㎔)에 맞춰 나노 슬롯 구조 (폭 500㎚, 길이 60㎛)의 메타물질 센싱 칩을 제작했다. 이 칩에 ㎔파를 집속시킨 결과 석영 기판을 이용했을 때와 비교해 mCBP는 53%, mCP는 43%, DPEPO는 31%만큼 향상된 투과율 변화를 나타냈다.
전영민 KIST 박사는 “본 연구는 고려대의 OLED 연구경험에 KIST의 ㎔파 분광 기술을 접목해 OLED 비파괴 검사의 가능성을 제시했다는 점에서 그 의미를 찾을 수 있다”고 밝히면서 “㎔파의 응용영역을 OLED 디스플레이 결함 검사라는 새로운 분야로 확장할 것”으로 기대했다.
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