머크, PrintOLED 인쇄형 발광다이오드 개발

• 균일 코팅 가능…유기발광다이오드 경제성 확보

머크가 PrintOLED(Printed Organic Light-Emitting Diodes) 프로젝트 개발에 성공했다고 25일 발혔다.

독일연방교육연구부(BMBF)에서 500만 유로가 투입돼 첨단 연구 클러스터인 Forum Organic Electronics의 일환으로 하이델베르크 이노베이션랩에서 진행된 이번 프로젝트는 용액 형태로 기능성 유기소재를 대면적에 균일하게 코팅하는 기술을 개발하는 것이 목적이었다.

화학·의약 분야에서 최고 품질의 혁신적인 하이테크 제품을 만드는 머크가 연구 컨소시엄을 주도했고 BASF, 칼스루에 공대, 오스람, 필립스, 브라운슈바이크 공대, 담스타트 기술대학이 컨소시엄 파트너로, 하이델베르그 드룩마시넨이 제휴 파트너로 참가했다. 그라비어(gravure), 잉크젯, 슬롯다이(slot die) 코팅 등 이번 프로젝트에서 연구된 인쇄 공정은 기존 진공 증착 공정에 비해 소재의 이용률이 높아 OLED(유기발광다이오드)나 유기태양전지를 더욱 경제적으로 만들 수 있다.

점도가 매우 낮은 용액을 이용해 OLED 소재층을 100나노미터 이하의 균일한 박막으로 만들 수 있다는 점도 이번 프로젝트를 통해 입증됐다.

적정 온도에서 Sol-gel 공정을 통해 형성된 금속산화물 기반의 인쇄형 완충층(buffer layers)은 전체를 인쇄 공정으로 OLED를 생산할 수 있는 것은 물론, 투명 OLED와 같은 고도로 특수화된 제품에도 적용될 수 있다.

머크는 이번 프로젝트에서 파트너와 함께 OLED 소재는 물론 이를 접촉 인쇄 방식과 잉크젯 인쇄 방식에 사용할 수 있는 배합 기술을 개발했다.

100% 용액을 이용해 고성능 OLED 기기를 제조할 수 있는 소재군 개발에 초점이 맞춰졌는데 배합 방식과 공정 변수들을 변경해가며 용액으로 만든 발광층을 최적화하고 이를 실제 OLED 기기에 적용하는 과정이 진행됐다.

컨소시엄은 프로젝트 완료 시점에서 전통적인 그라비어 인쇄와 슬롯다이 코팅을 이용해 유효면적 10cm² 및 27cm²에 균일하게 코팅된 OLED를 만들 수 있다는 점도 입증했는데 최소 2개 층이 용액을 이용한 공정을 통해 만들어졌다.

이미 형성된 층 위에 용액으로 만든 2차 유기층을 적재할 때 가장 큰 난관은 기존 층이 파괴되지 않도록 하는 것이다.

특정 소재 군을 이용한 연구결과에서 상당한 개선을 거두었다. 이는 정교한 최적화 과정을 통해 실제로 응용으로 연결되기 위한 소중한 기반이 된다. 이번 프로젝트의 범위는 용액 기반의 발광 소재, 전자 수송 소재와 전도성 폴리머 소재 또는 은 나노 와이어를 이용한 인쇄형 전극, 배합 기술과 유연, 혹은 딱딱한 기판 위에 수행되는 인쇄 공정의 평가까지로 확대됐다.

OLED 양산에 필요한 품질 기준을 충족하는 균일한 반도체 OLED 층을 최대 3m/s의 속도로 인쇄하는 것도 처음으로 가능해졌다.

본 프로젝트를 통해 축적된 기술은 2번째 단계의 프로젝트를 통해 폴리머 OPV(유기태양전지)나 sDSC(고체 염료감응형 태양전지)와 같은 다른 기술에도 성공적으로 적용됐다. 더욱 향상된 소재를 위한 심층적 개발을 위해 소재는 물론, 다양한 적용 분야에 대한 물리·조적 연구도 추가 진행됐다.