유기발광다이오드(OLED) 기술 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 유기발광트랜지스터(OLET) 기술이 양산 가능한 수준으로 진전됐다. 이신두 서울대 교수팀은 오랜 연구 끝에 면발광이 가능하고 효율도 높은 트랜지스터를 구현했다. 반도체 주 재료인 실리콘 기반, 플렉서블이 가능한 유기화합물 페타센(Petecene) 기반 모두 구현 가능해 실제 상용화될 경우 기술 저변이 빠르게 확대될 전망이다.

이신두 서울대 전기정보공학부 교수 연구팀은 OLET 전류점멸비와 스위칭 성능을 개선한 수직구조 OLET 개발에 성공했다고 16일 밝혔다. 발광기능과 트랜지스터 스위칭 기능을 합친 소자로, 디스플레이 구동에 필요한 트랜지스터 수를 절반으로 줄일 수 있다. 

전류점멸비는 전압을 인가했을 때(on) 전류의 흐르는 양이 많고, 전압을 껐을 때(off) 새는 전류가 없을수록 커진다. 전류가 흐르는 양이 많으면 낼 수 있는 빛이 많아지고, 새는 전류가 없어야 빛샘현상이 없다. 지금까지 소개된 OLET는 소스(Source)와 드레인(Drain)을 수평으로 놓을 경우 선(Line)형으로 발광해, 디스플레이에 사용하기에는 무리가 있었다. 이 교수팀은 지난 2014년 소스와 드레인을 수직구조로 바꾸고, 전극을 그물처럼 배치한 수직구조  OLET 기술을 소개한 바 있다. 하지만 효율을 결정짓는 전류점멸비(On/Off Current Ratio)가 작다는 게 한계였다.  

이번에 개발한 구조는 소스 절연막이 소스 전극 상단부와 측면부를 모두 덮어 누설 전류를 줄이고, 소스와 게이트 인슐레이터(부도체) 사이에 공간을 둬 전류량을 늘린 게 특징이다. 

이신두 교수는 "이 기술을 사용할 경우 기존 OLED의 발광층만 두고 전하 '수송층'을 없앨 수 있다"며 "재료 조합을 바꿔 성능을 높이는 것보다 TFT에서 전압을 조절해 컨트롤할 수 있어 간단한 방법"이라고 말했다.

OLET 구조의 발전. (a) 구조는 옆으로만 전류가 흘러 새는 전류는 막을 수 있지만 전압을 인가했을 때 흐르는 전류량이 적고, (b) 구조는 전류량을 높이는만큼(주황색 화살표) 새는 전류(흰색 화살표)가 많다. 이번에 개발한 (c) 구조는 양쪽을 효과적으로 통제해 전류점멸비를 대폭 높였다. (자료=저널 오브 어플라이드피직스(Journal of Applied Physics)

이 연구는 이신두 교수와 이규정 박사과정 학생이 주도했고, 같은 학부 이창희 교수가 공동 진행했다. 미래창조과학부와 한국연구재단이 추진하는 '중견연구자지원사업' 지원으로 수행됐다. 관련 논문은 응용 과학분야 세계적인 학술지 저널 오브 어플라이드피직스(Journal of Applied Physics) 12일자 온라인판에 게재됐고, 관련 기술은 국내외 특허로 출원했다.