국내 공동연구팀이 꿈의 신소재로 불리며 다양한 첨단산업에 활용될 것으로 기대를 모으고 있는 그래핀을 이용해 형광등보다 높은 효율을 갖는 유기발광다이오드(OLED)를 만드는데 성공하는 한편, 백색의 휘어지는 조명을 만드는데 세계 최초로 성공했다.

신소재공학과 이태우 교수·통합과정 한태희, 성균관대 안종현 교수·박사과정 이영빈, 서울대 홍병희 교수로 이루어진 이 연구팀은 지금까지 OLED에는 효율적으로 활용되지 못하던 그래핀에 자기조립 고분자 정공 주입층을 도입, 발광효율이 높은 OLED를 제작하는데 성공했다.
세계적인 학술지 네이처의 광학분야 자매지인 네이처 포토닉스(Nature Photonics) 온라인 속보를 통해 공개되는 이 기술은 새로운 형태의 인테리어 조명은 물론 말아서 가지고 다닐 수 있거나 잡아당겨서 보거나 입을 수 있는 디스플레이, TV, 휴대용 컴퓨터 등의 신개념 전자 소자에 다양하게 활용될 수 있으며 지금까지의 그래핀 활용 기술에 비해 상대적으로 상용화에 근접한 기술로 평가받고 있다.

지금까지 그래핀 필름은 일함수가 낮고 시트저항이 높아 OLED 적용시에 기존 소자의 성능을 넘어서지 못하는 것으로 알려져 있었다.
공동연구팀은 자기조립 고분자 정공 주입층을 통해 일함수를 개선하고, 화학적 도핑작업을 함으로써 전기 전도도를 향상시켰다. 이 그래핀을 전극으로 활용한 OLED의 발광효율은 102.7 lm/W로, 백열등(16 lm/W), 형광등(85 lm/W)보다 월등히 높은 것으로 조사됐다.
또, 일반적으로 사용되는 ITO전극을 사용하는 OLED(85.6 lm/W)에 비해서도 약
20%나 발광효율을 높였다.
이와 함께 연구팀은 그래핀 전극을 이용해 백색 OLED를 제작하는 한편, 이를 이용해 휘어지는 조명도 만드는 데도 성공했다.
연구를 주도한 이태우 교수는 “이번 연구를 통해 차세대 유기 전자 소자를 만드는데 필요한 플렉서블 투명 전극으로서 그래핀의 높은 활용 가능성을 다시 한 번 입증했다”며 “학계가 플렉서블 광전소자에서 그래핀 전극을 사용하여 기존 소자의 성능을 뛰어 넘을 수 있다는 가능성을 증명하는 연구결과를 고대했던 만큼 이번 성과는 향후 관련 연구에 큰 밑바탕이 될 수 있을 것”이라고 밝혔다.

한편, 이번 연구는 교육과학기술부와 한국연구재단의 지원을 통해 이루어졌다.