고효율 진청색 인광 OLED이 개발됐습니다. 부산대학교 화학교육과 진성호 교수 연구팀은 질소-헤테로 고리 카벤 기반 이리듐 복합체를 이용해 외부양자효율이 24%에 달하는 진청색 인광 OLED를 제작했다고 밝혔습니다. 이미 형광에서 인광으로 대체된 녹색과 적색에 이어 청색 인광 OLED가 실용화될 수 있을지 기대됩니다.
청색 인광 OLED 실용화 될까
인광 OLED(phosphorescence organic light-emitting diode)은 스스로 빛을 내는 인광 발광체를 이용하는데요. 전기에너지를 빛 에너지로 변환해 색을 표시하는 방식의 디스플레이 소자입니다. 인광은 형광보다 4배 높은 효율을 달성할 수 있습니다.
외부양자효율은 OLED 내부에서 생성된 빛 입자가 소자 외부로 튀어 나오는 비율로 내부양자효율(인가된 전하 개수 및 생성된 빛 입자 수의 비)과 광추출효율의 곱으로 정의합니다. 즉 물질 외부로 실제 빛이 튀어나오는 비율을 의미합니다. 인광 발광체를 이용한 이상적 인광 OLED의 외부양자효율은 25% 수준입니다.
전자가 여기 상태에서 바닥상태로 내려오면서 빛을 방출하는 것이 OLED의 원리인데 적색이나 녹색에 비해 청색의 경우 여기상태와 바닥상태의 차이가 큽니다. 때문에 에너지 차이를 구현할 수 있는 유기분자가 제한적일 수 밖에 없었고 구현하더라도 낮은 효율로 인해 실용화에는 어려움이 있었습니다.
발광층 전자와 정공, 농도 균형을 최적화했다
OLED의 핵심인 발광층은 주로 주재료인 유기분자(호스트)에 소자효율과 색의 순도를 높일 수 있는 불순물(도판트)을 더한 호스트-도판트 구조이며 기존에 카벤 기반 이리듐 착화합물을 도판트로 사용한 진청색 인광OLED가 보고되었으나 외부양자효율이 15% 수준이었습니다.
연구팀은 기존 카벤 기반 이리듐 복합체를 이용한 진청색 인광 OLED의 문제점을 발광층 내부의 전자 및 정공의 농도 불균형에 의한 것이라 가정하고 도핑 농도를 조절하여 발광층의 전자와 정공의 농도 균형을 최적화함으로써 낮은 휘도 및 효율 문제를 모두 해결했습니다. 참고로 정공이란 전자(-)가 비어있는 상태를 말하는데요. 즉, 전자(-)의 부족으로 인해 생긴 양의 전하를 가진 것처럼 보이는 입자입니다.
컬러TV의 색표현 기준을 제정한 NTSC 기준색상(적색, 녹색, 청색)을 만족하는 진청색 인광OLED를 개발한 이번 연구 성과가 QLED의 후면광 및 차세대 디스플레이에 활용될 수 있는 진청색 인광OLED의 상용화에 기여할 것으로 기대됩니다. 해당 연구는 <Advanced Materials>에 게재됐습니다.
##참고자료##
