형광보다 효율 4배 높은 ‘진청색 인광OLED’ 개발

진성호 부산대 화학교육과 교수

국내 연구진이 고효율 진청색 인광 OLED를 개발해 이미 형광에서 인광으로 대체된 녹색과 적색에 이어 청색 인광OLED가 실용화될 수 있을지 기대된다. 인광은 형광보다 4배 높은 효율을 달성할 수 있다.

한국연구재단(이사장 노정혜)은 진성호 교수(부산대 화학교육과·사진) 연구팀이 질소-헤테로 고리 카벤 기반 이리듐 복합체를 이용해 외부양자효율이 24%에 달하는 진청색 인광OLED를 제작했다고 14일 밝혔다.

외부양자효율은 OLED 내부에서 생성된 빛 입자가 소자 외부로 튀어나오는 비율이다. 내부양자효율(인가된 전하 개수 및 생성된 빛 입자 수의 비)과 광추출효율의 곱으로 정의한다. 물질 외부로 실제 빛이 튀어나오는 비율을 의미한다.

인광 발광체를 이용한 이상적 인광OLED의 외부양자효율은 25% 수준이다.

전자가 여기상태에서 바닥상태로 내려오면서 빛을 방출하는 것이 OLED의 원리인데 적색이나 녹색에 비해 청색의 경우 여기상태와 바닥상태의 차이가 크다. 때문에 에너지 차이를 구현할 수 있는 유기분자가 제한적일 수밖에 없었고 구현하더라도 낮은 효율로 인해 실용화에는 어려움이 있었다.

OLED의 핵심인 발광층은 주로 주재료인 유기분자(호스트)에 소자효율과 색의 순도를 높일 수 있는 불순물(도판트)을 더한 호스트-도판트 구조다.

기존에 카벤 기반 이리듐 착화합물을 도판트로 사용한 진청색 인광OLED가 보고되었으나 외부양자효율이 15% 수준이었다.

연구팀은 기존 카벤 기반 이리듐 복합체를 이용한 진청색 인광OLED의 문제점을 발광층 내부의 전자 및 정공의 농도 불균형에 의한 것으로 가정하고 도핑 농도를 조절해 발광층의 전자와 정공의 농도 균형을 최적화함으로써 낮은 휘도, 효율 문제를 모두 해결했다.

컬러TV의 색표현 기준을 제정한 NTSC 기준색상(적색, 녹색, 청색)을 만족하는 진청색 인광OLED를 개발한 이번 연구성과가 QLED의 후면광, 차세대 디스플레이에 활용될 수 있는 진청색 인광OLED의 상용화에 기여할 것으로 기대된다.

[e-mail] 노주섭 기자