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TADF(Thermally Activated Delayed Fluorescence)란 OLED 발광 방식으로 연구되는 기술 가운데 하나로, ‘열 활성화 지연 형광’이라고도 부릅니다. 현재 사용되는 OLED의 주요 발광 방식인 형광(Fluorescence)의 경우 소자 안정성은 높지만 발광 효율(내부 양자 효율 기준 25%)이 낮다는 이론적 한계가 있습니다. 반면 내부 양자 효율을 100%까지 높일 수 있는 인광(Phosphorescence)의 경우 현재 R, G, B 가운데 적색(R)과 녹색(G)에만 적용되었으며, 백금계 희귀 금속(희토류) 사용으로 인해 재료비 상승이라는 단점이 있습니다. 반면, 최근 주목받고 있는 TADF는 백금계 희귀 금속을 사용하지 않더라도 내부 양자 효율을 100%까지 높일 수 있는 장점이 있습니다. TADF는 형광의 발광 방식에 특별한 요소를 추가해 발광 효율을 극대화하는 방식입니다. 먼저 형광 방식을 살펴보면, 유기 발광 소자에 에너지를 주입함으로써 해당 소자의 전자를 ‘에너지가 많은 상태(들뜬 상태)’로 만든 후, 전자가 다시 ‘에너지가 적은 상태(바닥 상태)’로 내려오면서 빛을 방출하는 원리입니다. 마치 운석이 우주에서 지구로 떨어질 때 빛을 뿜어내는 것을 상상하면 개념적 이해가 수월합니다. 그런데 전자를 들뜨게 하기 위해서 소자에 에너지를 주입할 때 빛을 낼 수 있는 입자는 위 그림처럼 모두 4개가 생성됩니다. 이를 ‘엑시톤(exciton)’이라고 부릅니다. 그런데 4개 가운데 1개는 형광으로 빛을 낼 수 있는 입자(단일항)이고, 나머지 3개는 빛을 내지 못하고 열 또는 진동으로 소멸되는 입자(삼중항)입니다. 따라서 형광 방식으로는 엑시톤 4개 중 1개만 발광 입자로 사용하게 돼, 결과적으로 전체 입자의…

인광(Phosphorescence)이란 형광(Fluorescence)과 더불어 OLED 디스플레이에서 사용하는 대표적인 발광(Luminescence) 방식 중 하나입니다. 발광이란 발광 물질 속의 전자가 높은 에너지 상태(들뜬 상태, excited)에서 낮은 에너지 상태(바닥 상태, ground)로 변화할 때, 감소한 에너지가 빛의 형태로 방출되는 현상입니다. 인광을 알기 위해서는 먼저 형광 발광 방식에 대한 이해가 필요합니다. 형광이란 바닥 상태의 발광 물질에 에너지를 주입해 해당 물질의 전자를 ‘들뜬 상태’로 만든 후, 짧은 시간에 다시 전자가 안정적인 ‘바닥 상태’로 변할 때 방출되는 빛을 디스플레이의 발광원으로 활용하는 방식으로, 위 그림과 같이 S1에서 S0으로 에너지 준위가 낮아지는 만큼의 에너지량이 빛의 형태로 방출됩니다. 하지만 형광 방식은 발광 에너지의 25%인 단일항 여기자(singlet exciton)만 활용되고, 75%를 차지하는 삼중항 여기자(triplet exciton)는 활용하지 못해 내부 양자효율이 25% 수준에 머물기 때문에 보다 효율적인 발광을 위해 인광 방식이 개발되었습니다. 인광 방식은 형광 방식에서 열·진동으로 버려지는 나머지 75%의 에너지를 활용하는 원리입니다. 이리듐(Ir) 및 백금(Pt) 착화합물과 같이 무겁고 큰 금속을 포함한 발광체는 일반 유기물에 비해 전자가 존재할 수 있는 영역인 오비탈(전자의 확률 분포 공간)의 크기가 매우 커지게 됩니다. 이에 전자가 중심원소로부터의 영향을 적게 받게 되고, 일반 형광 발광체에서는 빛으로 나오지 못하던 삼중항 여기자(triplet exciton)와 단일항 여기자(singlet exciton)의 구분이 희미해지게 됩니다. 이에, S1의 들뜬 상태에서 형광으로 발생되어야 할 에너지를 T1이라는 상태로 이동시킬…

형광(Fluorescence)이란 OLED 디스플레이에서 사용하는 대표적인 발광(Luminescence) 방식 중 하나입니다. 발광이란 발광 물질 속의 전자가 높은 에너지 상태(들뜬 상태, excited)에서 낮은 에너지 상태(바닥 상태, ground)로 변화할 때, 감소한 에너지가 빛의 형태로 방출되는 현상입니다. 위 그림과 같이 전자가 바깥쪽 궤도에서 안쪽으로 이동할 경우에는 자체 보유 에너지가 줄어들면서 물질이 안정화 되며, 이때 남는 에너지는 빛과 같은 형태로 방출됩니다. 반대로 전자가 외부의 에너지를 흡수해 들뜨게 되면 바깥쪽 궤도로 상승하게 되는 원리입니다. OLED에서는 이러한 발광 원리를 활용해 ‘형광’이라는 방식을 사용합니다. 형광은 바닥 상태의 발광 물질에 에너지를 주입해 ‘들뜬 상태’로 만든 후, 짧은 시간에 다시 전자가 안정적인 ‘바닥 상태’로 변할 때 방출되는 빛을 디스플레이의 발광원으로 활용하는 방식으로, 위 그림과 같이 S1에서 S0으로 에너지 준위가 내려오는 만큼의 에너지에 매칭되는 파장의 빛이 방출됩니다. 형광’ 방식은 OLED 발광 방식 중 가장 먼저 개발되었지만 낮은 내부 양자 효율(25%) 때문에 발광 효율이 낮은 한계가 있어, 내부 양자 효율이 최대 100%에 도달할 수 있는 발광 방식인 ‘인광(Phosphorescence)’, ‘지연형광(TADF)’을 활용한 연구 개발도 지속적으로 이루어지고 있습니다.

TV, PC모니터, 휴대폰 등에 탑재된 디스플레이는 빛을 통해 우리에게 시각 정보를 전달합니다. 빛이 있기에 물체의 형태와 색, 광택 등 대상의 특성을 알 수 있게 되는 것이지요. 그렇다면 빛은 어떻게 만들어지는 것일까요? 모든 물체는 각기 특정한 분자구조를 가지고 있습니다. 원자핵을 중심으로 전자가 일정한 궤도를 그리며 존재하고 있는데, 그 궤도를 에너지 준위라고 합니다. 전자는 외부에서 에너지를 받으면 높은 에너지 준위로 이동했다가 낮은 에너지 준위로 내려오면서 에너지를 방출하게 됩니다. 이때의 에너지 방출은 열 혹은 빛과 같은 전자기파의 형태로 이뤄지는데요. 열의 형태로 에너지가 방출되는 것을 열복사(Thermal Radiation)라고 합니다. 태양의 열이 지구까지 도달하는 것이 열복사의 예입니다. 태양을 포함한 모든 물체는 온도에 따라 특정한 파장의 열을 방출합니다. 발생된 파장이 가시광 영역일 경우에 우리는 빛을 보게 됩니다. 보통 물체의 온도가 400℃보다 낮으면 적외선을 방출하고 물체의 온도가 높아 질수록 빛의 세기는 강해지고 파장은 짧아집니다. 일반적으로 500℃도 정도에서 붉은색, 950℃에서는 진한 주황색, 1100℃에서는 연한 노란색 빛을, 1400℃에서는 가시광선의 거의 모든 파장이 골고루 섞인 흰색의 빛을 내게 됩니다. 사람의 인체는 체온이 37℃ 정도로 파장이 긴 원적외선을 방출하기 때문에 눈으로는 그 열을 인식할 수 없습니다. 특수한 촬영기구를 통해서는 열복사 현상을 확인할 수 있지요. < 영화 ‘프레데터(Predator)’ 1편의 한 장면. 외계인 프레데터는…