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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 25%만 빛으로 활용할 수 있습니다.

TADF는 소멸되어버리는 ‘삼중항 엑시톤(T)’ 3개를 ‘단일항 엑시톤(S)’의 수준으로 이동시켜 형광 발광시키는 원리입니다. 영역을 거꾸로 이동한다고 하여 ‘역 계간 전이’라고 하며, 열을 이용해 이동을 유도합니다. 이러한 방식을 통해 4개의 엑시톤 모두 빛을 방출하게 됩니다. TADF는 이러한 엑시톤의 이동을 수월하게 하기 위해 에너지 준위의 높이 차이가 작게 발생하는 유기 발광 물질을 사용함으로써 100% 수준으로 내부 양자 효율을 개선할 수 있습니다.

TADF는 재료비용 감소와 높은 발광 효율로 획기적인 발광 방식으로 주목받고 있으나, 들뜬 상태에서의 재료 안정성 부족으로 현재 차세대 발광 재료로 연구 개발 중에 있습니다.

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