디스플레이 재료 dopant란 무엇일까?

 

예전 글에서 소개했듯이 OLED는 EML이라는 유기발광층이 존재합니다. OLED 패널에 전류를 흘렸을 때 HIL과 EIL은 전공과 전자의 이동을 돕고 발광층인 EML에서 전자와 전공이 만나 서로 결합을 하면서 빛을 발생시키는 원리이다. 

전자와 전공의 결합 과정에서 높은 에너지를 가진 기저상태가 형성되는데, 이 높은 에너지 상태가 다시 안정적인 상태로 내려가면서 발생하는 에너지 차이만큼 빛을 발생하게 된다. 

 

출처 - 내 블로그

그렇다면 그냥 전자와 전공이 알아서 결합해서 빛을 방출시킬 수 있을까? 효율적으로 빛을 만들어 내기 위해서는 전자와 전공의 결합을 돕는 물질이 필요하다. 그 재료가 바로 OLED에서는 흔히 Dopant라고 부른다. 발광층은 크게 Host와 Dopant로 이루어져 있으며, 호스트는 발광층 안으로 들어온 전자와 전공이 서로 잘 만나 결합할 수 있도록 도와주는 역할을 하며, 엑시톤을 효율적으로 생성시키도록 서포터 역할을 하며, 도펀트는 이렇게 생성된 엑시트를 효율적으로 받아서 발광시켜주는 역할을 한다.

 

다양한 Dopant - 분자구조 출처 : 구글이미지

 

 

OLED 디스플레이의 소자가 발광하는 방식은 크게 형광과 인광으로 나눌 수 있다. 먼저 인광 방식은 Dexter 방식이라고도 부르는데, 형광 방식과는 다르게 빛 에너지를 전달받아 도펀트에서 발광시켜주는 것이 아니라, 호스트에서 직접 전자나 전공이 직접 도펀트로 에너지 전이를 일으켜서 도펀트가 발광하게 만들어 준다. 반면에 형광 방식은 Foster 방식이라고도 얘기하며, 호스트가 전자와 전공의 결합에 따라 발생한 엑시톤 에너지를 흡수하고, 특정 파장대에서 빛을 발생시키는 호스트 발광 현상을 이야기한다. 이때 만들어진 빛 에너지를 도펀트에서 흡수하며, 다시 도펀트에서 발광이 일어나게 하는 방식을 형광 방식이라고 이야기한다. 

 

현재 OLED 디스플레이에는 호스트와 도펀트를 구성하는 복합 발광 시스템으로 널리 사용 중이며, 과거 단일 유기물 발광 방식에 비해 색의 순도도 높고 발광효율도 높아 대부분의 OLED 발광 시스템에서 사용 중이다. 하지만 복잡해질수록 재료비 측면에서는 증가하기 때문에, OLED 업계에서는 심플한 구조로 효율적인 기능을 발현할 수 있는 구조를 끊임없이 개발하고 있다.