[디스플레이 상식사전 #25] OLED의 발광 원리

OLED(Organic Light-Emitting Diode): 전류가 흐르면 스스로 빛을 내는 유기화합물을 이용하여 만든 디스플레이

디스플레이 상식사전 #24에서 OLED의 구조와 LCD와의 차이점을 다루었습니다. 앞서 다룬 바와 같이 OLED는 소자 하나하나가 스스로 빛을 내어 후면에서 빛을 비춰주는 ‘백라이트 유닛’ 부품이 필요하지 않는데요. 때문에 OLED는 LCD 대비 훨씬 얇고 가벼우며, 폴더블 및 롤러블 등 다양한 형태의 폼팩터로 구현이 가능합니다. 그렇다면 OLED의 소자는 어떤 원리로 발광하는 것일까요? 지금 같이 살펴보시죠!

자체 발광 원리를 이용한 OLED 구조

본질적으로 OLED의 발광 원리는 정공(+)과 전자(-)의 결합으로 발생하는 에너지를 빛의 형태로 방출하는 전계발광(Electroluminescent) 현상을 이용합니다. OLED 구조에 전기가 공급될 시 양극(Anode)에서 주입되는 정공이 음극(Cathode)쪽으로, 반대로 음극에서 주입되는 전자는 양극쪽으로 서로 이끌리듯이 이동하는데요. 정공과 전자는 각각 주입층(HIL, EIL)과 수송층(HTL, ETL) 등 이동을 돕는 유기물들을 통해 발광층(EML)에서 재결합하게 되는데, 이 결합체를 엑시톤(exciton)이라고 부릅니다. 초기의 엑시톤은 ‘들뜬 상태’로 높은 에너지를 지니고 있으나, 차차 에너지를 잃어 ‘바닥 상태’가 되는 과정에서 낮아진 만큼의 에너지가 빛의 형태로 방출됩니다.

OLED의 자체 발광 방식은 화면 부분을 더 밝게, 어두운 부분은 더 어둡게 표현하는 고명암비를 구현하며, 액정, 컬러필터 등 빛의 순도를 저하하는 부품들을 사용하지 않아 자연에 가까운 색 표현력을 자랑합니다.

OLED가 색상을 어떻게 표현할까?

OLED의 발광 원리에 대해 알아보며 OLED가 색상을 어떻게 표현하는지에 대해서도 궁금하실 텐데요. OLED는 빛의 에너지 방출의 정도가 다르다는 성질을 활용해 모든 색을 표현할 수 있습니다. 에너지의 방출 정도는 ‘밴드갭 (Band gap)’에 따라 달라지는데, 이는 한 물질 내부에서 전자가 존재하는 가장 높은 에너지 레벨(HOMO)과 전자가 존재하지 않는 가장 낮은 에너지 레벨(LUMO)의 차이를 뜻하는데요. 즉, 밴드갭이 클수록 많은 에너지가 방출돼 파장이 짧은 빛인 파란색이 방출되며, 밴드갭이 낮을 경우 그만큼 빛의 에너지가 줄어들어 파장이 긴 적색을 방출하게 됩니다. 또한 중간 정도의 밴드갭에서 방출되는 빛은 녹색을 띠는데, OLED는 이렇게 빛의 삼원색인 RGB(적색, 녹색, 파란색)를 배합하여 모든 색을 표현할 수 있답니다!

Recap Quiz

Q. 발광층(EML)에 도달한 정공과 전자가 형성하는 결합체의 명칭은?

① 엑시톤(exciton)

② 엑시터(exciter)

답: ①