Theme 3. OLED
서른 번째 개념: 도판트
도판트 (Dopant): 소자 효율, 안정성, 색 순도 등을 개선하기 위해 OLED 발광층에 첨가하는 화합물
도판트는 더 적은 에너지로 더 밝은 빛을 내게 하고, 소자의 수명을 늘리거나 색 순도를 높이는 등 그 중요도가 큽니다. 이번 디스플레이 상식사전에서는 OLED의 핵심 물질 ‘도판트’는 무엇이며 OLED의 발광에 어떻게 활용되는지 알아보도록 하겠습니다!
도판트, 호스트와 함께 OLED의 빛을 탄생시키다
도판트를 알아보기 전, OLED가 빛을 내는 과정을 살펴볼 필요가 있는데요. 간단히 설명하자면, OLED는 패널에 전류를 가함으로써 양극(+)과 음극(-)에서 주입된 정공(+)과 전자(-)가 중간에 위치한 여러 층을 거친 후, 발광층(Emission Layer, EML)에서 만나 빛을 생성합니다.
발광층은 호스트(Host)와 도판트(Dopant)로 구성되며, 호스트는 전자와 정공이 잘 결합할 수 있도록하는 엑시톤(Exciton)의 생성을 돕는 역할을 합니다. 도판트는 만들어진 엑시톤을 받아 무사히 빛을 발하게 해 발광 효율을 높이죠.
그렇다면 호스트와 도판트가 어떻게 빛을 형성하는지 구체적으로 알아볼까요? 디스플레이 상식사전 ‘형광과 인광’ 편에서 다뤘던 개념이 재등장하는데요. 이를 호스트와 도판트의 관점에서 풀어보겠습니다.
형광에서는 호스트가 정공과 전자가 합쳐진 엑시톤으로부터 에너지를 받아 들뜬 상태가 되면 바닥 상태로 돌아가며 흡수했던 에너지를 내보내면서 발광하는데요. 여기서 호스트가 방출한 에너지는 도판트로 전달되고, 도판트에 흡수되어 빛으로 발산됩니다. 이는 포스터 에너지 전이(Förster Resonance Energy Transfer)라고도 부릅니다.
인광에서는 호스트와 도판트가 서로 전자를 교환하고, 이를 통해 에너지가 옮겨지며 도판트가 발광하는데요. 이는 덱스터 에너지 전이(Dexter Energy Transfer)라고도 칭합니다.
이처럼 OLED의 핵심소재인 도판트의 한 종류인 ‘p도판트’를 최근 LG디스플레이와 LG화학이 공동 개발을 통해 국산화에 성공했습니다. OLED 발광 효율의 획기적 향상과 소자 수명 연장, 소비전력 저감에 중요한 역할을 하는 p도판트는 개발 난이도가 가장 높은 소재 중 하나인데요. 독자기술을 통해 기존 수입 재료와 동등한 효율 및 성능의 소재 개발에 성공하며, 공급망을 강화하고 산업 자립도를 끌어올리는 데 기여했습니다.
Recap Quiz
Q. 전자와 정공이 만나 만들어진 엑시톤을 받아 OLED가 빛을 잘 내게 함으로써 발광 효율을 향상시키는 물질은 무엇일까요?
① 도판트
② 호스트
답: ②
