삼성과 LG가 투자금 일부를 댔던 일본 OLED 소재 벤처업체 일본 큐럭스가 지연형광(TADF) 제품을 대만 수동형(PM) 유기발광다이오드(OLED) 업체 와이즈칩(智晶, WiseChip)에 상용·공급되고 있다고 11일 전해졌다. 그동안 연구개발(R&D) 단계였던 TADF 소재 상용화는 이번이 처음인 것으로 알려졌다.
국내 OLED 한 전문가는 "큐럭스가 지난 5월 국제정보디스플레이학회(SID)에서 TADF 소재를 팔고 있다고 발표했다"며 "비교적 쉽게 만들 수 있는 그린과 옐로부터 상용화했다"고 말했다. "아직은 수명이 조금 모자란다"며 "모노(단일)컬러를 쓰는 PMOLED에 적용됐다"고도 했다. PM(PassiveMatrix)은 구동방식의 일종으로 단순 표시장치 등에 사용된다. 스마트폰이나 TV는 AM(ActiveMatrix) 구동을 쓴다.
큐럭스가 이번에 상용화한 OLED 제품은 스스로 '하이퍼형광(Hyperfluorescence)'이라 이름 붙인 TADF 기술 기반 소재다. TADF를 호스트(host)로 삼고, 형광(Fluorescence) 물질을 도판트(dopant)로 쓴다. TADF를 도판트로 썼던 기술보다 더 진보했다고 하고 있다. 도판트가 실제 빛이 나오는 물질이고, 호스트는 발광효율을 높여주는 역할을 한다.
AMOLED 디스플레이 발광 소재는 처음 형광으로 출발해 현재 인광(phosphorescence) 물질까지 양산적용됐다. OLED 발광 원리는 '들뜬 상태 엑시톤(exciton)이 잃은 에너지만큼 전환된 빛'이라고 통상 설명된다. 엑시톤의 상태는 일중항(singlet)과 삼중항(triplet) 두 가지인데, 전자의 회전방향에 따라 자연적으로 1:3의 비율로 존재하며 일중항의 에너지가 삼중항보다 높다.
형광에서 일중항 엑시톤의 에너지는 빛으로 나오지만, 삼중항 엑시톤의 에너지는 열 등으로 전환된다. 일중항 엑시톤의 모든 에너지가 빛으로 나온다고 가정해도, 최대내부양자효율은 25%가 된다. 이리듐(Ir), 백금(Pt) 등을 섞으면 삼중항 엑시톤의 에너지까지 빛으로 만들수 있다. 이를 인광이라고 하고, 최대 내부양자효율은 100%가 된다.
인광은 형광보다 이론상 빛효율이 높지만 값이 비싸다. 희귀금속을 써야하고, 기술을 독점한 미국 UDC에 특허료를 지불해야하기 때문이다. 양산 OLED에서 레드와 그린은 인광이지만, 블루는 아직 형광을 쓰고 있다. 이 분야에서 일본 이데미쯔코산이 한동안 독점적 지위를 누렸으나 다른 경쟁사들이 대체 제품을 내놓으며 삼성디스플레이에서 채택·비중이 크게 떨어진 것으로 전해졌다.
인광 블루 개발은 여전히 더디다. LG디스플레이 내부에서는 TADF 블루의 개선 속도가 인광 블루보다 더 빠르다는 판단으로 TADF에 중점을 두고 있는 것으로 전해졌다. TADF는 이론상 인광과 최대발광효율이 같으면서도, 희귀금속을 쓰지 않고 순수 유기물질로 만들수 있어 인광보다 가격이 훨씬 싸다.
TADF(thermally activated delayed fluorescence)는 삼중항 여기자를 일중항으로 올려 발광케 하는 기술이다. 삼중항을 일중항으로 옮기는데 시간이 걸리므로 '지연'이고, 일중항으로 발광케해 '형광'이다. 상온(thermal)에서 일어나는 현상이다. 큐럭스와 함께 독일 사이노라(cynora)가 선두업체로 꼽힌다. 국내 삼성과 LG는 사이노라에도 투자를 한 바있다.
이번에 처음 상용화된 큐럭스의 하이퍼형광은 TADF의 색순도를 높이려 고안됐다. TADF를 도판트가 아닌 호스트로 쓴다. TADF 호스트 단계에서 엑시톤을 일중항 에너지로 모아, 형광 도판트에 전달한다. 형광 도판트에서 일중항 엑시톤을 떨어뜨린다. 총열이 긴 총이 명중률이 높듯, 하이퍼형광은 에너지를 정렬시켜 겨냥하고 있는 파장대 빛을 발광하는데 도움을 준다. 큐럭스는 하이퍼형광이 TADF보다 반치폭이 좁고 색좌표가 깊다고 설명하고 있다.
