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포커스 OLED 면광원용유기재료 김우영 * 차세대디스플레이기술로각광을받고있는 OLED 는경량, 박형의단순한구조와공정그리고경제성이우수한기술적인장점을앞세워최근백색광원으로적용영역을확장하고있다. 특히가까운미래에대두될것으로예상되는환경과에너지문제에가장효과적으로대응할수있는기술로서잠재적인가치를인정받고있다.

1 포커스 OLED 면광원용유기재료 김우영 * 차세대디스플레이기술로각광을받고있는 OLED 는경량, 박형의단순한구조와공정그리고경제성이우수한기술적인장점을앞세워최근백색광원으로적용영역을확장하고있다. 특히가까운미래에대두될것으로예상되는환경과에너지문제에가장효과적으로대응할수있는기술로서잠재적인가치를인정받고있다. 유기물질을발광체로사용하고유리나필름등다양한기판에적용이가능하면서크기와형태에제한을받지않고다양한형태의광원으로사용이가능하면서도전력소모가상대적으로낮은 OLED 는멀지않은장래에 LCD Backlight, 조명기구및 Signage 의광원으로사용될것으로예상된다. 목 차 I. 개요 I. 개요 II. 최근기술동향 III. 미래기술전망 * 호서대학교디스플레이공학부 / 교수 LCD, PDP 와같은기존의평판디스플레이기술과는달리 OLED 는상대적으로얇고, 가벼우며색순도가높고전력효율이우수한특성을가지고있어차세대디스플레이및광원기술로각광을받고있다. 또한단순한공정과소자구조에따른제품의생산원가절감의효과도있어향후관련분야에서의투자활성화로시장점유율을확대해나갈수있을것으로예상된다. 현재디스플레이시장을주도하고있는 LCD 와는달리 OLED 는유기물발광체를이용하여자발광 (self-emitting) 하는소자로서효율적이고환경친화적인면광원으로서 LCD 의 Backlight 및일반조명기구에의직접적인적용을통해디스플레이뿐만아니라여타분야로의무한한시장확대가능성을가지고있다 [1]. 1

2 주간기술동향통권 1335 호 OLED 가면광원으로사용되기위해서는우선백색광 OLED(WOLED: White OLED) 의전기적특성을획기적으로개선해야하는데이를위해고려해야할요소로는구동전압및소비전력의감소, 소자수명의증대, 박막봉지공정확보그리고대면적유기박막형성기술등이있다. 특히 WOLED 는면광원이기때문에 CCFL(Cold Cathode Fluorescence Lamp: 냉음극형광램프 ) 를적용한선광원이나 LED 를적용한점광원에비해휘도균일도가우수하고빛의균일한확산을위해도광판및프리즘쉬트등을별도로장착할필요가없어제품의생산원가를절감할수있다는기술적인장점이있다. 또한 OLED 는중금속을사용하지않는환경친화적인조명의광원으로서미래기술을선도할것으로판단된다. WOLED 의면광원구현은 ( 그림 1) 과같이혼합단일발광층형성으로부터청색색변환까지다양한방식의기술이적용되고있다. 각각의기술방식은나름대로고유한장단점을가지고있으며이가운데 2 층혹은 3 층의복수발광층을적용하여혼합백색광을합성해내는적층형소자구조방식이많이사용되고있다. 단층발광구조는단층의유기박막을가진소자를형성하는방식으로저분자 OLED(Small Molecular OLED: SMOLED) 혹은고분자 LED(Polymer LED: PLED) 를사용하게되는데단층소자구조제작의공정특성을고려하여 PLED 가적용된 WOLED 가우선적으로고려된다. 고분자단층 WOLED 는정공주입층 (Hole Injection Layer: HIL) 혹은정공수송층 (Hole Transport Layer: HTL), 전자수송층 (Electron Transport Layer: ETL) 등의기능층이없이전극사이에발광층 (Emitting Layer: EML) 만존재하는관계로발광효율이높지않으며단층에서 RGB(Red, Green, Blue) 의색조합이일어나야하기때문에백색광의색순도가우수하지못하다. 반면에저분자단층 WOLED 는 HIL, HTL, ETL 등을적용할 단층발광구조 다층발광구조다층발광층 Stack 구조 색변환구조 구조 원리 장단점 - RGB, RB 발광물질을단일층에혼합한구조 - Excimer, Exciplex white - 제조용이, 저가격 - 저효율, 단수명, 색좌표변동심함 - RGB, RB 적층구조 - 일반적인구조 - 교효율, 현재양산중 - 제조공정복잡, 색좌표변동 - OLED 를다증으로적층 - Stack OLED, Multi- Photon Emission, Field Seouential Color 구조 - 고효율, 저수명 - 제조공정복잡, 높은가격 - 청색 OLED 및형광체를이용하여빛의파장을변환 - 단순구조, 장수명, 색좌표안정, 제조용이, 저가격 - 저효율 ( 그림 1) WOLED 을구현하기위한다양한소자구조 2

3 수있어고분자방식에비해효율과휘도가상대적으로우수하다고할수있다. 다층발광구조를가진 WOLED 는형광및인광재료를사용할수있으며이들을조합하여소자의효율을최대한높일수있는장점을가지고있다 [2]. 특히다양한첨가물질을이용하여발광효율을증가시키거나별도의유기박막층을삽입하여전류의변화에도색순도가변화하지않는우수한색안정성을얻을수있다. 소자적층 (Stack OLED: SOLED) 구조를가진 WOLED 는독립적인 OLED 소자를차례로적층하여백색광을구현하는방식으로 RGB 를개별적으로조절할수있는장점을가지고있다. 색변환구조의 WOLED 는청색의 OLED 를색변환매개체 (Color Change Medium: CCM) 혹은색변환광필름 (Photo-Luminescence Film: PLF) 을이용하여백색광으로변환하는방식으로써일반조명기구에적용이가능하다. OLED 가면광원으로사용되기위하여백색광이가져야할특성은크게색좌표와색온도그리고연색지수가있다. 일반적으로색좌표는국제조명위원회 (Commission Internatiolale de 1 E clairage: CIE) 의기준을따르는데 Red, Green, Blue 3 색을기본색으로하여 (x, y) 의좌표로표현하며이론적인순수한백색의색좌표는 (0.333, 0.333) 에위치하게된다 (( 그림 2) 참조 ). 색온도 (Color Temperature: CT) 는 Kelvin 온도 (K) 로나타내며빛의반사가없는흑체 (0K) 를기준으로하여설정된값을갖게된다. 태양직사광의색온도는대략 5,500K 이며, 일반적으 ( 그림 2) CIE 색좌표의구성 3

4 주간기술동향통권 1335 호 로색온도가낮을수록붉은색을높을수록푸른색을띠게된다. 연색지수 (Color Rendering Index: CRI) 는자연의색을재현해주는정도를 0~100 사이의값으로나타내는데색온도 5,500K 의태양광을표준 (100Ra) 으로설정하여정해진광원아래에서피사체의색재연능력을수치화한것이다 [3]. 범용의광원으로사용하기위한 OLED 백색광원은 (0.333, 0.333) 에근접하는색좌표와 3,000~8,000K 의색온도그리고 80Ra 이상의연색지수를가지고있어야한다. II. 최근기술동향 1. 단층발광저분자유기형광 WOLED 1995 년 Bell Lab. 에서는 NAPOXA 를이용하여넓은파장의단층발광 WOLED 를구현한바있는데적용한소자의구조는 ITO/TAD/NAPOXA/AlQ/Al 이었으며, NAPOXA 를백색발광층으로사용한단층발광소자였다. 백색발광의휘도는 4,500cd/m 2 이상이었으며, 발광효율은 0.5lm/W 라고보고하였다. California 대학에서는고온과고압을이용하여도판트를정확하게조절할수있는 Fused Organic Solid Solution 방식을이용하여 α -NPD 에 DPVBi, rubrene, DCJTB, C545T 를도핑한유기물을제조하고, 이를소자에적용하여단층발광 WOLED 를제작하였다 [4]. 소자의최고휘도는 15,000cd/m 2 이었고, 소자의효율은약 2.5cd/A 이었으며전류에따른색안정성이아주우수하였다고보고되었다 (( 그림 3) 참조 ). Princeton 대학 Forrest 교수는 Pt 계인광물질을이용하여 Pt 계물질이잘발생되는 Exiplex 발광을이용하여단층고효율 WOLED 를개발하였으나소자의신뢰도수준은초보단계에머무르고있다. 일본 Yamakata 대학의 Kido 교수팀은 PVK 를호스트 (Host) 물질로사용하고청색도판트 (Dopant) 인 TPB, 녹 ( 그림 3) California 대학의 WOLED 소자구조와 I-V-L 특성및색좌표 4

소자의최대휘도는 13,500cd/m 2 였으며, 0.35lm/W 의효율을보였다. 소자는 HBL 층으로 BCP 를삽입하여전류의변화에대하여색순도가거의변하지않는우수한색안정성을보였다. 최근 Eastman Kodak 에서는황색빛과청색빛을조합하여백색광을구현하는기술을발표하였는데황색발광층에는 ruburene 을사용하였으며청색발광층에는 perylene 등을사용하였다.

5 색도판트인쿠마린 (Coumarin) 6, 적색도판트인 DCM1 을혼합하여 WOLED 를구현한바있다. 2. 다층발광저분자유기형광 WOLED 1999 년 Princeton 대학에서는 [5] α -NPD 호스트에 DCM2 를도핑하여하나의층에서청색과적색을발광시키고 Alq3 를적용한전자수송층 (Electron ransport Layer: ETL) 에서녹색을발광하여, 3 가지의광이수직으로합쳐져백색을구현하는다층발광백색 OLED 를개발하였다. 소자의최대휘도는 13,500cd/m 2 였으며, 0.35lm/W 의효율을보였다. 소자는 HBL 층으로 BCP 를삽입하여전류의변화에대하여색순도가거의변하지않는우수한색안정성을보였다. 최근 Eastman Kodak 에서는황색빛과청색빛을조합하여백색광을구현하는기술을발표하였는데황색발광층에는 ruburene 을사용하였으며청색발광층에는 perylene 등을사용하였다. (a) Eastman Kodak 의 WOLED 소자구조 (b) Princeton 대학의 WOLED 소자구조 ( 그림 4) WOLED 소자구조 3. 단층발광고분자 WOLED 고분자를이용한단층발광 WOLED 는용액을사용하는소자제작공정의제한적인조건때문에정공주입층 (HIL), 정공수송층 (HTL), 전자수송층 (ETL) 등다양한기능층의소자내적층이곤란하여발광효율이높지않으며, 단일발광층에서 R, G, B 의색조합이이루어지므로일반적으로색순도가좋은백색구현이쉽지않다 년 Kido(Yamagata 대학 ) 는 PVK(5,10,15,20- tetraphenyl porphyrinmg(2)/alq3) 를호스트로이용하고, 여기에청색도판트인 TPB, 녹색도판트인쿠마린 6, 적색도판트인 DCM1 및 Nile Red 를도핑하여단층발광으로단일층의색순도가우수한고분자 WOLED 를제작하였는데단일층의고분자를이용한단층발광 WOLED 의최대휘도는 4,100cd/m 2 였다. 5

6 주간기술동향통권 1335 호 Metal Cathode Doped PVK (TPB, Coumarin 6, DCM1, Nile Red) Glass & ITO Anode ( 그림 5) 단층발광고분자 WOLED 의소자구조와발광층유기재료 최근일본의 Kanazawa 대학에서는 PVK 를 Host 물질로하여 Nile Red, Rubrene, TPB, Bu-PBD 등의발광체를도핑하여전기적특성이 4.3lm/W, 11.3cd/A 이며, 백색색좌표가 (0.33, 0.33) 인고효율고분자단층발광 WOLED 소자를발표하였다. 미국의 Washington 대학에서는청색호스트인 PF-TPA-OXD 고분자에녹색도판트인 FFBFF, 적색도판트인 FTBTF 를도핑하여단층발광고분자 WOLED 를제작하였으며, 최대휘도는 12V 에서 12,900cd/m 2 였다. 4. 다층발광인광 WOLED 인광발광재료를적용한발광층을여러층으로수직적층하여제작한고효율의 WOLED 에 대한발표가최근이어지고있다. 미국의 OLED 재료회사인 UDC 는 Toyota 와공동으로 R, G, B 인광 Dopant 를이용한다층의인광발광층으로고효율의 WOLED 를발표하였다. 개발된 (a) UDC 사 (b) NOVALED 사 ( 그림 6) (a) UDC 사의 WOLED 발광효율, (b) NOVALED 사 WOLED 의발광효율 6

WOLED 의효율은 18.4lm/W(39cd/A) 였으며, (0.39, 0.39) 의색좌표를나타내고있다. 또한개발된 WOLED 의연색지수 (Color Rendering Index) 는 79 였다. 독일의유기형광재료회사인 NOVALED 는 PIN OLED 를이용하여색좌표 (0.35, 0.37), 휘도 1,000cd/m 2 에서 16.

7 WOLED 의효율은 18.4lm/W(39cd/A) 였으며, (0.39, 0.39) 의색좌표를나타내고있다. 또한개발된 WOLED 의연색지수 (Color Rendering Index) 는 79 였다. 독일의유기형광재료회사인 NOVALED 는 PIN OLED 를이용하여색좌표 (0.35, 0.37), 휘도 1,000cd/m 2 에서 16.3lm/W 의효율을갖는 WOLED 를개발하여발표하였으며, 또한최근에는필립스와공동으로유사한 PIN- OLED 기술을이용하여 25lm/W 의효율을갖는백색 OLED 를발표하는등 WOLED 의발광효율이급속하게개선되고있다. 5. 색변환 WOLED 최근미국의 GE 는 Blue Polymer OLED 를이용하여청색빛을백색으로변환하는소위색변환 (Color Conversion) 방식의고효율 WOLED 를개발하고있으며, SID 2005 에서색변환 WOLED 를이용한대면적광원을제작발표하였다. 이광원은청색의 OLED 를원천광원이양자효율이 98% 인 perylene dye 와양자효율이약 85% 인 Y(Gd)AG:Ce 형광체의혼합박막을투과하면서백색으로색변환이이루어지는방식을이용해개발되었으며 CIE 색좌표값 (0.36, 0.36), 19cd/A 의발광효율을보여주었다. 또한 1,500cd/m 2 에서 16lm/W, 1,000cd/m 2 에서 15lm/W 의소자효율을나타내었고이때색온도는 4,400K 이었다. 한국의 KDT 에서는청색광 OLED 에무기형광체로제작된형광필름 (Photoluminescence Film: PLF) 를적용한고효율의 WOLED 을발표하기도하였다.[6] Metal Cathode Blue OLED Blue OLED ITO White Conversion Single Layer (a) Glass PLF (b) ( 그림 7) (a) KDT 의 PLF 색변환 WOLED 과 (b) GE 의유기형광박막색변환 WOLED 6. 소자적층 WOLED 미국의 Princeton 대학에서는 R, G, B 독립 OLED 발광소자를적층시키는방식을이용하여 7

8 주간기술동향통권 1335 호 삼색조합을통해백색광을재연해내는 OLED(SOLED: Stacked OLED) 를개발하여 WOLED 의구현에활용하였다. SOLED 를이용하면 R, G, B 의휘도등을독립적으로조절할수있기때문에백색의구현이쉬운장점이있으나제작하는소자의구조가복잡한단점이있다. 일본의 IMES(International Manufacturing and Engineering Services) 에서는 R, G, B 소자를연속적으로적층하고각층의사이에 CGL(Charge Generation Layer) 을삽입하여발광효율을증대시킨 MPE(Multiphoton Emission) 방식의 OLED 소자에대한연구결과를발표하였다. 이패널은 (0.32, 0.34) 의색좌표를갖는것으로보고되었다. 7. WOLED 에적용되는형광및인광재료형광 (Fluorescence) 재료는일중항여기상태에서기저상태로에너지전이가일어나면서빛이방출되나인광 (Phosphorescence) 재료는삼중항여기상태에서에너지가전이되면서빛을내게된다. 삼중항에서는일중항에비해전자가 3 배 (75:25) 많으므로이론적으로는인광재료의광효율이형광재료보다 3 배높다. 적색발광체는미국 Kodak 사의 DCM 과 DCJTB Dopant 가가장많이알려져있으며일본 Sony 사의 BSN 유도체는박막상에서의재료분포가균일하고높은열적안정성을가지고있어도판트없이도높은발광효율과우수한색좌표를갖고있다. 녹색형광체는미국의 Kodak 사에서최초로개발한 Alq3 가대표적인재료이며현재는그것의다양한유도체가계속개발되어발광효율특성이현저하게개선되었다. 청색형광체의경우일본 Idemitsu 사의 Amine 기를치환시킨 Distryl 계열재료의특성이가장우수한것으로알려져있는데수명이이미 30,000 시간이상이다. 인광재료로는일중항혹은삼중항여기상태에서삼중항여기상태로계간전이 (Inter System Crossing) 가용이하게일어나는유기금속화합물이주로사용되는데여기에는 Ir, Pt, Eu, Tb 과같은원자번호가큰금속이중심원자인유기금속화합물이있다. Ir 계유기금속화합물은 UCLA 와 Princeton 대학에서공동으로개발하여처음보고되었으며적색인광재료로 Ir(ppy)3 청색인광재료로 Filpic 등이알려져있다. 청색인광재료는 [7] 고성능의정공차단물질의적용에따라 18cd/A 의높은효율을가지게되었고녹색인광재료의경우 82cd/A 의높은효율을달성하는수준이되었다. 인광재료는저전류밀도에서는실용화가능할정도로충분한발광효율을보이지만고전류밀도에서는삼중항여기상태의포화로인해소멸현상이발생하여오히려발광효율을감소시키는문제가발생한다. 이러한단점을개선하기위해서는도판트발광체의삼중항여기상태수명이짧아야하며재료의분자구조가매우 Bulky 하거나측쇄를갖는덴드리머와 8

9 같은방사형구조를가짐으로써삼중항 - 삼중항소멸이방지되는물질의개발이필요하다. 8. WOLED 해외개발동향미국의에너지사업을총괄하고있는 DOE(Department of Energy) 는전력소모가적은광원을개발하기위한 SSL(Solid State Lighting) 관련프로젝트를 2000 년부터수행해오고있다. 이프로젝트에는저비용 LED 와 OLED 개발에대한연구가중점적으로구성되어있으며, 프로젝트전체규모는 6,300 만달러이상수준이다. 이프로젝트중에서 OLED 관련소규모프로젝트는 19 개가있으며, 연구개발비는약 3,380 만달러정도이다. 현재이프로젝트에는 UDC (Universial Display Corporation) 와 GE(General Electronics) 가주축이되어많은연구와개발이진행되고있다. OLED 의경우아직개발단계이지만환경보호적인측면과저소비전력의에너지절감의측면에서차세대조명으로충분한기술적잠재성을가지므로미국에서는정부의적극적인주도하에대규모의연구개발투자가지속되고있다. UDC 는인광 OLED 재료기술을바탕으로미국정부 DOE 의지원을받아백열등과형광등을대체할에너지효율이좋은백색광용재료와소자구조등의연구를진행하고있다 년 1 인치크기의독립 RGB 구조로서색좌표는 (0.32,0.39) 이고 CRI 가 86%, 발광효율이 800cd/m 2 인백색인광 OLED 조명을개발하였다. 이패널은수평 RGB 구조로서 RGB 를동시에이용한방식으로시각적으로일정한백색을표현한다. UDC 는 RGB 를이용한저전압고효율의백색조명개발을위해도요타 (Toyota Industries Corporation) 와백색인광 OLED (PHOLED) 공동개발을진행하였으며그결과를 2004 년 SID Conference 에서전시하였다. 이시제품은인광발광재료와구동디자인및제조방식등을개선하여 3 3 인치 WOLED 패널을타일형식으로연이어붙인형태의 6 6 인치크기의평판백색 OLED 광원으로서, 패널효율은구동전압이 6.3V 에서 18lm/W, 휘도는 1,000cd/m 2, 색좌표는 (0.38, 0.38) 이었다 년에는인광 OLED 기술을사용하여 30lm/W 의전력효율을제공하는 6 6 인치백색 OLED 조명패널을 Society of Optical Engineering Symposia and Exhibition 에서선보였다. 전시된 WOLED 패널은전력효율이현재까지가장높은수준으로알려졌으며시제품의색온도는 4,000K 로서형광등과비슷한수준이다. UDC 사는 DOE 의결과보고서에서이패널이발광효율 15lm/W, 색온도 3,700K 에서휘도가 150Lumen 인것으로보고하였다. 저전압구동이가능한새로운인광 OLED 구조와전도성이높은 n-타입과 p-타입의전자또는정공이동재료도동시에개발하였다. 이재료를사용하여색좌표 (0.39, 0.,40), 휘도 800cd/m 2, 19.7lm/W@ 9

주간기술동향통권 1335 호 2008. 2. 27. 6.3V 의특성을갖는 PIN 타입의인광 WOLED 광원을개발하였다. 또한기존의 OLED 는광자의약 25% 만이빛으로방출되어효율성에한계를가지고있는바 WOLED 가면광원으로서상업적인수준에도달하기위해서는광효율 35~40lm/W 수준으로향상시켜야한다.

Reveo 사는 frozen PIN 구조와 LECs(Light-emitting Electrochemical Cells, 발광전기화학전지 ) 를이용한고분자 WOLED 재료개발을주요목표로하고있는데주요내용으로서는단일호스트발광층에여러가지레이저염료로도핑하여다양한색을구현하는방식이다.

10 주간기술동향통권 1335 호 V 의특성을갖는 PIN 타입의인광 WOLED 광원을개발하였다. 또한기존의 OLED 는광자의약 25% 만이빛으로방출되어효율성에한계를가지고있는바 WOLED 가면광원으로서상업적인수준에도달하기위해서는광효율 35~40lm/W 수준으로향상시켜야한다. UDC 는광효율을증가시키기위한새로운 light extraction 기술로서두꺼운기판을사용하여광효율을증가시킨결과를발표하였다. Reveo 사는 frozen PIN 구조와 LECs(Light-emitting Electrochemical Cells, 발광전기화학전지 ) 를이용한고분자 WOLED 재료개발을주요목표로하고있는데주요내용으로서는단일호스트발광층에여러가지레이저염료로도핑하여다양한색을구현하는방식이다. Maxdem 사는 RGB 3 색을모두사용하며소자의구조와인광재료를최적화시킨 WOLED 개발을목표로다량의고분자와중합체를변화시켜발광층으로흘러들어가는에너지를제어하는방식을사용하였다. 그밖에도 OSRAM, Sylvania 등이 DOE 가주관한프로젝트를수행하였다 년 10 월에시작된 OLLA 는 IST(Information Society Technology) 산하의유럽위원회에서후원하는프로젝트로서유럽의 20 여개업체들이일반조명용고휘도, 장수명, 고효율의타일형 OLED 광원을공동으로개발하고있다 ( 총개발기간 45 개월 ). 참여기업으로는 Aixtron, Covion, Novaled, Osram, Philips, Sensient, Siemens 등이있으며유럽내의유수학교와연구소들이참여하고있다 년 1 차개발목표는 에서 2,000hr 수명을갖는백색광 OLED 개발이며 2008 년최종목표는일반백열등보다 10 배정도긴 10,000hr 수명과 50lm/w 효율인고휘도면광원개발이다. ( 그림 8) Philips 사의 WOLED 35x35mm², 25lm/W ( 그림 9) Siemens 사의 35cm² WOLED 일본의조명용 OLED 개발은야마나시현산업기술진흥기구유기일렉트로닉스연구소와여러 업체가공동으로진행하고있으며, 2007 년에백열등수준의조명을, 2010 년에는형광등수준 의발광효율과수명을갖는조명개발을목표로하고있다. 산업기술진흥기구유기일렉트로닉스 10

연구소와 NEC 라이팅, 코이즈미산업, 마쓰시타전기산업이공동개발한 OLED 조명이 2005 년 3 월에열린 제 7 회동경국제조명박람회 2005 에서전시되었다. 코이즈미산업의 OLED 조명두께는 25mm 이고, 마쓰시타는소비전력 15W 이고발광효율 71m/W 인 OLED 조명을전시하였다.

IMES 사가전시한제품은 2 종류로서, 연녹색과오렌지색의 2 색을이용한백색 OLED(28cm 28cm) 는휘도가 400cd/m 2 이며, 4 개의발광층 ( 청, 녹, 황, 적 ) 을사용한백색 OLED(6cm 8cm) 는 3,000cd/m 2 의밝기와 94% 의색재현성으로서형광등과비슷한수준으로알려져있다.

11 연구소와 NEC 라이팅, 코이즈미산업, 마쓰시타전기산업이공동개발한 OLED 조명이 2005 년 3 월에열린 제 7 회동경국제조명박람회 2005 에서전시되었다. 코이즈미산업의 OLED 조명두께는 25mm 이고, 마쓰시타는소비전력 15W 이고발광효율 71m/W 인 OLED 조명을전시하였다. 마쓰시타는 2010 년까지수명이 1 만시간이상의제품을개발을목표로하고있다. 일본의 IMES 사는산업기술진흥기구유기일렉트로닉스연구소와공동으로다층 MPE(Multi- Photon Emission) 구조의백색 OLED 를개발하여 2005 년 3 월에열린 제 7 회동경국제조명박람회 2005 에서개발품을전시하였다. IMES 사가전시한제품은 2 종류로서, 연녹색과오렌지색의 2 색을이용한백색 OLED(28cm 28cm) 는휘도가 400cd/m 2 이며, 4 개의발광층 ( 청, 녹, 황, 적 ) 을사용한백색 OLED(6cm 8cm) 는 3,000cd/m 2 의밝기와 94% 의색재현성으로서형광등과비슷한수준으로알려져있다. (a) 28cm 28cm OLED 조명 (b) 6cm 8cm OLED 조명 ( 그림 10) IMES 사의 OLED 조명 일본토호쿠디바이스는전자기기제조업체인 AMS 의하나마키연구소가독립분사해설립한기업으로 OLED 패널을개발, 제조, 판매하고있다. 토호쿠디바이스는양산화를목표로아오모리현 6 개마을에휴대전화백라이트용 OLED 양산공장을착공하여 12 월에가동할예정이다. 도호쿠디바이스는 LCD 백라이트용 WOLED 의연간양산금액을 20 억엔으로목표하고있다 년 10 월풀가동예정인양산라인은 2 인치패널기준으로월 15~20 만개정도가생산가능한설비로알려져있다. 토호쿠디바이스는증착원을개조하여재료증발량제어를용이하게하고챔버모양을변형시켜기존 3% 정도였던재료수율을 10% 까지향상시킨것으로보고되고있다. 양산예정인 WOLED 는백색과등색빛을방출하는저분자계열의형광재료를사용하며, 휘도는 1,000cd/m², 수명은 1 만시간정도로예상하고있다. 토호쿠디바이스는 OLED 의수명은 LED 와비교해짧지만휴대폰의 LCD 백라이트로는충분한실효성을갖는것으로예 11

12 주간기술동향통권 1335 호 상하고시장진입에박차를가하고있다. 3~4 년후발광재료의개선등에따라휘도나수명이향상되면 LED 에대응한조명시장진입도차후가능할것으로판단하고, 인광재료도입도검토해갈계획으로알려져있다. Toyota Industries 는백색 OLED 를이용한 LCD 용백라이트와컬러필터를사용하는 OLED 디스플레이개발을진행해왔으며현재완료단계에있다. 기존의 WOLED 에비해휘도와수명, 연색성이뛰어난 WOLED 를개발하였으며모바일폰이나디지털카메라등의소형디스플레이에적용할예정이다. 지난 2005 년 SID Conference 에서는 OLED 면광원을이용한조명을전시하였으며, 인광또는형광발광재료에따른소비전류를비교한패널을전시하였다. 인광재료만사용한 OLED 면광원의소비전류는 22.6mA 이고, 인광재료와형광재료를혼합한면광원은 33.3mA, 형광재료만사용한경우 47.9mA 로인광재료의약 2 배가넘는것을보여주었다. III. 미래기술전망 WOLED 가기존의다양한조명기술및제품과경쟁하여면광원으로서입지를확보하기위해서는무엇보다도발광효율의개선이필요하다. 발광층에서의전하 ( 전자와정공 ) 의불균형은낮은발광효율과높은구동전압의주요원인이된다. WOLED 소자를구성하는정공주입층, 정공수송층, 전자주입층, 전자수송층과같은기능층을형성하는유기전자재료의전하주입및전하수송특성과기능층박막의두께균일성을보장하는표면및계면특성의향상을통해발광층에서의전자와정공이결합하여형성하는 Exciton 의밀도를극대화하여전체소자의효율을높이는것이중요하다고할수있다. 또한 RGB 각각의소자수명이다름으로인해발생하는색조합의불균형이 WOLED 의색좌표이상을초래하여색품질이서서히퇴화되고궁극적으로는노화과정을거쳐안정한색상으로변화되어완벽한백색광의구현이어렵게된다. 이러한문제점은 WOLED 발광층의설계시 RGB 각소자의노화가균일하게일어나도록하거나단일백색광을적용하는방법을통해해결하도록기술개발이되어야할것이다. 향후면광원의주요기술방향이될대면적화, 박막화, 저생산비용그리고 Flexible 기판적용등을성취하기위해서는첫째소자를구성하는각층별박막표면의균일성을확보하고, 둘째기존의진공증착방식을이용한박막형성에비해공정성이보장되고저비용구조를갖는스핀코팅혹은잉크젯프린팅방식의용액공정을개발하는것이급선무이다. 용액공정을적용할시발생하는불균일도, 불순물의농도등에의해발생하는저효율의문제는덴드리머와같은신 12

13 물질의개발을통해어느정도개선이가능할것으로기대된다. 저비용고효율 WOLED 의대량생산은장기적으로 Roll to Roll 방식에의해실현될것으로예상되는데궁극적인 WOLED 면광원의조명시장진입은현재사용중인백열등보다구동수명과제품의가격이우수해야한다. WOLED 가아직까지는해결해야할기술적문제들을가지고있으나앞서언급한기술적인장애를극복한다면 WOLED 의기존광원기술을대체할가능성은가까운미래에현실로다가오게될것이다. < 참고문헌 > [1] Philips Research, Hans Nikol, OLED Asia March [2] Journal of applied physics, Vol.92, No.1, Jul [3] 광원의연색성평가방법 KS A 0075, [4] Yan Shao and Yang Yang(California), Appl. Phys. Lett., 86, [5] R. S. Deshpande(Princeton U.), Appl. Phys. Lett., 75, 888, [6] Young wook Ko(KDT), DSSL, 266, [7] C.-J. Lin(ITRI,Tsing Hua Univ., Taiwan), OLEDp-37L, IDW * 본내용은필자의주관적인의견이며 IITA 의공식적인입장이아님을밝힙니다. 13

유기 발광 다이오드의 전하주입 효율 향상을 통한 발광효율 향상 연구

유기 발광 다이오드의 전하주입 효율 향상을 통한 발광효율 향상 연구 - i - - ii - - iii - - iv - - v - - vi - 그림차례 - vii - - viii - - 1 - 5). - 2 - - 3 - 유기발광다이오드 ( 고분자또는저분자 ) 무기발광다이오드 (p-n junction LED) - + cathode ETL EML HTL HIL anode 발광 두께 : 100 ~ 200 nm 양극 ( 투명전극,