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세빈 아
6 years ago
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기술특집 OLED 광원기술 1 1 2 박종운, 이종호, 신동찬 1 2 ( 한국생산기술연구원 나노기술집적센터, 조선대학교 신소재공학과) Ⅰ. 서 론 OLED (Organic Light-Emitting Diode) 기술의 응용은 크게 디스플레이와 조명분야로 나누어진다.

먼저 OLED 디스플레이와 조명의 차이점을 살펴보면, [그림 1] 조명 변천사 OLED 디스플레이는 화소 형성을 위한 미세 패터닝 기술 및 화소 구동을 위한 TFT backplane 기술이 필요하다. 따 체 광원인 LED와 OLED 조명이 주목을 받고 있다. 반도 라서 제조 공정이 복잡하고 비용이 많이 소요된다.

두 기술의 또 다른 큰 차이점은 발광 스펙트럼에 있다. 특히 점광원인 LED와 달리 OLED는 얇은 면광원의 형 태를 가지며 기존 광원이 구현하기 힘든 투명하면서 유연 [1~7] 디스플레이는 색재현 범위를 넓히기 위해서 고색순도의 한 조명이 가능하다 [그림 2].

1 기술특집 OLED 광원기술 박종운, 이종호, 신동찬 1 2 ( 한국생산기술연구원 나노기술집적센터, 조선대학교 신소재공학과) Ⅰ. 서 론 OLED (Organic Light-Emitting Diode) 기술의 응용은 크게 디스플레이와 조명분야로 나누어진다. 조명은 우리 가 사용하는 전체 전기에너지의 약 20%를 차지하며, 화 석연료 고갈에 따른 에너지위기의 시대를 맞이하여 조명 의 고효율화에 대한 관심이 고조되면서 LED와 함께 OLED 광원을 이용한 조명기술이 많은 주목을 받고 있다. 먼저 OLED 디스플레이와 조명의 차이점을 살펴보면, [그림 1] 조명 변천사 OLED 디스플레이는 화소 형성을 위한 미세 패터닝 기술 및 화소 구동을 위한 TFT backplane 기술이 필요하다. 따 체 광원인 LED와 OLED 조명이 주목을 받고 있다. 반도 라서 제조 공정이 복잡하고 비용이 많이 소요된다. 이에 체 조명은 친환경 조명으로 수은과 납과 같은 환경유해물 비하여 OLED 조명은 화소 단위의 점발광이 아닌 넓은 질이 포함되어 있지 않으며, 저소비전력형 조명으로 기존 면발광으로 미세 패터닝 기술이나 TFT backplane이 필요 전통조명보다 전력효율이 월등히 높다. 치 않아 공정이 간단하며 제조비용이 낮다. 두 기술의 또 다른 큰 차이점은 발광 스펙트럼에 있다. 특히 점광원인 LED와 달리 OLED는 얇은 면광원의 형 태를 가지며 기존 광원이 구현하기 힘든 투명하면서 유연 [1~7] 디스플레이는 색재현 범위를 넓히기 위해서 고색순도의 한 조명이 가능하다 [그림 2]. 투명 조명은 신개념 narrow spectrum을 요구하는 반면 조명은 연색지수 (CRI, smart window에 응용될 수 있으며 유연한 조명은 두루마 color rendering index)를 높이기 위해 broad spectrum을 리처럼 말아서 휴대할 수 있는 조명이나 커튼조명에 응용 요구한다. 또한 디스플레이는 contrast 및 해상도가 관건 될 수 있어 조명의 전혀 새로운 패러다임을 제시하게 될 이지만 조명은 태양광에 근접하는 CRI를 중요시한다. 것이다. 인류가 지금까지 사용해온 조명의 변천사 [그림 1]을 OLED 면조명의 가장 큰 장점은 [그림 3]에서 보듯이 살펴보면 1세대의 연료 직접연소방식에서 2세대 필라멘 저휘도에서 같은 전광속을 얻을 수 있다는 점이다. 즉, 선 트 직접가열방식의 백열등 (점광원), 3세대 방전가스 방 광원인 형광등 같은 경우 전광속 3,000 lm을 얻기 위해서 식의 형광등 (선광원)을 지나, 4세대 반도체 (면광원) 조 는 10,000nit의 휘도가 필요하지만, 선광원을 OLED와 같 명시대에 진입하고 있다. 최근 정부의 저탄소 녹색성장 은 면광원으로 구현하게 되면 전광속 3,000 lm을 얻는데 (Low Carbon Green Growth) 정책기조에 부응하여 반도 필요한 휘도는 형광등의 1/10인1,000nit로 낮아진다. 저휘 16 인포메이션 디스플레이

OLED 광원기술 가지는또다른강점은높은디자인자유도에있다. [ 그림 4] 에보듯이 OLED는조명에형상을줄수있다. 즉, 별, 토끼, 사람, 하트모양등원하는형상대로조명패널을제작할수있다. 이는기존광원이구현할수없는기술로향후다양한응용제품및고부가가치조명이출현할것으로예상된다. [ 그림 2] 투명하면서유연한 OLED 면조명 prototypes Ⅱ.

Hybrid 백색소자기술 [ 그림 3] 선광원과면광원의특성비교도로같은전광속을얻을수있다는것은낮은전류밀도에서 OLED 광원이구동하게되므로수명이증가하고별도의방열시스템이필요없으며플렉시블조명구현이용이해지는장점이있다.

Down conversion 방식은 red 형광체와 blue 발광을이용하는구조로구조가간단하나효율이낮다. 다층발광층구조는효율이좋은반면수명이짧고 roll-off 현상이심하다. 현재상용화를목표로개발중인대부분의 OLED 조명패널들은 hybrid 백색소자를기반으로하고있다.

2 OLED 광원기술 가지는또다른강점은높은디자인자유도에있다. [ 그림 4] 에보듯이 OLED는조명에형상을줄수있다. 즉, 별, 토끼, 사람, 하트모양등원하는형상대로조명패널을제작할수있다. 이는기존광원이구현할수없는기술로향후다양한응용제품및고부가가치조명이출현할것으로예상된다. [ 그림 2] 투명하면서유연한 OLED 면조명 prototypes Ⅱ. OLED 광원요소기술 OLED 면광원의요소기술에는백색발광소자기술, 수명향상봉지기술, 광추출향상기술, 대면적패널기술, 고균일발광기술, 방열기술등이있다. 이외에도구동기술, 재료합성기술등이있지만본 section에서는패널과직접관련된위 6개기술에대해상세히설명하고자한다. 1. Hybrid 백색소자기술 [ 그림 3] 선광원과면광원의특성비교도로같은전광속을얻을수있다는것은낮은전류밀도에서 OLED 광원이구동하게되므로수명이증가하고별도의방열시스템이필요없으며플렉시블조명구현이용이해지는장점이있다. 면광원, 투명, 유연하다는장점외에 OLED 면광원이 [ 그림 4] Philips에서전시한 OLED lighting panel 백색발광소자구조에는단일층발광구조, 다층구조및 down conversion 구조등이있다 [ 표 1]. 단일층발광구조는 RGB 또는보색관계를이용하여단일층에서혼합발광하는구조로제조가용이하지만수명이짧은단점이있다. Down conversion 방식은 red 형광체와 blue 발광을이용하는구조로구조가간단하나효율이낮다. 다층발광층구조는효율이좋은반면수명이짧고 roll-off 현상이심하다. 현재상용화를목표로개발중인대부분의 OLED 조명패널들은 hybrid 백색소자를기반으로하고있다. 이는수명이좋은인광블루재료의개발이예상했던것보다늦어지면서상용제품에는인광블루보다상대적으로수명이긴형광블루재료를사용하기때문이다. 또한장수명백색소자를위해서형광블루발광층과인광그린 / 레드발광층을적층 (tandem) 하는다층구조가주로채택되고있다 [ 그림 5]. Tandem 백색구조는구동전압 ( 약 6.2V) 이높고효율이낮지만 ( 약 20-30lm/W without outcoupling) 낮은전류밀도에서동작하게되므로 nontandem 구조보다수명이길다. Tandem 백색구조에서는주로빛이소자밖으로나오는기판쪽에형광블루발광층을놓고 intermediate connector 또는 charge generation 2009 년제 10 권제 6 호 17

하지만 electron의 barrier는여전히높은상태로전자가원활하게전달될수있도록사다리역할을하는유기물질로구성된중간연결층재료개발이시급하다. 이때중간연결층의 LUMO energy level은 n-doped ETL층과의 combination 을고려하여설계되어야한다.

3 기술특집 [ 표 1] 백색소자기술 layer (CGL) 를통해인광그린 / 레드발광층을직렬로연결한다. Tandem 구조에서는 GCL층에서 electron의높은 barrier로인해전압손실이발생한다. 이를줄이기위해 ETL층에는알칼리금속 (Li, Cs), 알칼리토금속 (Ca, Mg), 금속화합물 (LiF, LiQ, Cs 2 CO 3 ) 등을도핑하고 HTL층에는 p-type dopants (WO 3, MoO 3) 등을도핑한다. 하지만 electron의 barrier는여전히높은상태로전자가원활하게전달될수있도록사다리역할을하는유기물질로구성된중간연결층재료개발이시급하다. 이때중간연결층의 LUMO energy level은 n-doped ETL층과의 combination 을고려하여설계되어야한다. 비록 tandem 구조가수명 [ 그림 5] 백색 tandem 소자 layer 구조 측면에서는유리하지만구조가복잡하여양산장비개발비용이증가하고유기재료소모가증대되는문제를안고있다. 따라서효율, 수명, 제조비용등여러성능면에서우수한특성을보이는표준소자구조개발이시급하다. 2. 봉지기술 OLED 광원핵심요소기술중하나는 OLED 소자를외부에서유입되는산소나수분으로부터보호하는봉지기술이다. 현재유리봉지 (glass encapsulation) 기술이 frit glass재료를사용함으로써가장완벽한기술로알려져있으나내부에존재하는비활성기체로인해향후방열시스템을구현하는데어려움이있고플렉시블 OLED 광원제작이불가능하다. 따라서현재얇은박막을사용하는박막봉지 (thin film encapsulation) 기술이주목을받고있다 [ 그림 6]. Vitex사는알루미늄옥사이드와아크릴층의유기 / 무기계를사용하는적층박막구조를개발하여상용화하였으며 Eastman Kodak은 2005년 ALD (atomic layer deposition) 법으로 Al 2 O 3 층을증착하고그위에 parylene 을코팅하는 TFE 기술을개발하여수분에의한큰소자결함이나타나지않은결과를보고하였다. Dupont는 2006년플라스틱위에 25nm 두께의 Al 2 O 3 를 ALD 방식으로증착하고 Ca test로 water vapor transmission rate (WVTR) 가 g/m 2 /day at 38 C, g/m 2 /day at 60 C, g/m 2 /day at 23 C 로 glass를 control하는 WVTR값과비슷하게나타남을보고하였다. 또한 Pioneer 사는 2000년방습기능을하는 SiNx f ilm과 Scratch로부 18 인포메이션디스플레이

$따라서내부에서생성된빛의약 20% 만이실제소자밖으로나올수있어 OLED의외부양자효율은낮은편이다. 이를해결하기위해 ( 즉, 소자내부에갇혀있는빛을밖으로추출하기위해 ) [ 그림 8] 과같이소자내부에별도의층을삽입하는기술들이연구되고있다. Low refractive index를갖는 layer를투명anode 전극과기판사이에삽입함으로써전반사로인한빛손실을줄일수있다.$

4 OLED 광원기술 [ 그림 6] 유리봉지 ( 좌 ) 및박막봉지 ( 우 ) 기술터소자를보호하는 Resin film을다중적층하는유 / 무기 encap. 방식을개발하였다. 그리고저온에서사용가능한 SiN 단층또는다층박막을적층하는기술을개발하였다. Philips는무기 / 무기계를사용하는적층박막구조로 SiN/SiO/SiN/SiO/ SiN 5중구조를만들고, 그상층에 printing 방식으로유기물을 coating하는 TFE 기술을개발하였다. 향후이러한봉지기술은수분침투방지기능뿐만아니라 OLED 면광원에서발생하는열을외부로효과적으로방출할수있는방열기능도갖추어야한다. 3. 광추출향상기술인광유기재료의개발로인해 OLED의내부양자효율은 100% 이지만 [ 그림 7] 에서보듯이발광층에서생성된빛의약 50% 는 layer들간의 waveguide 형성으로인해측면으로빠져나가버리고약 30% 는 total internal reflection [ 그림 8] 광추출향상기술들 ( 전반사 ) 를통해소멸된다. 따라서내부에서생성된빛의약 20% 만이실제소자밖으로나올수있어 OLED의외부양자효율은낮은편이다. 이를해결하기위해 ( 즉, 소자내부에갇혀있는빛을밖으로추출하기위해 ) [ 그림 8] 과같이소자내부에별도의층을삽입하는기술들이연구되고있다. Low refractive index를갖는 layer를투명anode 전극과기판사이에삽입함으로써전반사로인한빛손실을줄일수있다. 이러한효과는 microcavity 층을삽입하여더증대될수있으며, 빛을 scattering 하는층을삽입하여비슷한효과를얻을수있다. 또한소자외부즉, 유리기판에 outcoupling film 또는 microlens array film를부착하여빛추출효율을높일수있다. 현재 2배이상의 outcoupling 효율을보이는 film들이개발되고있으나가격이높다는문제가있다. 또한 outcoupling film은비산장치역할도하지만보온효과가있어방열에주의가필요하다. 하지만무엇보다도효율이나휘도가 2배이상증가하게되므로향후저가형외광필름개발이더욱활발히진행될것으로보인다. [ 그림 7] OLED 소자 outcoupling 4. 대면적패널기술 OLED 광원을향후주조명으로사용하기위해서는대면적패널기술을필요로한다 [8]. 하지만패널 size가증가할수록 particle 에의한 short-circuit 발생확률이증가하고양극재료의낮은전기전도도에의한불균일발광문 제가발생한다 [9]. Short-circuit 발생은기판제작공정중에발생한 particle에의한영향이약 60%, photolithography 공정중 2009 년제 10 권제 6 호 19

기술특집 또 다른 방법으로 ITO 표면을 polish 하여 particle을 제거 하는 방법이 있다. 비록 short-circuit 발생확률을 줄일 수 는 있지만 공정비용이 증가하는 단점이 있다. 그 외에도 PEDOT과 같은 HIL층을 사용하여 particle 영향을 줄일 수 있다. 5.

대면적 패널의 발광균일도를 [그림 9] 불순물입자로 인한 short-circuit 현상 (a-b)과 해결 방법 (c-e) 향상시키기 위해서는 무엇보다도 저항이 낮은 투명전극 (< 4Ω/ ) 개발이 우선되어야 한다.

5 기술특집 또 다른 방법으로 ITO 표면을 polish 하여 particle을 제거 하는 방법이 있다. 비록 short-circuit 발생확률을 줄일 수 는 있지만 공정비용이 증가하는 단점이 있다. 그 외에도 PEDOT과 같은 HIL층을 사용하여 particle 영향을 줄일 수 있다. 5. 고균일 발광기술 OLED 조명 패널 size가 증가하면 투명전극의 낮은 전 기전도도로 인해 패널의 발광 분포가 불균일해지는 현상 이 나타나기 쉽다. 즉, 패널의 가장자리 부분은 전류밀도 가 높아 휘도가 높으며 패널의 중앙부분은 전류밀도가 낮 아 휘도가 낮아지게 된다. 대면적 패널의 발광균일도를 [그림 9] 불순물입자로 인한 short-circuit 현상 (a-b)과 해결 방법 (c-e) 향상시키기 위해서는 무엇보다도 저항이 낮은 투명전극 (< 4Ω/ ) 개발이 우선되어야 한다. 현재 독일 Novaled 에 발생한 particle에 의한 영향이 약 30%, 그리고 유기증 와 프랑스 생고뱅이 공동 개발한 SilverductTM 는 면저항 착중에 발생하는 particle에 의한 영향이 약 10%를 차지 이 2.5Ω/ 로 대면적 조명 패널용 투명전극으로의 사용 한다. 따라서 기판 제작 후에는 반드시 particle 제어 공정 가능성을 높였다. 또한 OLED 소자 저항 등가모델 [그림 이 수반되어야 한다. 또한 포토공정중 기판 이동시 파티 11]에서 보듯 수평방향으로의 투명전극저항 (RTCO)이 수 클이 묻지 않도록 주의가 필요하다. [그림 9]에서 보듯이 직방향으로의 소자저항 (RDEV)보다 상대적으로 높으면 전 유리기판위에 볼록 (a) 하거나 오목 (b)한 파티클이 존재 류는 패널 가장자리 부근에서 소자로 흐르게 되어 발광균 하면 파티클 위에 증착된 막의 측면을 통해 short-circuit 일도는 저하된다. 그러므로 대면적 패널 발광균일도를 향 현상이 발생한다. 이렇게 short-circuit 현상이 발생하면 상하기 위해서는 RTCO 와 RDEV 의 비율을 고려하여 소자 current crowding 이 발생하여 [그림 10]에서 보듯이 유기 구조를 설계하여야 한다. 만약 소자 구조가 bilayer로 얇 물과 Al전극이 녹아버린다. 이런 short-circuit 발생 확률 으면 RDEV 는 RTCO 보다 상대적으로 낮아질 수 있기 때문 을 높이는 particle의 영향을 줄이는 방법에는 ITO투명전 에 균일도가 나빠질 수 있다. 극의 두께를 늘리는 방법이 있다 [그림 9 (c)]. 하지만 이 방법은 투과도가 감소와 구동전압이 증가한다는 문제를 수반한다. 비슷한 방법으로 유기층의 두께를 늘려서 particle영향을 줄일 수도 있다. 즉, tandem 구조와 같은 두꺼운 소자구조를 도입하게 되면 수명 증가 외에도 short-circuit 발생 확률도 감소하여 패널 수율이 향상된다. [그림 10] short-circuit 발생 spot 및 Al 전극 melting 현상 20 인포메이션 디스플레이 [그림 11] OLED 소자 측면도와 저항으로 구성된 등가회로

OLED 광원기술 [그림 12] 보조전극 (메탈배선)이 형성된 OLED 소자 구조 현재 가장 많이 사용되고 있는 또 다른 발광균일도 향 상기술은 투명 anode 전극 위에 금속 배선을 형성하여 보 조전극으로 이용하는 방법이다 [그림 12]. 금속 배선재료 로는 Cr, Mo, Al, Mo/Al/Mo 등 여러 금속화합물들을 사 용할 수 있다.

이는 보조전극을 사용한다 해도 패널 가 해 패널 중앙까지 도달하게 되고 발광영역으로 투명 장자리의 전류밀도가 여전히 높기 때문에 나타나는 현상 anode 전극을 통해 확산되게 된다. 이 경우 비발광영역을 이다.

6 OLED 광원기술 [그림 12] 보조전극 (메탈배선)이 형성된 OLED 소자 구조 현재 가장 많이 사용되고 있는 또 다른 발광균일도 향 상기술은 투명 anode 전극 위에 금속 배선을 형성하여 보 조전극으로 이용하는 방법이다 [그림 12]. 금속 배선재료 로는 Cr, Mo, Al, Mo/Al/Mo 등 여러 금속화합물들을 사 용할 수 있다. 금속 재료는 주로 ITO anode 전극 위에 증 착되고 포토공정을 통해 패터닝된 후 insulating 물질로 [그림 13] 대면적 ( mm2) OLED 패널의 발열분포 2,000nit) 도포된다. 전류는 먼저 전도도가 우수한 금속 배선을 통 함을 알 수 있다. 이는 보조전극을 사용한다 해도 패널 가 해 패널 중앙까지 도달하게 되고 발광영역으로 투명 장자리의 전류밀도가 여전히 높기 때문에 나타나는 현상 anode 전극을 통해 확산되게 된다. 이 경우 비발광영역을 이다. 이렇듯 발열분포가 고르지 않으면 열이 많이 발생 최소화하면서 전류분포를 균일하게 하는 최적화된 금속 하는 지점에서부터 유기물의 열화가 시작되어 수명이 단 배선 설계기술이 필요하다. 하지만 보조전극의 사용은 금 축된다. 따라서 고휘도를 요구하는 주조명용 대면적 패널 속 증착을 위한 기판 제작 공정이 늘어나고 패터닝을 위 의 경우 별도의 방열시스템이 필요하다. 일본 Tohoku 한 포토공정이 필요하게 되므로 제조비용 절감 측면에서 device는 유리봉지 대신에 박막봉지기술을 사용하고 메 불리하다. 따라서 최근 보조전극을 프린팅 방법으로 패터 탈 sheet를 사용하여 방열을 하는 제품을 출시하였다. 무 닝하는 방법들이 많이 연구되고 있다. 엇보다도 OLED 조명의 경우 유리기판 하나를 사이에 두 고 발광유기물질이 위치하므로 광원 표면온도를 통해 발 6. 방열기술 광층의 온도를 쉽게 예측할 수 있다. 따라서 LED에 비하 LED와 달리 OLED는 넓은 면에서 고른 빛이 나오므로 여 OLED 소자에서의 방열이 상대적으로 용이하다는 장 LED보다는 열문제에서 자유롭다고 여겨져 왔다. 실제로 점을 가진다. 향후 방열기술은 초슬림 면광원 장점을 부 저휘도 (<3,000nit)에서 동작하는 보조조명용 OLED 패널 각시키기 위해서도 Bulky한 것 보다는 박형의 방열재를 같은 경우 별도의 방열시스템이 필요치 않다. 하지만 주 사용하여 구현하는 기술에 집중될 것이다. 조명 응용을 위해서는 3,000-5,000nit 이상의 고휘도가 요 구되어, 발열에 대한 문제가 이슈가 되고 있다. [그림 13] Ⅲ. 향후 응용분야 에서 보듯이 주조명 응용을 위한 대면적 (발광면적: mm2) 패널의 경우 열이 주로 패널 가장자리에서 발생 지속적인 OLED 광원 기술 발전으로 조만간 OLED를 2009년 제10권 제6호 21

OLED response speed는 on-state 전압 증가, 소자 두 한 새로운 응용분야로 확장될 것이다. 1. 가시광통신용 OLED 면광원 가시광 무선통신은 1880년 알렉산더 그레이엄 벨이 태 양광을 광원으로 하여 음성으로 진동하는 작은 거울로 반 사시켜 200m 정도 앞에서 집광기로 수광하여 전기신호 로 변환하는 최초 실험을 하였다.

7 기술특집 이용하여 정보를 전달하는 가시광 통신 (Visible light 통신을 위해서는 대면적의 OLED 조명 패널이 필요하나 communication: VLC)이 가능해 질 것이다. 또한, 투명 충방전 실험에서 나타나듯이 device capacitance가 증가하 OLED (transparent OLED: TOLED) 광원 개발은 향후 투 여 response speed가 낮아지게 됨으로 trade-off 가 존재함 명 태양전지와의 집적화를 통해 power recycling이 가능 을 알 수 있다. OLED response speed는 on-state 전압 증가, 소자 두 한 새로운 응용분야로 확장될 것이다. 1. 가시광통신용 OLED 면광원 가시광 무선통신은 1880년 알렉산더 그레이엄 벨이 태 양광을 광원으로 하여 음성으로 진동하는 작은 거울로 반 사시켜 200m 정도 앞에서 집광기로 수광하여 전기신호 로 변환하는 최초 실험을 하였다. 현재는 반도체 조명인 LED 조명을 이용하여 많은 실험들이 진행되고 있다 [10~12]. 이러한 가시광 통신이 개발되게 되면 wireless home networking, optical ID, intelligent transportation system, position tracking system 등 여러 응용분야에 적용될 수 있다. 한편, OLED를 이용한 가시광통신에 대한 연구는 아직 2 [그림 15] 충방전 실험에 사용된 mm 및 mm 크기의 OLED 조명 패널 발광사진 (한국생산기술연구원, KITECH 2009) 까지 활발하지 않다. OLED는 LED와는 달리 유기물질을 -3-7 사용하게 되는데 유기물질의 carrier 이동도가 10 ~ 10 cm2/v 로 낮아 전송속도를 좌우하는 modulation speed가 낮은 단점을 보인다. 또한 점광원인 LED와는 달리 OLED 는 면광원으로 구조상 capacitor와 비슷하여 capacitor가 가지는 충방전 특성을 보인다. 즉, modulation speed를 높 이기 위해서는 충방전 속도가 빠른 OLED 패널이 필요하 나 조명으로써의 기능을 수행하기 위해 패널이 커짐으로 써 소자 capacitance가 증가하여 충방전 속도가 느리게 된 다. 이러한 특성을 확인하기 위해 서로 다른 크기를 갖는 (a) 두 개의 OLED 조명패널을 제작하여 충방전 실험을 수행 하였다 [그림 15]. [그림 16]에서 보듯이 패널이 클수록 충전 및 방전 시간이 증가함을 알 수 있다. 따라서 장거리 (b) [그림 14] Light emitting source를 이용한 가시광통신 22 인포메이션 디스플레이 [그림 16] 측정된 (a)충전 및 (b)방전 dynamic response 2

OLED 광원기술 께감소, 소자면적감소등을통해향상될수있다. 하지만 on-state 전압증가는발열량을증가시키고소자두께감소는소자신뢰성을떨어뜨리며소자면적감소는가시광통신거리를단축시키게된다. 따라서가시광통신을위해서는대면적 OLED 조명패널의 response speed를높이는연구가더필요하다. 2.

TOLED는투명하므로낮에는창문역할을하면서밤에는조명광을제공하는신개념 smart window로이용될수있다.

즉, 밤에는 TOLED의한쪽면으로나오는빛은조명으로사용하고다른면으로나오는빛은소모성 빛으로태양전지가흡수하여 TOLED 에필요한 power 를 회생하는데사용한다 [13]. 한국생산기술연구원호남권기술지원본부나노기술집적센터는 [ 그림 18] 과같이 OLED와태양전지를결합하여 power recycling이얻어지는예비실험을수행하였다. 10.

8 OLED 광원기술 께감소, 소자면적감소등을통해향상될수있다. 하지만 on-state 전압증가는발열량을증가시키고소자두께감소는소자신뢰성을떨어뜨리며소자면적감소는가시광통신거리를단축시키게된다. 따라서가시광통신을위해서는대면적 OLED 조명패널의 response speed를높이는연구가더필요하다. 2. 태양전지일체형투명 OLED 면광원투명 OLED광원은 cathode 전극물질로불투명 Al 대신에투명물질들 ( 예를들어 LiF/Al/Ag, ITO/Ag/ITO, n-doped ETL/Ag, WO3/Ag/WO3, etc) 을사용하여만들어진다. TOLED는투명하므로낮에는창문역할을하면서밤에는조명광을제공하는신개념 smart window로이용될수있다. 이러한 TOLED가투명태양전지 ( 염료감응형태양전지또는유기태양전지 ) 와결합하게되면 [ 그림 17] 에서보듯이낮에는태양전지가태양광을흡수하여전력을재생하면서창문역할을하고밤에는조명기능을하면서 TOLED에서나오는인공조명광을흡수하여전력을회생하게된다. 즉, 밤에는 TOLED의한쪽면으로나오는빛은조명으로사용하고다른면으로나오는빛은소모성 빛으로태양전지가흡수하여 TOLED 에필요한 power 를 회생하는데사용한다 [13]. 한국생산기술연구원호남권기술지원본부나노기술집적센터는 [ 그림 18] 과같이 OLED와태양전지를결합하여 power recycling이얻어지는예비실험을수행하였다 lm/w 효율을갖는 mm 2 크기의 OLED 조명패널과 4cm 2 의 active area및 4.012% 의변환효율을갖는 Oriel mono-si reference solar cell를가지고서 [ 그림 19] 과같이 OLED 구동전압 7V에서 filling factor (FF) 63% 를보이는 J-V curve를얻었다. 이때전력재생효율 (power recycling efficiency, 태양전지출력전력 /OLED입력전력) 은 0.152% 로낮으나 1) OLED 구동전압감소, 2) OLED [ 그림 18] mm 2 크기의 OLED 조명패널과 reference solar cell 이놓인 test setup [ 그림 17] 투명태양전지가결합된투명 OLED 광원의기능 [ 그림 19] OLED 패널과결합된 reference solar cell 의 J-V 특성 2009 년제 10 권제 6 호 23

기술특집 전력효율향상, 3) 태양전지변환효율향상, 4) 태양전지의흡수스펙트럼과 OLED의발광스펙스럼매칭등을통해향후 2% 까지의향상이가능할것으로보인다. Ⅳ. 결론 2009년독일 Dresden 공대에서고굴절율을갖는유리기판을사용하여 124 lm/w의효율을갖는백색 OLED 광원이개발됨으로써 OLED 조명은상용화단계에바짝다가섰다.

9 기술특집 전력효율향상, 3) 태양전지변환효율향상, 4) 태양전지의흡수스펙트럼과 OLED의발광스펙스럼매칭등을통해향후 2% 까지의향상이가능할것으로보인다. Ⅳ. 결론 2009년독일 Dresden 공대에서고굴절율을갖는유리기판을사용하여 124 lm/w의효율을갖는백색 OLED 광원이개발됨으로써 OLED 조명은상용화단계에바짝다가섰다. 따라서향후 LED광원과함께조명시장개편을주도할것으로예상되며 2012년형광등을대체하고 2015 년모든조명을대체할수있을것으로예상된다 [ 표 2]. OLED 조명을조기에상용화하기위해서는백색발광소자기술, 수명향상봉지기술, 광추출향상기술, 대면적패널기술, 고균일발광기술, 방열기술등핵심요소기술들의개발이시급하다. 또한핵심요소기술들과더불어조기에시장을형성하기위해서는구동기술, 제품화기술, 신뢰성향상기술, 표준화기술개발들이동시에진행되어야한다. 향후 OLED 응용기술로태양전지와결합된신개념 smart window가개발될것이다. 따라서밤에도조명광을흡수하여전력을회생하는신개념조명이출현할것으로보인다. 그리고 OLED 광원을이용하여가시광통신을하는시대가도래할것으로보인다. 아직많은연구개발이필요하지만초고속통신용광원으로쓰일수있는 OLED 광원이머지않아개발되리라본다. [ 표 2] OLED 조명제품효율예측 참고문헌 [ 1 ] S. Reineke, F. Lindner, G. Schwartz, N. Seidler, K. Walzer, B. Lussem, K. Leo, White organic light-emitting diodes with fluorescent tube efficiency, Nature, 459, 234 (2009). [ 2 ] Y. Sun, N. Giebink, H. Kanno, B. Wa, M. E. Thompson, and S. R. Forrest, Management of singlet and triplet excitons for efficient white organic light-emitting devices, Nature (London), 440, 908 (2006). [ 3 ] H. Kanno, N. C. Giebink, Y. Sun, and S. R. Forrest, Stacked white organic light-emitting devices based on a combination of fluorescent and phosphorescent emitters, Appl. Phys. Lett., 89, (2006). [ 4 ] H. Kanno, Y. Sun, and S. R. Forrest, White organic light-emitting device based on a compound fluorescent-phosphor-sensitized-fluorescent emission layer, Appl. Phys. Lett., 89, (2006). [ 5 ] G. Schwartz, K. Fehse, M. Pfeiffer, K. Walzer, and K. Leo, Highly efficient white organic light emitting diodes comprising an interlayer to separate fluorescent and phosphorescent regions, Appl. Phys. Lett., 89, (2006). [ 6 ] J. Kido, High performance OLEDs for displays and general lighting, pp , SID 08. [ 7 ] J. Kido, Development of high performance OLEDs, Proc. SPIE, 7051, (2008). [ 8 ] Joerg Amelung, Large-area organic light-emitting diode technology, [ 9 ] J. W. Park, J. H. Lee, D. C. Shin, S. H. Park, Luminance Uniformity of Large-Area OLEDs with an Auxiliary Metal Electrode, IEEE/OSA J. Display Tech., 5, 306 (2009). [10] Y. Tanaka, T. Komine, S. Haruyama, and M. Nakagawa, Indoor visible light data transmission system utilizing white LED lights, IEICE trans. on communications, E86-B, 2440 (2003). [11] T. Komine and M. Nakagawa, Integrated system of white LED visible-light communication and power-line communication, IEEE Trans. on consumer electronics, 49, 71 (2003). 24 인포메이션디스플레이

OLED 광원기술 [12] T. Komine and M. Nakagawa, Fundamental Analysis for visible-light communication system using LED lights, IEEE Trans. on consumer electronics, 50, 100 (2004). [13] C.-J. Yang, T.-Y.

저자약력 박종운 1999 년 : 경희대학교전파공학과공학사 2001 년 : Univ. of Victoria 전자공학과공학석사 2005 년 : McMaster Univ. 전자공학과공학박사 2007 년 ~ 현재 : 한국생산기술연구원선임연구원 2005 년 ~2007 년 : Kyoto Univ.

월 ~1998 년 9 월 : 미국 Michigan Technological University 연수연구원 1998 년 10 월 ~2000 년 6 월 : 한국과학기술원응용과학연구소연수연구원 2000 년 6 월 ~2002 년 2 월 : 삼성 SDI 종합연구소개발 1 팀책임연구원 2002 년 3 월 ~ 현재 : 조선대학교신소재공학과부교수 2005 년 7 월

10 OLED 광원기술 [12] T. Komine and M. Nakagawa, Fundamental Analysis for visible-light communication system using LED lights, IEEE Trans. on consumer electronics, 50, 100 (2004). [13] C.-J. Yang, T.-Y. Cho, C.-L. Lin, and C.-C. Wu, Organic light-emitting devices integrated with solar cells: High contrast and energy recycling, Appl. Phys. Lett., 90, (2007). 저자약력 박종운 1999 년 : 경희대학교전파공학과공학사 2001 년 : Univ. of Victoria 전자공학과공학석사 2005 년 : McMaster Univ. 전자공학과공학박사 2007 년 ~ 현재 : 한국생산기술연구원선임연구원 2005 년 ~2007 년 : Kyoto Univ. 연구원 관심분야 : OLED 조명, OLED 디스플레이, 유기태양전지, LED 광원 신동찬 1991 년 : 고려대학교재료공학과공학사 1993 년 : 한국과학기술원 (KAIST) 재료공학과공학석사 1997 년 : 한국과학기술원 (KAIST) 재료공학과공학박사 1997 년 3 월 ~1997 년 9 월 : 한국과학기술원응용과학연구소연수연구원 1997 년 10 월 ~1998 년 9 월 : 미국 Michigan Technological University 연수연구원 1998 년 10 월 ~2000 년 6 월 : 한국과학기술원응용과학연구소연수연구원 2000 년 6 월 ~2002 년 2 월 : 삼성 SDI 종합연구소개발 1 팀책임연구원 2002 년 3 월 ~ 현재 : 조선대학교신소재공학과부교수 2005 년 7 월 ~2007 년 6 월 : 국가나노기술집적센터 ( 광주 ) 센터장 2008 년 7 월 ~2009 년 6 월 : 미국 UTA(University of Texas at Arlington) 교환교수 2009 년 11 월 ~ 현재 : 조선대학교산학협력부단장 관심분야 : 산화물투명전극, OLED 조명, 박막태양전지 이종호 1996 년 : 전남대학교대학원공학박사 ( 재료공학 ) 2002 년 : 일본 Tohoku 대학공학박사 ( 재료공학 ) 2003 년 8 월 ~ 현재 : 한국생산기술연구원수석연구원 1999 년 5 월 ~2003 년 7 월 : 일본 Tohoku 대학금속재료연구소박사연구원 관심분야 : OLED 조명, 박막태양전지 2009 년제 10 권제 6 호 25

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,