[논문]OLED 광원기술

박종운; 이종호; 신동찬

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인포메이션 디스플레이 = Information display, v.10 no.6, 2009년, pp.16 - 25

박종운 (한국생산기술연구원 나노기술집적센터) , 이종호 (한국생산기술연구원 나노기술집적센터) , 신동찬 (조선대학교 신소재공학과)

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문제 정의

OLED 면광원의 요소기술에는 백색발광 소자기술, 수명향상 봉지기술, 광추출 향상기술, 대면적 패널기술, 고균일 발광기술, 방열기술 등이 있다. 이 외에도 구동기술, 재료합성기술 등이 있지만 본 section에서는 패널과 직접 관련된 위 6개 기술에 대해 상세히 설명하고자 한다.

제안 방법

가시광 무선통신은 1880년 알렉산더 그레이엄 벨이 태양광을 광원으로 하여 음성으로 진동하는 작은 거울로 반사시켜 200m 정도 앞에서 집광기로 수광하여 전기신호로 변환하는 최초 실험을 하였다. 현재는 반도체 조명인 LED 조명을 이용하여 많은 실험들이 진행되고 있다^[10~12].
방식을 개발하였다. 그리고 저온에서 사용 가능한 SiN 단층 또는 다층박막을 적층하는 기술을 개발하였다. Philips는 무기/무기계를 사용하는 적층 박막 구조로 SiN/SiO/SiN/SiO/ SiN 5중 구조를 만들고, 그 상층에 printing 방식으로 유기물을 coating하는 TFE 기술을 개발하였다.
즉, modulation speed를 높이기 위해서는 충방전 속도가 빠른 OLED 패널이 필요하나 조명으로써의 기능을 수행하기 위해 패널이 커짐으로써 소자 capacitance가 증가하여 충방전 속도가 느리게 된다. 이러한 특성을 확인하기 위해 서로 다른 크기를 갖는두 개의 OLED 조명패널을 제작하여 충방전 실험을 수행하였다 [그림 15]. [그림 16]에서 보듯이 패널이 클수록 충전 및 방전 시간이 증가함을 알 수 있다.
Tandem 구조에서는 GCL층에서 electron의 높은 barrier로 인해 전압손실이 발생한다. 이를 줄이기 위해 ETL층에는 알칼리금속 (Li, Cs), 알칼리토금속 (Ca, Mg), 금속화합물 (LiF, LiQ, Cs 2 CO 3 ) 등을 도핑하고 HTL층에는 p-type dopants (WO 3 , MoO 3 ) 등을 도핑한다. 하지만 electron의 barrier는 여전히 높은 상태로 전자가 원활하게 전달될 수 있도록 사다리 역할을 하는 유기물질로 구성된 중간연결층 재료 개발이 시급하다.
한국생산기술연구원 호남권기술지원본부 나노기술집 적센터는 [그림 18]과 같이 OLED와 태양전지를 결합하여 power recycling이 얻어지는 예비실험을 수행하였다. 10.

대상 데이터

현재 가장 많이 사용되고 있는 또 다른 발광균일도 향상기술은 투명 anode 전극 위에 금속 배선을 형성하여 보조전극으로 이용하는 방법이다 [그림 12]. 금속 배선재료 로는 Cr, Mo, Al, Mo/Al/Mo 등 여러 금속화합물들을 사용할 수 있다. 금속 재료는 주로 ITO anode 전극 위에 증착되고 포토공정을 통해 패터닝된 후 insulating 물질로 도포된다.

성능/효과

이때 전력재생효율 (power recycling efficiency, 태양전지 출력전력/OLED입력전력) 은 0.152%로 낮으나 1) OLED 구동전압 감소, 2) OLED 전력효율 향상, 3) 태양전지 변환효율 향상, 4) 태양전지의 흡수스펙트럼과 OLED의 발광스펙스럼 매칭 등을 통해 향후 2%까지의 향상이 가능할 것으로 보인다.
대면적 패널의 발광균일도를 향상시키기 위해서는 무엇보다도 저항이 낮은 투명전극(< 4Ω/□) 개발이 우선되어야 한다. 현재 독일 Novaled와 프랑스 생고뱅이 공동 개발한 Silverduct^TM는 면저항이 2.5Ω/□ 로 대면적 조명 패널용 투명전극으로의 사용 가능성을 높였다. 또한 OLED 소자 저항 등가모델 [그림 11]에서 보듯 수평방향으로의 투명전극저항 (R_TCO)이 수직방향으로의 소자저항 (R_DEV)보다 상대적으로 높으면 전류는 패널 가장자리 부근에서 소자로 흐르게 되어 발광균 일도는 저하된다.

후속연구

2009년 독일 Dresden 공대에서 고굴절율을 갖는 유리 기판을 사용하여 124 lm/W의 효율을 갖는 백색 OLED 광원이 개발됨으로써 OLED 조명은 상용화 단계에 바짝 다가섰다. 따라서 향후 LED광원과 함께 조명시장 개편을 주도할 것으로 예상되며 2012년 형광등을 대체하고 2015 년 모든 조명을 대체할 수 있을 것으로 예상된다 [표 2].
지속적인 OLED 광원 기술 발전으로 조만간 OLED를 이용하여 정보를 전달하는 가시광 통신 (Visible light communication: VLC)이 가능해질 것이다. 또한, 투명 OLED (transparent OLED: TOLED) 광원 개발은 향후 투명 태양전지와의 집적화를 통해 power recycling이 가능한 새로운 응용분야로 확장될 것이다.
즉, 별, 토끼, 사람, 하트 모양 등 원하는 형상대로 조명패널을 제작할 수 있다. 이는 기존 광원이 구현할 수 없는 기술로 향후 다양한 응용제품 및 고부가가치 조명이 출현할 것으로 예상된다.
지속적인 OLED 광원 기술 발전으로 조만간 OLED를 이용하여 정보를 전달하는 가시광 통신 (Visible light communication: VLC)이 가능해질 것이다. 또한, 투명 OLED (transparent OLED: TOLED) 광원 개발은 향후 투명 태양전지와의 집적화를 통해 power recycling이 가능한 새로운 응용분야로 확장될 것이다.
또한 outcoupling film은 비산 장치 역할도 하지만 보온효과가 있어 방열에 주의가 필요 하다. 하지만 무엇보다도 효율이나 휘도가 2배 이상 증가하게 되므로 향후 저가형 외광필름 개발이 더욱 활발히 진행될 것으로 보인다.
향후 OLED 응용기술로 태양전지와 결합된 신개념 smart window가 개발될 것이다. 따라서 밤에도 조명광을 흡수하여 전력을 회생하는 신개념 조명이 출현할 것으로 보인다.
따라서 LED에 비하여 OLED 소자에서의 방열이 상대적으로 용이하다는 장점을 가진다. 향후 방열기술은 초슬림 면광원 장점을 부각시키기 위해서도 Bulky한 것보다는 박형의 방열재를 사용하여 구현하는 기술에 집중될 것이다.
Philips는 무기/무기계를 사용하는 적층 박막 구조로 SiN/SiO/SiN/SiO/ SiN 5중 구조를 만들고, 그 상층에 printing 방식으로 유기물을 coating하는 TFE 기술을 개발하였다. 향후 이러한 봉지기술은 수분 침투 방지 기능뿐만 아니라 OLED 면광원에서 발생하는 열을 외부로 효과적으로 방출할 수 있는 방열기능도 갖추어야 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	OLED 디스플레이의 단점은 무엇인가?	먼저 OLED 디스플레이와 조명의 차이점을 살펴보면, OLED 디스플레이는 화소 형성을 위한 미세 패터닝 기술및 화소 구동을 위한 TFT backplane 기술이 필요하다. 따라서 제조 공정이 복잡하고 비용이 많이 소요된다. 이에 비하여 OLED 조명은 화소 단위의 점발광이 아닌 넓은 면발광으로 미세 패터닝 기술이나 TFT backplane이 필요치 않아 공정이 간단하며 제조비용이 낮다.
	OLED 면광원의 요소기술에는 어떤 기술이 포함되어 있는가?	OLED 면광원의 요소기술에는 백색발광 소자기술, 수명향상 봉지기술, 광추출 향상기술, 대면적 패널기술, 고균일 발광기술, 방열기술 등이 있다. 이 외에도 구동기술, 재료합성기술 등이 있지만 본 section에서는 패널과 직접 관련된 위 6개 기술에 대해 상세히 설명하고자 한다.
	OLED 조명의 장점은 무엇인가?	따라서 제조 공정이 복잡하고 비용이 많이 소요된다. 이에 비하여 OLED 조명은 화소 단위의 점발광이 아닌 넓은 면발광으로 미세 패터닝 기술이나 TFT backplane이 필요치 않아 공정이 간단하며 제조비용이 낮다.

참고문헌 (13)

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)

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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)

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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, 023503 (2006)

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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, 143516 (2006)

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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, 083509 (2006)

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J. Kido, "High performance OLEDs for displays and general lighting," pp. 931-932, SID 08
J. Kido, "Development of high performance OLEDs," Proc. SPIE, 7051, 705169 (2008)
Joerg Amelung, "Large-area organic light-emitting diode technology," http://spie.org/x23960.xml
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)

상세보기
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)
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)

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T. Komine and M. Nakagawa, "Fundamental Analysis for visible-light communication system using LED lights," IEEE Trans. on consumer electronics, 50, 100 (2004)

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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, 173507 (2007)

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