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hwp1. 유기 EL이란?
유기 EL(OLED; Organic Light Emitting Device or Diode)은 유기물(저분자 또는, 고분자) 박막에 음극과 양극을 통하여 주입된 전자(electron)와 정공(hole)이 재결합(recombination)하여 여기 전자(exciton)를 형성하고, 형성된 여기 전자로부터의 에너지에 의해 특정한 파장의 빛이 발생되는 현상으로, 1963년 Pope 등에 의해 유기물 중 하나인 안트라센(anthracene)의 단결정에서 처음 발견되었다. 그 후, 1987년에 Eastman-Kodak사의 Tang 등이 발광층과 전하 수송층으로 각각 Alq와 TPD라는 이중층 저분자 유기물 박막을 형성하여 효율과 안정성이 개선된 녹색의 발광 소자를 제작한 이후로, 저분자 재료를 이용한 유기 EL 디스플레이를 개발하려는 노력이 본격적으로 시작되었다. 또한, 1990년에는 영국 Cambridge 대학에서 PPV라는 고분자 물질을 발광체로 사용한 박막 소자로부터 EL 특성을 발견하여, 고분자 재료를 이용한 유기 EL 디스플레이 연구도 시작되었다. 현재 유기 EL의 연구 현황을 보면, 재료의 효율성과 공정 성숙도의 측면에서 앞서 있는 저분자 유기 EL 분야에서는 일본을 중심으로 제품화 기술이 개발되고 있으며, 물질의 안정성과 공정 간편성에서 장점을 가지고 있는 고분자 유기 EL 분야는 유럽과 미국을 중심으로 진행되고 있다. 그 외에도, 기존의 알려진 유기 EL의 기본 소자 구조 및 기능이 변환된 SOLED(Stacked OLED), TOLED(Transparent OLED), FOLED(Flexible OLED)과 같은 새로운 개념의 기술도 속속 선보이고 있어, 유기 EL 분야는 선진국들의 기술 선점을 위한 각축전이라 할 수 있겠다. 처음으로 다층구조의 소자를 연구한 C. W. Tang 과 VanSlyke(1987)의 최초의 논문의 제목은 "Organic Electroluminescent Diode"이었다. 간략화 하면 "유기 ELD"이지만 이 명칭은 그다지 사용되고 있지는 않고 있다. 이 논문이 나오기 이전부터 유기결정에 전류를 흘리면 발광을 관측된다는 연구는 행해져 왔으며, 그때에는 EL이라는 명칭이 사용되어졌었다. 현재는 유기EL 디스플레이는 Organic Electroluminescent Device(OELD) 또는 Organic Light Emitting Diode(OLED)의 두 가지로 사용되며 일본에서는 유기 EL 또는 OELD라는 표현을 주로 쓰는 반면, 미국 및 유럽에서는 OLED를 주로 사용하고 있다. 우리나라에서는 현재 "유기전기발광소자", "유기 EL(OEL)", "유기 LED(OLED)"등으로 OLED의 명칭이 다양하며, 일반적이고 유럽이나 미국 등의 특히 폴리머 재료를 다루는 사람들 사이에서는 "유기 LED"라고 부르는 경우가 많다.
유기 LED라고 불리는 이유는 무기재료와의 관련을 생각하면 무기 EL과 유기 EL와는 그 메커니즘에 있어서 크게 다르다. 무기 EL에서는 반도체 등의 바인더 중에 분산된 결정 속의 천이금속이온을 고전압에 의해 가속되어진 내부의 전자로 충돌 여기 시키는 것에 의해 발광이 발생한다. 이것에 반해 유기 EL에서는 전극으로부터 전자(electron)와 홀(hole)이 주입되고 이들이 여기상태를 거쳐 다시 재결합하는 것에 의해 발광하기 때문에 오히려 발광 메커니즘으로서는 LED에 가깝고, 정류작용도 존재한다. 이것이 유기 LED라고 하는 호칭이 생겨난 이유이다. 그러나 반도체의 다이오드 정류작용은 p-n 접합에 유래하는 것이지만, 유기 EL의 경우는 전극과 유기재료 사이의 potential wall에 의해 생기는 것이기 때문에 이들이 같다고는 할 수 없다.
현 시점에서 개발되고 있는 유기 EL의 특징은 형광성 유기화합물을 전기적으로 여기시켜 발광시키는 자발광형 디스플레이 소자로 낮은 전압에서 구동이 가능하고, 그 두께가 매우 얇다는 등의 장점을 갖는다. 또한, 넓은 시야각과 빠른 응답속도 등 LCD에서 문제로 지적되는 결점을 해결할 수 있는 차세대 디스플레이 후보로서 주목받고 있다. 게다가 유기EL 디스플레이는 다른 디스플레이에 비해 중형 이하에서는 TFT LCD와 동등하거나 그 이상의 화질을 가질 수 있다는 점과 제조공정이 단순하여 향후 가격 경쟁에서 유리하다는 점이 많은 디스플레이 기업들에게 매력으로 작용하고 있다.
유기 EL의 연도별 기술개발 추이
2. 유기 EL의 특징
유기 EL은 응답속도가 TFT-LCD(초박막액정표시장치)에 비해 1000배 정도 빠르다. 응답속도가 빠르다는 것은 그만큼 잔상이 없는 완벽한 동영상을 구현할 수 있다는 얘기가 된다. 또 화면을 구현하는 물질인 유기물질에서 스스로 빛을 내는 소자(자체발광 소자)이기 때문에 LCD처럼 별도의 백라이트가 필요 없다. 백라이트가 없으면 전력 소모가 적어 노트북에 적용 시 배터리 수명을 연장 할 수 있는 동시에 백라이트가 위치하는 공간만큼 얇게 만들 수 있다. 더불어 자체 발광 소자인 PDP와 비교하면 대형 화면을 구현하는 데서 뒤처질 뿐 해상도나 소비전력에서 월등한 경쟁력을 갖는 것이 유기 EL이다. 하지만 아직은 기술적인 안정성이 취약해 최대 생산크기가 20인치 안팎에 머물고 있고, 그 밖에 형광물질의 수명과 효율에 있어 해결해야 할 과제가 많이 남아 있다. 이러한 유기 EL의 특징을 나열해 보면,
① 자체 발광형
LCD와 커다란 차이점은 자체 발광형 이라는 것이다. 자체 발광형 이라는 것은 소자자체가 스스로 빛을 내는 것으로 어두운 곳이나 외부의 빛이 들어 올 때도 시인성(視認性)이 좋다. 또한 면발광이기 때문에 빛이 균일하며, 가시영역의 모든 색상의 발광이 가능하다. 다른 발광소자에 견줄만한 발광효율을 갖으며, 고휘도의 발광을 얻을 수 있어서 옥외용으로도 가능하다.
② 넓은 시야각
LCD에 비해 시야각(화면을 보는 가능한 범위)이 넓어서(160도 이상), 일반 텔레비전과 똑같이 바로 옆에서 보아도 화질이 변하지 않는다.
