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BUSINESS


Challenges make changes

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Challenges make changes
OLED
BIO
PATENT
사업부 소개
기술개요
연구개발
공정개발
생산
품질
OLED는 유기발광소자 (Organic Light-Emitting Diode)의 약자로서,
전기 에너지가 형광 (Fluorescence) 또는 인광 (Phosphorescence)으로 전환되는 메커니즘을 이용한 수 백 나노미터 두께의 유기발광 소자를 의미합니다.
다층으로 구성된 OLED 소자에서 각각의 유기물 층은 양극과 음극 사이에 위치하여 정공과 전자의 주입, 이동, 차단 등의 역할을 담당하며,
최종적으로 호스트와 도판트로 구성된 발광층에서 빛을 방출함으로써 디스플레이로서 기능하게 됩니다.
디스플레이 시장의 급속한 팽창과 다양한 비교우위로 인하여 OLED는 LCD의 뒤를 이어 주력 기술로서의 입지를 넓혀가고 있으며,
이미 휴대폰과 스마트 워치를 포함한 모바일 기기는 물론 노트북, 모니터, TV, 자동차, AR/VR 등으로 적용영역을 확대하고 있습니다.
역사
안트라센 (Anthracene)의 단결정에 전기를 인가하면 빛이 방출되는 현상은 1965년에 보고되었으나,
 
높은 전압, 낮은 효율과 신뢰성, 재료의 한계 등으로 인하여 흥미로운 물리현상 이상의 주목을 받지는 못하였습니다.
 
따라서 1982년 코닥 (Kodak)의 C. W. Tang에 의해 발명된 다층 구조의 소자로부터 OLED의 역사가 시작된 것으로 받아들여지고 있습니다.
 
그로부터 16년이 지난 1998년 일본의 파이오니아 (Pioneer)가 비로소 풀 컬러의 OLED 소자를 발표함으로써 OLED 디스플레이 시대가 본격적으로 열리게 되었습니다.

C. W. Tang은 2015년 국제정보디스플레이학회 (Society for Information Display; SID)에서 “OLED는
향후 5~10년 내에 LCD를 넘어 전방위적으로 확산해 OLED의 시대가 올 것” 이라고 발표하여 무한한 성장 가능성에 주목한 바가 있습니다.
OLED 기술 및 제품화와 관련된 역사를 요약하면 다음과 같습니다.
안트라센 단결정에서의 유기전계발광 현상 보고
Phys. Rev. Lett. 14(7), 229(1965)
OLED 소자 구조에 대한 최초의 특허
(US4,356,429; 코닥)
구조와 원리
양극 (+)에서 주입된 정공 (+전하)과 음극에서 주입된 전자 (-전하)가 발광층에서 결합하여
에너지 상태가 높은 엑시톤이 형성되고, 원래의 안정한 에너지 상태로 돌아오면서 빛을 내는
현상을 이용합니다.
이 때 정공과 전자가 발광층에서 효율적으로 재결합 (Recombination)할 수 있도록 전극과
발광층 사이에 정공주입층 (HIL), 정공수송층 (HTL), 전자주입층 (EIL), 전자수송층 (ETL) 등의
유기재료를 특정의 두께로 적층하며, 도핑 (Doping), HTL, ETL의 다층화 등 다양한 소자 구조와
재료들이 도입되고 있습니다.
또한 정공과 전하의 균형 (Charge balance), 이동 속도, 재결합 위치 및 모양 등 다양한
파라미터들을 최적화하여 소자 성능을 극대화하는 노력들이 진행되고 있습니다.
효율 및 수명의 극대화를 위해 2개 이상의 OLED 유닛을 일종의 전극역할을 담당하는
전하생성층 (Charge generation layer; CGL)으로 연결한 탠덤 (Tandem) 구조 등 다양한
소자구조들이 사용 또는 개발되고 있습니다.
유기소재
OLED용 유기재료는 발광 메커니즘에 따라 형광과 인광재료로 구분되며,
적색 (Red; R), 녹색 (Green; G), 청색 (Blue: B)의 3원색 발광층과
정공주입층, 정공수송층, 전자주입층, 전자수송층 등의 재료와 더불어
광 추출 효과를 극대화하고 시야각 (Viewing angle)을 개선하기 위해
OLED 소자의 전극 위에 추가로 구성되는 캡핑층 (Capping layer: CPL)이 있습니다.
형광재료는 에너지를 받아 여기된 S1 상태에서 기저 상태인 S0로
안정화되면서 빛을 방출하는 메커니즘을 따르는 것으로, 물리적으로
단일항 (Singlet)의 생성비율인 25% (=1/4)가 한계 효율입니다.
이에 비하여 이리듐 (Ir), 백금 (Pt) 등 중금속 (Heavy metal)에 의한
스핀-궤도 커플링 효과 (Spin-orbit coupling effect)를 이용한 인광재료는
75% (=3/4)의 삼중항 (Triplet) 엑시톤을 추가로 이용할 수 있어
이론적으로 100%의 효율을 가질 수 있습니다.
최근에는 S1과 T1 에너지 준위 차이가 매우 작은 재료에서 이론적으로 일어날 수 있는 역계간전이 (Reverse inter-system crossing; RISC)
현상을 이용하여 100%의 효율을 구현할 수 있는 열활성지연형광 (Thermally activated delayed fluorescence; TADF) 재료의
상업적 가능성이 주목 받고 있습니다.
그러나 TADF 재료는 스펙트럼의 폭이 넓어 색순도 (Color purity)가 낮을 뿐만 아니라, 특히 청색 호스트의 경우 요구되는 T1 에너지 레벨이
높아 장수명화가 어렵고 분자설계 상의 제약이 많습니다.
TADF 방식의 원리적 문제점을 해결하고자 스펙트럼의 폭이 좁고 수명이 긴 기존의 형광 도판트를 추가한 방식의 Hyperfluorescence
소자 등이 개발되고 있습니다.
현재 모바일, TV 등에 채용된 적색, 녹색 발광층은 인광재료, 청색 발광층에는 형광재료가 채용되고 있으며, 각각의 발광층은 다시
호스트와 도판트로 구성됩니다.
호스트와 도판트로 구성된 발광층에서 에너지 전달 메커니즘은 호스트의 방출 (Emission)스펙트럼과 도판트의 흡수 스펙트럼의 겹침
(Overlab)에 의해 도판트가 흡수한 에너지를 발광 스펙트럼의 형태로 방출하는 원리입니다.
손실을 최소화하면서 호스트에서 도판트로 원활히 에너지를 전달하기 위해 분자의 구조, 물리적, 전자적 성질 등을 최적화하는 다양한
이론적, 실험적 방법들이 알려져 있습니다.
사업부 소개
기술개요
연구개발
공정개발
생산
품질
개요
OLED는 유기발광소자 (Organic Light-Emitting Diode)의 약자로서, 전기 에너지가 형광 (Fluorescence) 또는 인광 (Phosphorescence)으로 전환되는 메커니즘을 이용한 수 백 나노미터 두께의 유기발광 소자를 의미합니다. 다층으로 구성된 OLED 소자에서 각각의 유기물 층은 양극과 음극 사이에 위치하여 정공과 전자의 주입, 이동, 차단 등의 역할을 담당하며, 최종적으로 호스트와 도판트로 구성된 발광층에서 빛을 방출함으로써 디스플레이로서 기능하게 됩니다.
디스플레이 시장의 급속한 팽창과 다양한 비교우위로 인하여 OLED는 LCD의 뒤를 이어 주력 기술로서의 입지를 넓혀가고 있으며, 이미 휴대폰과 스마트 워치를 포함한 모바일 기기는 물론 노트북, 모니터, TV, 자동차, AR/VR 등으로 적용영역을 확대하고 있습니다.
역사
안트라센 (Anthracene)의 단결정에 전기를 인가하면 빛이 방출되는 현상은 1965년에 보고되었으나,
높은 전압, 낮은 효율과 신뢰성, 재료의 한계 등으로 인하여 흥미로운 물리현상 이상의 주목을 받지는 못하였습니다.
따라서 1982년 코닥 (Kodak)의 C. W. Tang에 의해 발명된 다층 구조의 소자로부터 OLED의 역사가 시작된 것으로 받아들여지고 있습니다.
그로부터 16년이 지난 1998년 일본의 파이오니아 (Pioneer)가 비로소 풀 컬러의 OLED 소자를 발표함으로써 OLED 디스플레이 시대가 본격적으로 열리게 되었습니다.
C. W. Tang은 2015년 국제정보디스플레이학회 (Society for Information Display; SID)에서 “OLED는
향후 5~10년 내에 LCD를 넘어 전방위적으로 확산해 OLED의 시대가 올 것” 이라고 발표하여 무한한 성장 가능성에 주목한 바가 있습니다.
OLED 기술 및 제품화와 관련된 역사를 요약하면 다음과 같습니다.
안트라센 단결정에서의 유기전계발광 현상 보고
Phys. Rev. Lett. 14(7), 229(1965)
OLED 소자 구조에 대한 최초의 특허
(US4,356,429; 코닥)
구조와 원리
 양극 (+)에서 주입된 정공 (+전하)과 음극에서 주입된 전자 (-전하)가 발광층에서 결합하여 에너지 상태가 높은 엑시톤이 형성되고, 원래의 안정한 에너지 상태로 돌아오면서 빛을 내는 현상을 이용합니다.
  이 때 정공과 전자가 발광층에서 효율적으로 재결합 (Recombination)할 수 있도록 전극과 발광층 사이에 정공주입층 (HIL), 정공수송층 (HTL), 전자주입층 (EIL), 전자수송층 (ETL) 등의 유기재료를 특정의 두께로 적층하며, 도핑 (Doping), HTL, ETL의 다층화 등 다양한 소자 구조와 재료들이 도입되고 있습니다.
 또한 정공과 전하의 균형 (Charge balance), 이동 속도, 재결합 위치 및 모양 등 다양한 파라미터들을 최적화하여 소자 성능을 극대화하는 노력들이 진행되고 있습니다.
  효율 및 수명의 극대화를 위해 2개 이상의 OLED 유닛을 일종의 전극역할을 담당하는 전하생성층 (Charge generation layer; CGL)으로 연결한 탠덤 (Tandem) 구조 등 다양한 소자구조들이 사용 또는 개발되고 있습니다.
유기소재
  OLED용 유기재료는 발광 메커니즘에 따라 형광과 인광재료로 구분되며, 적색 (Red; R), 녹색 (Green; G), 청색 (Blue: B)의 3원색 발광층과 정공주입층, 정공수송층, 전자주입층, 전자수송층 등의 재료와 더불어 광 추출 효과를 극대화하고 시야각 (Viewing angle)을 개선하기 위해 OLED 소자의 전극 위에 추가로 구성되는 캡핑층 (Capping layer; CPL)이 있습니다.
  형광재료는 에너지를 받아 여기된 S1 상태에서 기저 상태인 S0로 안정화되면서 빛을 방출하는 메커니즘을 따르는 것으로, 물리적으로 단일항 (Singlet)의 생성비율인 25% (=1/4)가 한계 효율입니다. 이에 비하여 이리듐 (Ir), 백금 (Pt) 등 중금속 (Heavy metal)에 의한 스핀-궤도 커플링 효과 (Spin-orbit coupling effect)를 이용한 인광재료는 75% (=3/4)의 삼중항 (Triplet) 엑시톤을 추가로 이용할 수 있어 이론적으로 100%의 효율을 가질 수 있습니다.
  최근에는 S1과 T1 에너지 준위 차이가 매우 작은 재료에서 이론적으로 일어날 수 있는 역계간전이 (Reverse inter-system crossing; RISC) 현상을 이용하여 100%의 효율을 구현할 수 있는 열활성지연형광 (Thermally activated delayed fluorescence; TADF) 재료의 상업적 가능성이 주목 받고 있습니다.
  그러나 TADF 재료는 스펙트럼의 폭이 넓어 색순도 (Color purity)가 낮을 뿐만 아니라, 특히 청색 호스트의 경우 요구되는 T1 에너지 레벨이 높아 장수명화가 어렵고 분자설계 상의 제약이 많습니다.
  TADF 방식의 원리적 문제점을 해결하고자 스펙트럼의 폭이 좁고 수명이 긴 기존의 형광 도판트를 추가한 방식의 Hyperfluorescence 소자 등이 개발되고 있습니다.
  현재 모바일, TV 등에 채용된 적색, 녹색 발광층은 인광재료, 청색 발광층에는 형광재료가 채용되고 있으며, 각각의 발광층은 다시 호스트와 도판트로 구성됩니다.
  호스트와 도판트로 구성된 발광층에서 에너지 전달 메커니즘은 호스트의 방출 (Emission)스펙트럼과 도판트의 흡수 스펙트럼의 겹침 (Overlab)에 의해 도판트가 흡수한 에너지를 발광 스펙트럼의 형태로 방출하는 원리입니다. 손실을 최소화하면서 호스트에서 도판트로 원활히 에너지를 전달하기 위해 분자의 구조, 물리적, 전자적 성질 등을 최적화하는 다양한 이론적, 실험적 방법들이 알려져 있습니다.