OLED 조명 기술 현황 및 전망 (1) 순천향대학교 디스플레이신소재공학과 문 대 규 1. 개 요 OLED (Organic Light Emitting Diode)는 양극과 음극사이에 놓인 유기물에서 전자와 정공의 재결합에 의해 발광이 일어나는 소자로 디스플레이에 주로 응용되고 있다. 1987 년 Eastman Kodak 에서 1 lm/W 의 이종접합 (Heterojunction) 녹색 OLED 를 발표한 이래 OLED 의 효율은 급속히 향상되어 2006 년 100 lm/W 이상의 녹색 소자가 발표되었으며 최근 100 lm/W 이상의 백색 소자가 발표되고 있어 조명용 광원으로서의 응용 가능성이 증가하고 있다 (그림 1). 또한 에너지 및 환경의 중요성이 대두되며 기존의 조명이 고체 조명으로 점차 대체될 것으로 예상됨에 따라 OLED 조명은 점점 더 중요해지고 있다. 몇몇 주요 조명회사는 이미 OLED 조명 생산을 계획하고 있다. 따라서 본 칼럼을 통하여 OLED 조명 기술 현황 및 발전 방향을 살펴보고자 한다. [그림 1] OLED 기술의 발전 방향 2. 디스플레이와 조명 OLED 의 주요 응용분야는 디스플레이와 조명이다 (그림 2). OLED 를 이용하여 PMOLED (Passive Matrix OLED) 혹은 AMOLED (Active Matrix OLED)와 같은 디스플레이를 구현할 경우에는 미세하며 정밀한 화소 패턴을 필요로 한다. 또한 AMOLED 의 경우 화소 구동용 TFT (Thin Film Transistor)를 필요로 한다. 따라서 OLED 를 디스플레이로 응용할 경우에는 공정이 복잡하며 대형 투자를 필요로 한다. 반면, 조명용 OLED 는 구조가 단순하여 미세하고 정밀한 패턴이 필요 없으며 대형 투자를 필요로 하는 TFT 와 같은 구동 소자 또한 필요 없기 때문에 공정이 간단하고 대형 투자를 필요로 하지 않는다. 따라서 OLED 조명은 중소기업에서도 생산 투자를 진행할 수 있는 기술 영역이다.
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OLED 조명 기술 현황 및 전망 (1)
순천향대학교 디스플레이신소재공학과
문 대 규
1. 개 요
OLED (Organic Light Emitting Diode)는 양극과 음극사이에 놓인 유기물에서 전자와 정공의 재결합에 의해 발광이
일어나는 소자로 디스플레이에 주로 응용되고 있다. 1987년 Eastman Kodak에서 1 lm/W의 이종접합 (Heterojunction)
녹색 OLED를 발표한 이래 OLED의 효율은 급속히 향상되어 2006년 100 lm/W 이상의 녹색 소자가 발표되었으며
최근 100 lm/W 이상의 백색 소자가 발표되고 있어 조명용 광원으로서의 응용 가능성이 증가하고 있다 (그림 1).
또한 에너지 및 환경의 중요성이 대두되며 기존의 조명이 고체 조명으로 점차 대체될 것으로 예상됨에 따라
OLED 조명은 점점 더 중요해지고 있다. 몇몇 주요 조명회사는 이미 OLED 조명 생산을 계획하고 있다. 따라서 본
칼럼을 통하여 OLED 조명 기술 현황 및 발전 방향을 살펴보고자 한다.
[그림 1] OLED 기술의 발전 방향
2. 디스플레이와 조명
OLED의 주요 응용분야는 디스플레이와 조명이다 (그림 2). OLED를 이용하여 PMOLED (Passive Matrix OLED)
혹은 AMOLED (Active Matrix OLED)와 같은 디스플레이를 구현할 경우에는 미세하며 정밀한 화소 패턴을 필요로
한다. 또한 AMOLED의 경우 화소 구동용 TFT (Thin Film Transistor)를 필요로 한다. 따라서 OLED를 디스플레이로
응용할 경우에는 공정이 복잡하며 대형 투자를 필요로 한다. 반면, 조명용 OLED는 구조가 단순하여 미세하고
정밀한 패턴이 필요 없으며 대형 투자를 필요로 하는 TFT와 같은 구동 소자 또한 필요 없기 때문에 공정이
간단하고 대형 투자를 필요로 하지 않는다. 따라서 OLED 조명은 중소기업에서도 생산 투자를 진행할 수 있는
기술 영역이다.
[그림 2] OLED 디스플레이와 조명
OLED 디스플레이와 조명은 공통적인 기술 요소가 있고, 디스플레이와 조명 각각의 특징적 요소가 있다. 공통적인
기술 항목으로는 변환효율(전류가 빛으로 변환되는 비율) 및 전력효율 (입력전력에 대한 출광량), 안정성, 수명,
제조가격 등이 있으며(그림 2), OLED 디스플레이만의 기술 항목은 미세 화소 패턴 형성, 콘트라스트, 해상도,
색재현 능력 등이 있다. OLED 조명만의 기술 항목은 연색지수 (CRI, Color Rendering Index), 대면적 발광,
전체전력효율 등이 있다. 특히 색상의 구현 능력을 나타내는 연색지수가 낮으면 색이 분명하지 않고 눈에 피로를
많이 주기 때문에, 연색지수는 효율 및 수명과 더불어 OLED 조명에 있어서 가장 중요한 요소로 간주되고 있다
(그림 3). 또한 OLED 디스플레이를 위한 전력 효율과 OLED 조명을 위한 효율은 차이가 나는 것으로 알려져
있다. OLED 디스플레이는 주로 정면 효율이 중요한 반면 OLED 조명을 위한 전력 효율은 정면 뿐 아니라 측면
방향의 빛도 이용하므로 전체 효율이 중요하다.
[그림 4] 연색지수에 따른 색 재현 능력 차이
3. OLED 조명과 백색 OLED
조명은 다양한 색을 필요로 하기 때문에 조명용 OLED는 항상 백색을 필요로 하는 것은 아니지만 백열등,
형광등과 같은 일반 조명이 백색이기 때문에 백색 OLED가 조명용 광원으로 가장 널리 이용될 것으로 예측되고
있다. 따라서 백색 OLED에 대한 연구개발은 해마다 증가하는 추세를 보이고 있다. 조명용 백색 OLED는
고휘도의 구현이 가능하며, 효율, 수명, 연색지수가 개선되고 있다. 또한 초박형, 다차원, 색가변, 투명조명,
구동전압 등 많은 장점이 있는 것으로 알려져 있다 (표 1)
[표 1] 조명용 백색 OLED의 특징
백색 OLED를 조명에 응용하기 위해 가장 중요한 요구 조건의 하나는 전력효율이다. 기존의 백열등은 전력효율이
9~17 lm/W이며 형광등은 60~110 lm/W이기 때문에 에너지 효율이 낮은 백열등을 OLED 조명으로 대체할 수
있지만, 형광등의 대체를 위해선 최소 50~100 lm/W 이상은 되어야 한다 (그림 5).
[그림 5] 백열등 및 형광등의 종류 및 사양
백색 OLED의 효율은 해마다 개선되고 있다 (그림 6). 2000년 초반까지만 해도 약 5 lm/W의 백색 OLED가
보고되었으나 2000년 중반에는 약 10 lm/W의 효율이 보고되었으며, 이후 효율이 급속히 개선되어 현재 100 lm/W
이상의 백색 OLED가 보고되고 있다. 미국의 DOE (Department of Energy)는 150 lm/W의 효율을 2015년 달성
목표로 제시하고 있다. 백색 OLED의 효율이 형광등의 효율을 넘어섬에 따라 주요 조명회사는 백색 OLED 조명
시험 생산을 위한 투자를 진행하고 있으며 대량 생산 계획 또한 발표하고 있다.
[그림 6] 연도에 따른 백색 OLED 전력 효율 향상
백색 OLED 조명의 상용화를 위해선 전력효율, 면적당 휘도, 수명, 연색지수, 색온도, 색좌표, 가격 등이 중요한
기술 사양이며, 이를 위한 핵심 기술로 대면적화 기술, 소자 및 소재 기술, 패키징 기술, 등기구 관련 기술 및
구동 기술 등이 필요한 것으로 알려져 있다 (그림 7). 다음 주에는 이러한 백색 OLED 조명 핵심 기술에 대하여
살펴보겠다.
[그림 7] OLED 조명 기술 사양 및 핵심 기술
OLED 조명 기술 현황 및 전망 (2)
순천향대학교 디스플레이신소재공학과
문 대 규
1. 백색 OLED 조명 핵심 기술
지난 주에 OLED 기술의 발전방향 및 OLED의 중요한 기술 분야인 디스플레이와 조명 기술의 차이점에 대하여
살펴보았으며, 조명용 백색 OLED의 특징 및 기술발전 현황 등에 대하여 살펴보았다. 이번 주에는 백색 OLED
조명 핵심 기술에 대하여 살펴보겠다.
OLED 내에서 발생한 빛은 양극과 음극의 어느 한쪽을 통하여 바깥으로 방출된다. 일반적으로는 투명한 도전체인
ITO를 양극으로 이용하여 소자 내에서 생성된 빛이 ITO를 통과하여 방출되도록 한다. ITO는 가시광선 영역에서
광투과도가 80~90% 이상으로 좋지만 전기비저항이 10-4 Ωcm이상으로 큰 단점이 있다. 따라서 ITO를 양극으로
사용할 경우 전극에서 멀어질수록 전압강하가 심하게 일어난다 (그림 1).
[그림 1] OLED에서 전류 및 휘도 공간 분포 (Siemens, 2005)
따라서 ITO의 면적이 클 경우, 즉 대면적 면광원을 제조할 경우 전압강하에 의해 휘도가 불균일해진다. 이러한
휘도 불균일을 감소시키기 위해 타일 구조 및 보조배선전극을 형성하는 구조가 일반적으로 이용되고 있다. (그림
2). 타일 구조는 필요시 광원 서브 모듈을 교체할 수 있는 구조로 주로 개발되고 있다. 보조배선의 구조는 면광원
서브 모듈 혹은 면광원 대형화에 중요하지만 제조 공정을 복잡하게 한다. 주요 조명 관련 기업은 다양한 보조
배선 구조를 제안하고 있으며, 보조 배선 공정을 단순화하기 위한 연구개발 또한 활발히 진행되고 있다.
[그림 2] 타일 구조의 OLED 면광원 및 보조배선 구조 예시 (GE)
2005년 미국의 DOE (Department of Energy)는 백색 OLED 조명의 효율 향상을 위해 효율을 감소시키는 요인을
분석하고 각 효율 손실을 최소하기 위한 개발 전략을 마련하였다 (그림 3). 2005년 OLED 조명 기기의 전체
효율은 약 4%였다. OLED 조명은 구동회로 및 OLED 소자 및 등기구로 구성되어 있다. 2005년 OLED 조명
구동회로에 의한 손실은 약 15%였으며, OLED 소자로 인한 효율 손실은 약 94%였고, 등기구에 의한 손실은 약
30%였다. 따라서 OLED 소자가 OLED 조명 기기의 효율에 결정적인 역할을 하였다. OLED 소자의 효율은 전극에