유기EL의 특징 및 용도

목차

서론: 유기EL의 소개
유기EL의 정의

본론: 유기EL의 특징
유기EL의 용도
유기EL의 재료
유기EL의 적층구조
유기EL의 발광 메커니즘
유기EL의 한계

결론: 국내/세계동향
기술동향
발전방향

본문내용

lq3와 TPD라는 이중층 단분자 유기물 박막을 형성하여 효율과 안정성이 개선된 녹색의 발광현상을 발견한 이후로 단분자를 이용한 유기EL 디스플레이를 개발하려는 노력이 시작됐다.
　1990년에 영국 캠브리지 대학에서 PPV라는 π-공액성(conjugated) 고분자 박막으로부터 EL 특성을 관찰하여 고분자를 이용한 유기EL 디스플레이 개발하려는 연구가 동시에 이루어졌다.
단분자 유기EL 디스플레이에 관한 연구개발은 현재 주로 일본, 한국, 그리고 대만 등에서 전개되고 있으며 고분자 유기EL 디스플레이는 영국을 포함한 유럽, 그리고 미국 등에서 주로 연구 개발이 진행되고 있다.
　단분자 유기EL 디스플레이에 사용되는 소자 구조는 <그림 1>에서 보여 주는 바와 같이 일반적으로 양극(anode), 정공수송층, 발광층, 전자수송층, 그리고 음극(cathode)으로 구분할 수 있으며 이러한 박막층들은 진공증착법에 의하여 형성된다.
　양극과 음극에서 정공수송층과 전자수송층을 통하여 정공과 전자가 각각 발광층으로 주입되어 여기자(exciton)을 형성한 후 여기자로부터 정공과 전자 사이의 에너지에 해당하는 빛을 발하게 되며 이때 정공 및 전자의 좀더 효율적인 주입을 위하여 양쪽 전극에 전하주입층을 추가하기도 한다.
여기자의 상태는 일중항 상태와 삼중항 상태가 1대 3의 확률로 존재하며 일중항 상태에서 기저상태로 떨어질 때에만 발광이 가능하기 때문에 내부양자효율이 이론적으로 25%를 넘을 수 없다고 알려져 왔다.
　이러한 소자구조로도 일부 제품에 응용하기에 충분한 휘도를 갖고 있으나, 풀컬러 평판디스플레이에 응용하기에 아직 부족하므로 유기EL 소자의 양자효율을 높이려는 노력이 다양하게 진행되고 있다.
　첫째, 일중항 상태만을 이용하게 되면 이론적으로 최대 25%의 내부양자효율을 이용할 수밖에 없으나, 삼중항 상태인 75%의 내부양자효율을 이용할 수 있으면 효율의 획기적인 개선을 가져올 수 있다. 삼중항 상태의 여기자가 인광을 통하여 빛을 내는 원리를 이용하여 최근 프린스턴 대학의 S. R. Forrest와 USC의 M. E. Thompson은 적색 및 녹색의 발광효율을 매우 향상시킨 연구결과를 발표하였다.
　둘째, 양극과 음극으로부터의 전하주입 장벽을 낮추려는 노력으로서 양극 측면에서는 ITO 전극을 UV-ozone, 또는 O2나 CF4 plasma 전처리를 통하여 ITO의 일함수를 높이거나, 또는 ITO 표면을 세척하는 방법 그리고 양극과 정공수송층 사이에 프탈로사이아닌과 같은 정공주입층을 추가로 사용함으로써 정공주입을 쉽게 하거나, 또는 새로운 양극재료를 개발하려고 하는 접근법 등이 시도되고 있다. 음극 측면에서는 더욱 작은 일함수를 갖는 전극재료를 찾으려는 시도와 음극과 전자수송층 사이에 LiF, CsF, Li2O 등과 같은 매우 얇은 절연체나 또는 전도체를 삽입하여 전자주입 장벽을 낮추려는 노력이 진행되고 있다.
　셋째, 외부양자효율을 증가시키기 위해서 미세동공효과를 이용하거나 또는 굴절지수를 조절하는 등 소자 주변의 외적요인을 개선하는 연구도 다양하게 진행되고 있다. 또한 고정세 풀컬러 평판디스플레이를 구현하기에는 유기EL 소자의 수명이 충분하지 않으며 이러한 문제를 해결하기 위해서 △유기EL 소자의 저소비전력화 기술이 필요하며 △재료 측면에서 기존의 재료보다 열안정성이 더 높은 전하수송 재료와 발광 재료를 개발하는 것이며 △이러한 열화기구가 정확히 알려지지 않고 있으므로 정확한 열화기구를 규명하고 그 원인을 이해하는 것이며 △봉지 기술을 개선하는 것이다.
　
유기EL 소자는 특히 수분과 산소에 매우 취약하여 소위 소자불량으로 알려진 흑점(dark spot) 등의 원인으로 간주되고 있으며 이러한 수분과 산소를 차단하기 위하여 현재는 음극형성 공정 이후에 바로 금속 캔을 패널 위에 접착제를 사용하여 접착시키고 극자외선(UV)를 쪼여서 접착제를 커얼링(curling)하는 일본 파이어니어(Pioneer)사의 공정을 사용하고 있다.
　그러나 이러한 공정은 아직 수분과 산소를 요구 수준까지 제어하지 못하여 충분한 소자 수명을 얻을 수 없으며 동시에 공정이 복잡하고 수율 등이 낮아서 소자의 비용을 높이는 요인이 되고 있다. 그러므로 유기EL 디스플레이의 수명을 개선하고 동시에 생산 비용을 낮출 수 있는 새로운 봉지기술의 개발도 필요하다. 유기EL 소자의 구동 방식은 크게 수동매트릭스(passive matrix)형과 능동매트릭스(active matrix)형으로 분류할 수 있으며 수동매트릭스형의 경우는 순간적으로 유기EL 소자를 높은 휘도로 발광하도록 하여야 하나 능동매트릭스는 유기EL 소자를 원하는 휘도에서 지속적으로 발광할 수 있다.
　궁극적으로 유기EL 디스플레이는 LCD의 경우와 같이 대면적이며 고해상도의 제품을 만들기 위하여는 능동매트릭스형으로 가야한다는 것이 중론이다. 최근 a-Si TFT를 이용한 능동매트릭스 유기EL 디스플레이의 구동회로를 설계하여 a-Si TFT의 채용가능성을 보여 주었다. 유기 TFT의 경우 기존의 Si TFT보다는 공정 및 생산비용 측면에서 매우 유리하기 때문에 유기EL 디스플레이의 패널 가격을 낮출 수 있는 장점이 있다.
　
<발전방향>
이상으로 기술한 유기 EL의 연구 개발은 매우 많은 국가에서 이루어지고 있으며, 현재 미국의 Unix사에서는 pi 공액 고분자 발광층과 고분자 투명금속을 이용해 종이처럼 휘어질 수 있는 LED plastic을 개발중이고, AT&T 의 하다치등은 마이크로 공진기 구조를 이용하여 EL소자의 발광스펙트럼을 좁혀 RGB색순도 향상에 주력하고 있으며, 또한 Linkoping group의 경우 단분자 박막구조를 일차원 정렬시켜 새로운 편광 발광 소자를 개발하는등 활발한 연구가 진행중이다.
유기 EL소자의 연구개발은 기술적인면 뿐만아니라 국가 경쟁력의 면에서도 아주 중요한 연구 분야이며, 발광 mechanism과 새로운 고분자 재료의 개발, 소자 적층구조에 대한 계속적인 연구와 보강을 통한 효율성 향상, 그리고 소자수명의 한계를 극복함으로써 21세기 새로운 소자로서의 역할을 기대할수 있을 것이다.

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