[OLED 디스플레이] 고효율, 긴 수명의 OLED 패널, 롤 투 롤 방식으로 저가 생산 길 연다 1 - 조명 및 디스플레이용 OLED

[OLED 디스플레이] 고효율, 긴 수명의 OLED 패널, 롤 투 롤 방식으로 저가 생산 길 연다 2 - 백색 OLED 기술

OLED는 유연한 기판에서 디스플레이와 조명을 구현할 수 있는 최적의 발광 소자이다. OLED 조명의 경우 롤 투 롤 방식을 이용하여 유연한 OLED를 연속 생산함으로써 기존의 조명과 달리 저가로 생산할 수 있는 방식이 개발되고 있다. GE 등은 진공증착 방식 대신 유기박막을 프린팅하여 OLED를 제작하는 방식을 개발하고 있다. 여기서는 조명과 디스플레이를 위한 OLED 패널 기술에 대해 살펴본다.

그림 1. OLED의 역사

1987년, 이스트먼 코닥(Eastman Kodak)에서 두 종류의 유기박막으로 구성된 혁신적인 구조의 형광 OLED를 발표했다. 그 후 OLED를 디스플레이와 조명에 적용하기 위해 본격적인 연구개발이 시작됐다.
파이오니아, TDK 등의 일본 기업은 1990년대 중반에 소형 PMOLED를 제품화하여 OLED의 가능성을 확인했으며 소니, 산요, 세이코 엡슨 등은 2000년 이후부터 AMOLED 생산을 시도했다.
산요와 코닥은 합작회사를 통해 디지털 카메라용 AMOLED를 출시했으며 소니는 PDA용 AMOLED를 출시했으나, 재료의 성능이 낮고 생산 수율 또한 낮아 AMOLED의 대량 생산에 어려움이 있었다.
2000년대 중반 이후, 삼성 SDI는 PMOLED 생산 기술과 저온 다결정 Si TFT 기술을 기반으로 휴대폰용 AMOLED 대량 생산을 성공적으로 추진하여 AMOLED 시대를 열었다. 2010년 이후 OLED는 대형 TV, 스마트 패드, 스마트 워치 등에 본격적으로 적용되기 시작하여 가장 가능성이 높은 차세대 디스플레이로 주목 받고 있다(그림 1).
이와 더불어 OLED는 최근 투명 디스플레이, 투명 플렉서블 디스플레이 형태로 발전하고 있으며 효율과 수명이 급격히 향상됨에 따라 조명에도 본격적으로 적용될 가능성이 높아지고 있다.

조명용 OLED와 디스플레이용 OLED

그림 2. GE에서 개발한 OLED 광원과 광원 위치에 따른 밝기 변화

조명과 디스플레이는 응용 목적이 다르므로, 적용되는 OLED 기술도 다르다. 즉, 조명은 사물 또는 대상을 인식하기 위한 목적으로 사용되고, 디스플레이는 빛을 이용하여 정보를 인식하기 위한 수단으로 사용된다. 따라서 OLED를 조명으로 사용할 경우 사물을 효과적이고 자연스럽게 인식하기 위해 대형 램프 형태로 제작하며, 디스플레이로 사용할 경우 정보를 생생하고 생동감 있게 인식하도록 하기 위해 미세한 화소 형태로 배열하여 각각의 화소를 TFT와 같은 능동소자로 조절한다.
그러므로 OLED를 조명에 사용할 경우 대형 광원 형태로 제작하는 기술, 사물 또는 대상이 가진 원래의 색을 잘 표현하기 위한 고연색화 기술, 전기 에너지를 빛 에너지로 효율적으로 변환하기 위한 전력 변환 효율 향상 기술, 높은 광출력을 위한 기술 등이 중요한 기술로 인식되고 있다.
반면에 OLED를 디스플레이로 사용할 경우에는 OLED를 미세한 화소로 제작하는 기술, 화소를 조절하기 위한 화소 구동 소자 기술 등이 중요한 기술로 인식되고 있다.
OLED를 조명으로 사용하려면 기존의 광원보다 에너지 효율이 높아야 한다. 조명용 광원으로 주로 사용되고 있는 백열등과 형광등의 전력 효율은 각각 15lm/W, 80lm/W 정도이다. 따라서 80lm/W 이상의 전력 효율을 가진 OLED를 개발해야 한다. 또한 조명용 OLED는 연색성도 우수해야 한다. 연색성은 광원이 태양광에 가깝게 색을 표현할 수 있는 능력으로, 태양광에 해당하는 정도로 색이 표현되면 100%라고 한다. 백열등의 연색성은 100%이며 형광등의 연색성은 80% 이상이다.
OLED를 조명으로 사용하기 위해서는 80% 이상의 연색성을 나타낼 수 있어야 한다. 또한 적절한 색 온도의 백색을 방출해야 한다. 일반적으로 가정이나 사무실에서 사용되는 색 온도인 3000∼8000K 정도를 나타낼 수 있어야 한다. 그뿐만 아니라, 조명용 OLED는 주로 면 광원 형태로 사용되기 때문에 대면적에서 비교적 균일한 백색 빛을 방출할 수 있어야 한다.
따라서 조명에 사용되는 고성능 OLED 패널을 제작하기 위한 기술로는 대면적 OLED 기술, 고효율 장수명 백색 OLED 기술, 광 추출 기술, 보호막 및 봉지 기술 등을 들 수 있다.
조명으로 사용하기 위한 OLED 광원은 주로 대면적 면광원 형태로 제작되므로 대면적에서 균일한 빛을 방출할 수 있어야 한다. 그러나 OLED의 양극으로 주로 사용되는 ITO의 저항이 크므로, 대면적으로 제작할 경우 ITO에 의한 전압 강하로 인해 균일한 빛을 방출하기 어렵다. 따라서 OLED를 미세한 광원으로 분할하거나, 비저항이 작은 금속 재료를 보조 전극으로 이용하기도 한다.
그리고 보조 배선 패턴을 OLED의 양극 위 또는 밑에 형성하는 기술이 필요하며 주로 노광에 의한 방식으로 형성하지만, 공정을 단순화하기 위해 보조배선을 프린팅하는 기술 또한 개발되고 있다.

문대규 교수 / 순천향대학교 디스플레이신소재공학과