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서론서론서론서론1111

의 개요의 개요의 개요의 개요11 OLED11 OLED11 OLED11 OLED

---- 유기 의 뜻은 유리나 플라스틱 등위에 유기물EL(Electro-Luminescence)

을 도포해서 그것에 전기를 통하게 하면 유기물이 발광한다 라(luminescence)

는 의미이다 일반적으로 유기물을 절연체라고 생각하지만 어떤 종류의 유

기물은 잘 사용하면 전기가 흘러 빛을 낸다 이런 현상은 자연에서는 반딧

불의 발광하는 원리와 비슷하다 전원이 공급되면 유기물질인 단분자 저분자

고분자 박막에 음극에서는 전자 가 전자 수송층의 도움으로 유기물질인 (-)

발광층으로 이동하고 상대적으로 양극에서는 정공 개념 전자가 빠져나간 (+

상태 이 정공 수송층의 도움으로 발광층으로 이동하게 되어 발광층에서 만난)

전자와 정공이 재결합하면서 여기자 를 형성하고 여기자가 낮은 에(exciton)

너지 상태로 떨어지면서 에너지가 방출되면서 특정한 파장의 빛이

발생하는 원리를 이용한 자체 발광형 디스플레이 소자이다 이 때 발광층을

구성하고 있는 유기물질이 어떤 것이냐에 따라 빛의 색깔이 달라지며 R G

를 내는 각각의 유기물질을 이용하여 총천연색을 만들어낼 수가 있다B

빛을 방출하는 층은 유기혼합물이며 이러한 장치는 무기물로 이루어진

에 비해 제조비용이 훨씬 저렴하다 발광층이 일 경우 는LED polymer OLED

단순히 스크린 위에 프린트 하는 방법으로 색을 구현할 수 있다 가 점 LED

으로 이루어진 빛의 소스인 반면 는 박막으로 이루어진 라고 볼 OLED LED

수 있으며 선 또는 면으로 이루어진 빛의 소스로도 사용될 수 있다 명칭에

대한 표준화가 이루어지기 전에는 유기 EL(Organic Electro-Luminescence

로도 불리었으나 지금은 로 통일이 되어 불리운다OEL) OLED

유기 을 어디에 사용하는가 우리가 일상생활에서 사용하고 있는EL TV

휴대폰의 디스플레이 가전제품의 표시기판 등에 사용할 수 있다PC (panel)

그 대부분이 액정이지만 유기 은 액정에 비해 훨씬 색이 예쁘고 액정과 EL

비교 할 수 없을 정도로 얇으며 시야각의 제한이 없고 값이 싸다 유기 을 EL

사용하면 종이보다 얇은 디스플레이 즉 전자페이퍼를 만들 수 있다 이것은

필름과 같은 것으로 둘둘 말아서 가지고 다닐 수도 있고 보고 싶을 때 아무

데서나 펄쳐서 볼 수 있다 유기 은 조명으로도 사용할 수도 있다 지금까 EL

지 백열등을 점광원에서 형광등을 선광원이라 했다며 유기 의 조명은 EL

면광원이다 즉 면자체가 발광한다는 것이다 이 때문에 천장에 붙이면 그림

자가 적은 조명을 만들 수 있고 밝기도 대단히 밝다

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이렇듯 디스플레이 기술은 국가의 전략적인 기술이며 이 기술의 최첨단에

유기 이 있다EL

의 역사의 역사의 역사의 역사12 OLED12 OLED12 OLED12 OLED

유기 에서 은 주로 형광체에 전계를 인가하거나 혹은 전류를 흘러EL EL

주었을 때 발광 재료의 자체 발광 현상이며 유기 은 두 전극 양극과 음극EL ( )

사이에 두께가 나노미터 정도의 유기 박막층이 삽입되어 있는 구조100-200

를 말한다

최초 은 년대에 무기 에서 발견되었으며 그 후 년 초에 유기EL 1920 EL 1953

의 발광이 관측되었고 년 등에 의해 고체상태의 유기재료인EL 1963 Pope

단결정으로부터 처음 발견되었으며 이러한 연구로부터 유기물에anthracene

서의 전하주입 재결합 여기자생성 발광 등의 기초적인 메커니즘에 관해 이

해할 수 있었으나 소자의 효율이나 수명은 매우 낮았다 그 후 년 1987

사의 와 이 발광층과 전하수송층으로 각각 와Kodak Van Slyke Tang Alq3

라는 이중층 저분자 유기물 박막을 형성하여 효율과 안정성이 개선된TPD

녹색발광현상을 발견한 이후로 저분자를 이용한 유기 디스플레이를 개발EL

하려는 노력이 본격적으로 시작되었으며 또한 년에 영국 대 1990 Cambridge

학에서 라는 공액성 고분자 박막으로부터 특성을 관PPV - (conjugated) ELπ

찰하여 고분자를 이용한 유기 디스플레이를 개발하려는 연구가 동시에EL

진행되고 있으며 년 미국의 대학에서는 및 1998 Princeton Pt(OEP) Ir(ppy)3

등의 재결합에 의해 형성된 여기자를 활용할 수 있는 인광 유기 이100 EL

개발되어 연구개발이 활발히 진행 되었다 이처럼 유기 디스플레이는 EL 10

여년의 짧은 연구기간에도 불구하고 단기간 내 수준에서 실용화 수준RampD

까지 도달한 연구가 가장 활발한 디스플레이로 자리 잡고 있다 년 일 1996

본의 사는 차량의 오디오용으로 단색 유기 표시장치를 세계 최초Pioneer EL

로 개발하고 년에 이를 상용화하였으며 동사는 년에 카스테레오용1997 1999 4

색 화소의 유기 디스플레이를 양산하기 시작했다 그리고 최근 64 x 256 EL

에는 미국 사에 휴대전화기용 멀티 컬러 유기 패널을 공급하는Motorola EL

등 가장 활발히 사업화를 진행하고 있다

현재 우리나라에서는 유기 을 다음과 같이 다양하게 불리고 있다EL

유기 전기 발광 소자-

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유기- EL (OEL Organic Electroluminescence)

유기- EL (OLE Organic Light-Emitting Diode)

위와 같이 우리나라에서 현재 유기전기발광소자 유기 유기ldquo rdquo ldquo EL(OEL)

등으로 의 명칭이 다양하지만 일본에서는 일반적으로LED(OLED) OLED rdquo

유기 이라고 부르는 것이 일반적이고 유럽이나 미국 등의 특히 폴리머ELldquo

재료를 다루는 사람들 간에는 유기 라고 부르는 경우가 많다rdquo LEDldquo

유기 라고 불리는 이유는 무기재료와의 관련을 생각하면 무기 과 유LED EL

기 와는 그 메커니즘에 있어서 크게 다르다 무기 에서는 반도체 등EL EL

의 바인더 중에 분산된 결정 속의 천이금속이온을 고전압에 의해 가속되어

진 내부의 전자로 충돌 여기 시키는 것에 의해 발광이 발생한다 이것에

반해 유기 에서는 전극으로부터 전자 와 홀 이 주입되고EL (electron) (hole)

이들이 여기상태를 거쳐 다시 재결합하는 것에 의해 발광하기 때문에 오히

려 발광 메커니즘으로서는 에 가깝고 정류작용도 존재한다 이것이 유LED

기 라고 하는 호칭이 생겨난 이유이다 그러나 반도체의 다이오드 정LED

류작용은 접합에 유래하는 것이지만 유기 의 경우는 전극과 유기재p-n EL

료 사이의 포텐셜 장벽에 의해 생기는 것이기 때문에 이들이 같다고는 할

수 없다

처음으로 다층구조의 소자를 연구한 과 의 최초의CWTang Vanslyke(1987)

논문 제목은 이었다 간략화 하면 유ldquoOrganic Electroluminescent Diode rdquo

기 이지만 이 명칭은 그다지 사용되고 있지는 않고 있다 이 논문이ELD

나오기 이전부터 유기결정에 전류를 흘리면 발광이 관측된다는 연구는 행

해져 왔으며 그때에는 이라는 명칭이 사용되어졌었다 EL

현재 국내의 언론매체를 통한 유기 의 소개는 거의 유기 로 사용되LED EL

고 있어 앞으로 예상되어지는 명칭은 유기 디스플레이 가 될 것으로ldquo EL rdquo

생각된다 영문표기는 한글표기에서는 유기 이라고 표현하는 것이 OLED EL

현재 통상 예이다[1]

셀로판에 흡착된 염료로부터 광1950s (ABernanose) (rmiddion)

관찰

박막으로부터 발광 관찰1960s (Pope et al) Anthracene

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유기물 발광을 위한 다양한 접근이 시도됨 낮은 안정성1970s rArr

저효율

저분자 물질 을 증착하여 박막형성1980s (Tang et al) (Alq3)

안정성 및 효율성 향상rArr

고분자 발표1990s (R H Friend et al) LED

출시1997 (Pioneer) Commercial OLED

인광 물질 개발 고효율 구현2000 OLEDrArr

전자가 시간 수명의 능동형 유기발광다이오드2005 LG 8000 (AM

를 개발OLED)

삼성전자 인치 개발2005 40 TV OLED

삼성전자 인치 양산2006 3 OLED

삼성 인치 의 수율을 까지 올림2007 SDI 3 OLED 70 - [2]

의 국내외 연구 개발 동향의 국내외 연구 개발 동향의 국내외 연구 개발 동향의 국내외 연구 개발 동향13 OLED13 OLED13 OLED13 OLED

국외 연구 개발 동향국외 연구 개발 동향국외 연구 개발 동향국외 연구 개발 동향131131131131

전세계적으로 약 여개의 디스플레이 재료 장비 및 반도체업체가 참100

여하고 있으며 가 주도하고 있는 휴대폰 카오디오 캠코더 디 LCD middot PDAmiddot middot middot

지털카메라 게임기 등 휴대형 초소형 정보단말기에 디스플레이가middot OLED

적용되면서 저분자 제품의 양산화는 일본 한국 대만을 중심으로OLED

고분자 제품은 미국과 유럽을 중심으로 개발과 상용화가 진행되고OLED

있음

동북 는 와 공동으로 를 설립하였으며 현재 월 만Pioneer Sharp ELDis 7

장의 생산이 가능한 라인을 보유하고 있음 는 휴대폰용과500times670 ELDis

함께 디지털카메라용 양산계획을 가지고 있으며 제품은OLED Full Color

년 이후부터 시작할 예정임 또한 디스플레이의 개발을 진행2004 Flexible

하고 있으며 시제품을 년도 에 구현한바 있음PM OLED 2004 SI D

는 미국 과 합작으로 설립한 에서Sanyo Eastman Kodak SK Display 2002

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년부터 제품생산에 착수하고 의 자회사인 돗토리 산요전Full Color Sanyo

기의 공장일부를 용으로 교체해 생산규모를 확대하였으며LCD OLED

년 합계 억엔의 매출달성과 이상의 세계 시장점유를 목표로 하2004 700 30

고 있음 또한 는 년 월 백색 와 컬러필터를 사용하는 Sanyo 2002 10 OLED

방식으로 발광 효율 내는 인치의 디스플레이를 선15cdA 147 AM OLED

보였고 및 과 양산 장비 개발을 공동추진중임 Ulvac Kodak

는 년 방식의 풀컬러 를 개발Sony 2001 top emission 1 3 AM OLED Prime

년에는 인치 장을 붙인 인치 를 개발 년 월에는 세2003 1 2 4 24 OLED 2004 9

계 최대 크기의 클리에라는 를 에 탑재함38 AM OLED PDA Prime

는 와 합작으로Toshiba Matsusita Toshiba-Matsushita Display

그림 의 디지털카메라와lt 1gt (a)SK Display AM OLED 22 (b) QVGA 147Prime

그림 의 세계 최대 급 제품lt 2gt Sony 38 PDAPrime

방식(Top Emission 480times320

콘트라스트비 시야각 상하좌우 도1000 1 180 )

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를 설립하여 만컬러 그레이스케일을 지원하Technology(TMD) 285 26 64Prime

는 시제품을 출시하였고 를 휴대폰용으로 년 월OLED 22 OLED 2002 10Prime

부터 양산하고 있으며 고분자를 이용한 방식으로Ink-Jet 17 AM OLEDPrime

를 개발함

은 년 분기부터 이동전화단말기와 디지털카메라시Seiko-Epson 2002 44

장을 목표로 하여 를 양산하고 있으며 고분자를 이용한 프OLED Ink-jet

린팅 기술로 중 최대크기제품인 만컬러의OLED 40 WXGA (1280times768) 26 Prime

를 년 월에 발표하였으며 년까지 상용화 할 계획임AM OLED 2004 5 2007

사는 저분자 를 처음으로 고안하여 및Eastman Kodak OLED PM AM

관련 원천특허기술을 보유하고 있으며 Pioneer TDK Optrex OPTO

등 여 곳이 넘는 방식업체와 등 업Tech Teco 10 PM eMagin Sanyo AM

체 및 국내의 삼성 등과 관련라이센스를 체결하였고 최근에는SDI OLED

에 저분자 에 대한라이센스를 공여Truly Internationl Holdings PM OLED

하였음

또한 사는 금속대신에 투명한 타입과 타입으로 도핑된 유Kodak n - p -

기층들의 조합으로 유기전극을 개발해서 개의 인광 층을 적층한 녹3 OLED

색 소자를 제작 최대발광효율은 에 도달하고 최Tandem OLED 1363cdA

대 휘도는 만 이상인 제품을 발표하였음10 cdcm

미국 대학의 교수와 의Princeton S R Forrest U S C M E

교수팀은인광색소를 이용하여 삼중항상태에서도 효과적으로 빛Thompson

을 내는 녹색과 적색의 고효율 소자를 개발함OLED

와 및 대UDC(Universal Display Corp) Princeton Southern California

학은 양면에서 발광되는 TOLED(Transparent Organic Light Emitting

휘도와 해상도를 높인 그리고 유연Device) SOLED(Stacked pixel OLED)

성이 있는 라 명명한 종류의 을 개발 중임FOLED(Flexible OLED) 3 OLED

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는 차세대 전략사업으로 라는 자사 대표브랜드를Dupont Display Olight

내놓았으며 향후 디스플레이와 플라스틱회로기판에 대한 다양 Full Color

한 디스플레이에 적용될 것이라고 예상함 또한 와 라이센스협약을 통 UDC

해 연구개발비 절감과 개발기간을 대폭 단축시킬 수 있을 것으로 기대함

사는 계열 물질 상표명Dow Chemical polyfluorene RGB ( LumationTM)

을 시판하고 있음 의 공장에 수백만 달러를 투자하는 Michigan Midland 2

단계의 상용화 생산설비 확장계획Lumation LEP (Lightemitting polymer)

을 가지고 있으며 현재 제 단계 확장계획을 마무리 한 상태임1

는 고분자 를 중심으로 원CDT(Cambridge Display Technology) OLED

천기술 제조장비 유기재료 등 전반적인 개발을 추진하고 있으며

과 함께 방식으로 를 기판Seiko-Epson Ink-jet Printing AM OLED Plastic

위에 개발한바 있음 고분자 발광체에 대한 기본 특허를 가지고 있는 동사

는 직접 생산을 하지 않는다는 전략으로 등에 라Dupont Display Philips

이센스를 대여하고 있음

영국 사에서는 높은 발광효율을 내는 저분자 인광 의 장점Opsys OLED

과 고분자 에 사용되는 스핀코팅법의 경제적인 장점을 결합하는 약OLED

의 높은 발광효율을 나타내는 덴드리머 를 개발28cdA (dendrimer) OLED

함

독일 은 고분자 발광물질과 유연성있는 디스플레이개발에 집중Covion

하고 있으며 네덜란드 사는 고분자 를 라는 명칭으 Philips OLED Poly LED

로 부르며 전기면도기에 적용하여 시판하고 있으며 최근 에 잉크 SID 2004

젯 프린팅 방식으로 제작한 를 발표하였음13 Full-color AM OLED TV Prime

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대만의 등의 업체는 소형RiT-Display AU Optronics Opto Tech PM

휴대폰 및 기타 의 상용화에 성공하여 시장선OLED ( Mobile Application)

점에 앞서있는 추세이며 선두업체인 는 게임 용 RiTDisplay Mobile PDA

카오디오용 디스플레이를 개발 중이고 현재 와Full Color Mono Color

제품을 합해 월 만개 규모의 양산라인을 가동하고 있음Multi Color 80

와 의 합작사인 은CMO(Chimei OptoElectronics) IBM Japan IDTech

년 최초로 비정질실리콘 를 사용하여 의 시2003 (a-Si) TFT 20 AM OLEDPrime

제품 개발에 성공하여 대규모 신규 투자없이 기존의 기술을 기a-Si TFT

반으로 저가 중대형 가 성공적으로 도입 되었을 경우 및 모니터OLED TV

용 시장이 활성화 될 것으로 예상됨 대면적 의 기OLED a-Si AM OLED

술적성과는 가 제품구현이 훨씬 어려운 보다도 가 대부OLED TV 14 ~17Prime Prime

분인 모니터 시장을 공략하여 저가형 대면적 가 활성화된다PC AM OLED

면 상대적으로 고가이며 기술적으로 어려운 저온폴리실리콘 기술의(LTPS)

한계를 극복할 수 있을것으로 예상됨

대학의 교수는 년 단위소자를 수직으로Yamagata J Kido 2003 OLED

여러 층을 적층하여 전기적으로 연결한 구조를 개발하여 발광효율tandem

이 적층수에 비례하는 것을 보였으며 형의 multiphoton generation OLED

그림 의lt 3gt Philips Polymer

를 채용한 전기 면도기OLED

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를 이용해서 를 도핑한 녹색 의 효율이 까지 되는 것C545T O LED 48cdA

을 발표했음

재료측면에서 볼 때 화학 등 몇몇 업체는 고분자재료를 개발Sumitomo

중이며 Idemitsu Kosan Toyo Ink Chemi Pro Bando Chemical Kyushu

대학 대학 대학 등이 저분자소재 개발을 진행하고 있 Yamagata Osaka

음

한편 기계장치 및 제조설비의 선진기술을 다양하게 갖추고 있는 일본은

연구단계에서 양산에 이르기까지 의 산업화를 위해 본격적인 장비기OLED

술을 확보해 나가고 있으며 대표적인 장비회사인 등은 자국 Tokki Ulvac

내 뿐만 아니라 한국 대만 북미 유럽에 이르기까지 다양한 판로를 개척

해 놓은 상태임

또한 은 법을 이용한Axitron OVPD(Organic Vapor Phase Deposition)

장비를 개발하고 있으며 와 투습 방지막에 대한 연구를 진행하고 있 Vitex

음 또한 인광재료를 앞세워 전략적으로 및 제조업체와의 AM PM OLED

공동프로그램을 활성화하고 있음

사는 기판상에 저분자 를 집적화시켜 마이크로 디스플eMagin Si OLED

레이를 구현하였으며 사는 최근 세계 최초 MED(Micro Emissive Displays)

로 고분자 를 사용한 마이크로 디스플레이를 공개함 마이크로 디스OLED

플레이는 현재 적용되는 분야와 시장규모의 측면에 있어서 제한이 있지만

상용화될 경우 특수 분야 게임기 및 기타 오락용 적용 분야에 있어서 유

망할 것으로 기대됨

국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향132132132132

국내 기술은 아직 원천기술이 부족하고 성장기반이 미약하며 OLED

관련 인프라도 취약한 실정이나 짧은 기간 동안 빠른 속도로 발전하여 양

산 및 제품화 기술에 있어서는 세계적인 수준에 도달하고 있는 것으로 평

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가받고 있음

국내에서는 전자 삼성 오리온전기 등에서 상용화를 위해 많은LG SDI

연구개발을 진행하고 있으며 표 에 국내 기업들의 유기 소재 개발 [ 11] EL

동향을 나타내었다 저분자 유기 재료에 대해서는 화학 및 전자 EL LG LG

기술원 삼성 네스디스플레이 경상대 홍익대 서울대 등에서 일부 연 SDI

구개발이 이루어지고 있으나 대부분의 원천기술특허는 일본과 미국에서

확보하고 있다 고분자 재료물질은 와 등에서 국내 및 국제 KIST KAIST

표 국내 소재 개발동향lt 1gt

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물질특허를 갖고 있으나 대부분의 원천기술특허를 Dow Covion Unix

등과 같은 외국업체들이 선점하고 있다 국내에서도 유기 관련CDT EL

특허의 적극적인 출원을 통해 상품화에 대비하고 있으나 아직은 해외 경쟁

사에 비해 미미한 수준이며 특히 신소재에 대한 연구개발은 일부 출연연

구소 및 대학에 국한되어 있다

유기 의 제품화에 박차를 가하고 있는 기업으로는 삼성 와 전자EL SDI LG

등의 대기업과 엘리아테크 네스 네오디스플레이 등의 벤LG-Philips LCD

처기업이 있다 삼성 의 경우 이동전화 및 SDI CNS(Car Navigation

용 양산라인을 보유하고 있으며 년 하반기부터는 인치급 컬System) 2001 2

러 유기 을 생산하고 있다 전자의 경우 유기 을 이동전화 단말기EL LG EL

상용 모델에 적용한 사례가 있으며 구미 공장에서 연간 만개 정도를 1200

생산하고 있다 이 외에도 는 유기 연구개발팀을 구성 LG-Philips LCD EL

하여 생산화를 위한 작업을 시작하였으며 네스 네오디스플레이 등에서도

년부터 인치급 이동통신 단말기용 유기 패널을 공급하고 있다2001 15 EL

[3]

표 국내 주요 업체의 개발 현황lt 2gt OLED

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본론본론본론본론2222

의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리21 OLED21 OLED21 OLED21 OLED

적층구조적층구조적층구조적층구조1)1)1)1)

유기 는 기본적으로 그림 과 같이 기판 유리 플라스틱 등 과 상부LED lt 4gt ( )

및 하부전극 양극과 음극 그리고 두 전극 내에 유기 발광층이 삽입되어( )

있는 구조로 되어 있다 유기 의 적층 구조는 크게 단층 과 EL (single-layer)

다층 으로 나눌 수 있는데 그림 의 와 같이 한 개의 유(multi-layer) lt 4gt (A)

기층이 존재한다고 하여 단층 구조라 하며 와 같이 전하의 주입을 더 (B)

욱 활성화시키기 위하여 발광층의 상부 및 하부에 각각 전자 운송층

정공 운송층 등을 적층화(Electron transport layer) (hole transport layer)

한 구조를 다층 구조라고 한다 다층 구조는 캐리어들이 직접 주입되지 않

고 전송층 통과라는 단계 주입 과정을 통해 전압을 낮출 수 있다 또한2

발광층에 주입된 전자와 정공이 발광층을 거쳐 반대편 전극으로 이동시 반

대편 전송층에 막힘으로써 재결합 조절이 가능하며 전자와 정공 재결합에

의해 생성되는 이 전극과 발광층 사이의 경계면에 형성되Singlet excition

어 물질의 발광을 감속하는 현상을 막을 수 있다 이를 통해 발광 효율은

높일 수 있다

(A)

- 13 -

(B)

그림 단층 및 다층 구조의 유기[ 4] (A) (B) LED

발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘2)2)2)2)

먼저 간단하게 그림 을 가지고 발광 메커니즘에 대해 언급하겠다 전lt 5gt

원이 공급되면 전자가 이동하면서 전류가 흐르게 되는데 음극에서는 전자

가 전자 수송층의 도움으로 발광층으로 이동하고 마찬가지로 양극에서(-)

는 홀이 홀 수송층의 도움으로 발광층으로 이동한다 유기 물질인 발광층

에서 만난 전자와 홀은 높은 에너지를 갖는 여기자를 생성하게 되는데 이

때 여기자가 낮은 에너지로 떨어지면서 빛을 발생하게 된다 발광층을 구

성하고 있는 유기 물질이 어떤 것이냐에 따라 빛의 색깔이 달라지게 되며

를 내는 각각의 유기 물질을 이용하여 를 구현할 수 있R G B Full color

다

그림 발광 원리lt 5gt OLED

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그림 와 그림 으로 좀 더 자세하게 살펴보자lt 6gt lt 7gt

양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입된다 주입된 전자와

정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자 가 생성되고 여(exicton)

기자는 확산하며 빛이 생성되며 에너지 준위가 낮은 상태가 된다 그림 lt

생성된 빛은 투명한 전극 및 기판 쪽으로 방출된다 소자의 에너지7-(A)gt

준위를 나타내는 그림 에서 보는 것처럼 양극에서는 정공이 주입되lt 7-(B)gt

기 쉽고 음극에서는 전자가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함

수보다 준위가 크기 때문에HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)

정공의 주입에 대한 장벽이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital)

이 존재한다 따라서 유리 소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 EL

및 저자의 주입 장벽이 작아야 함을 쉽게 추론할 수 있다

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

그림 발광 단계lt 6gt OLED

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p+ n+i

Ev

Ec

EFp

EFn

(A)

(B)그림 발광 메커니즘lt 7gt

발광 효율발광 효율발광 효율발광 효율3)3)3)3)

유기 소자의 외부양자효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로 방출되EL

는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

times times times - - - - (1)

여기서 는 외부양자효율이며 는 내부양자효율 주입된 전하의 수에(

대한 생성된 광자의 수의 비) 는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으로 나

오는 비율이다 내부양자효율 ( 은 재결합효율) ( 주입된 전하의 수에

대한 생성된 여기자의 수의 비 과광자효율) ( 로 표시된다 광자효율은 뒤)

에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비 물질의 양자효율 PL

여기자의 광자생성효율 등에 의해 결정된다(radiative decay efficiency)

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따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된전자와정공이재결합EL

될확률을증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사용하고 소자

내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수 있도록 소

자를 디자인 하는 것이 중요하다

전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동(1)(1)(1)(1)

주입된 전자와 정공이 재결합 될 확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전

자와 정공의수가 균형을 이루어야 한다 또한 이와 동시에 소자의 구동전

압을 낮추기 위해선 저 전압에서 충분한 수의 전하가 주입되어야 한다

따라서 전극과 유기물층의 계면에 존재하는 전하주입에 대한장벽을 조절

하는 것이 중요하다 정공의 주입을 위해서는 약 두께의 100 -200nm ITO

박막이 가장 일반적으로 사용된다 박막은 일함수가 약 ITO 44 -45eV

정도인 반면 유기물층의 준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으 LUMO

로 보다 크기 때문에 와 유기물층 사이에 정공주입에 대한 장45eV ITO

벽이 존재하며 이 장벽을 낮추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고

있다 첫째는 의 일함수를 증가시키는 방법이며 나머지는 와 유 ITO ITO

기물층 사이에 의 일함수보다 크고 유기물층의 준위보다는ITO LUMO

작거나 같은 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법( )

이다 전극의 일함수를 증가시키기 위해서 여러 가지 방법이 시도되 ITO

고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 전극의 표면처리를 통해ITO

전극표면의 일함수를 변화시키는 방법이다 표면처리는 기계적인ITO

방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등이 시도되고 있으

며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감소되며 수소 플 ITO

라즈마 처리방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장 효율적인 일함

수 증가방법은 에 의한 표면식각 및 산소 플라즈마 처리Aquaregia ITO

방법 등이 있다 이러한 표면처리에 의한 일함수 변화는 표면의 산 ITO

화 및 환원과 관계가 있는듯하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규명되지

않았다

전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송ITO (

층 을 삽입하는 방법 또한 정공주입 효율을 증가시키기 위해 많은 연구)

- 17 -

가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 정도의 산 1-5nm

화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의 경우

혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우 혹PANI PEDOT MTDATA

은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되CuPc 50 eV LUMO

고 있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기

때문에 이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수TPD NPD

송층이 유기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다

그림 는 고분자 유기 소자에서 산소표면처리 및 정공lt 8gt PPV EL ITO

주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림에서 는 표면처리와 정공 주입층 B

의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경우 그림 보다 효율 및 최lt 8-Agt

대 휘도가 약 배 이상 증가한다5

전자의 효율적인 주입을 위해서 일함수가 작은Ca Mg MgLi MgAg

등의 금속박막이 주로 음극으로 사용된다 이러한 금속박막과 유기발광층

의 계면에도 전자의 주입장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키

기 위해서 등의 무기 산화막을 금속과 유기물층 사이에 삽입하는 방LiF

법 혹은 유기전자 주입층을 삽입하는 방법 등이 연구 되고 있다 특히

박막의 삽입에 관한 연구가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인LiF

그림 고분자 유기 소자에서lt 8gt PPV EL ITO

표면처리 및 정공 주입층의 효과

- 18 -

역시 어느 정도 규명되고 있다

발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자(2) EL(2) EL(2) EL(2) EL

그림 에 전자와 정공의 재결합 및 발광기구의 에너지 준위도를 나타lt 9gt

내었다 전자와 정공의 재결합에 의해 전자스핀이 배열되는 방법에 따라

약 의 일중항 과 약 의 삼중항 의 여기자가 생성25 (singlet ) 75 (triplet)

된다 일반적인 유기물질의 경우 일중항이 기저상태 로 돌 (ground state)

아올 때 빛이 생성되며 삼중항은 빛이 생성되지 않고 열 등의 형태로 에

너지가 분산된다 일중항의 감쇠시간 은 수 나노 초 이 (decay time) (nano)

하이며 이러한 물질을 유기형광체라 한다 반면 삼중항도 발광에 참여하

는 물질이 있으며 이때의 감쇠시간은 수 마이크로 초에서 수 밀리 (micro)

초 정도이며 이러한 물질을 유기인광물질이라 한다 삼중항이 발광(milli)

에 참여하는 경우 이론적인 내부양자효율은 가 되며 이론 외부양자100

효율은 약 가 된다20

수식 의 외부양자효율은 수식 와 같이 나타낼 수 있다(1) (2)

- - - - (2)

그림 전자와 정공의 재결합 및lt 9gt

발광기구의 에너지준위도

- 19 -

여기서 는 재결합에 의해 생성된 일중항의 비율 는 형광체의 PL

양자효율 은 일중항의 광자생성효율 이(radiative decay efficiency)

며 는 삼중항의 비율 는 인광체의 양자효율PL 는 삼중항의

광자생성효율이다

양자효율이 높은 물질을 발광층에 도핑함에 의해 유기 소자의 효PL EL

율을 증가시키며 색을 변화시킬 수 있다 일반적으로 사용되는 형광도판

트는 등이 있으며 인광도판트coumarin6 rubrene DCJTB DSA armine

는 등이 있다 형광도판트를 사용하는 형광 유기 소Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

자는 문제점으로 지적되어온 소자의 수명 및 적색소자의 효율 등의 급속

히 개선되고 있어 실용화에 근접해있다 인광 유기 소자 역시 개발 EL

기간이 짧음에도 불구하고 급속히 진전되고 있어 현재 외부양자효율이

내부양자효율 약 의 녹색 인광 유기 소자가 발표되고 있21( 100) EL

다 인광 유기 소자 구조는 기존의 형광 유기 소자와는 달리 발광 EL EL

층으로 밴드갭이 큰 청색 물질을 일반적으로 사용PL(photoluminescence)

하며 이러한 물질들은 준위가 크기 때문에 정공 이동 제어층을HOMO

발광층과 전자 수송층 사이에 삽입하여 정공을 발광층에 포집시킨다 또

한 발광층의 전자이동성이 나쁘기 때문에 구동전압이 형광소자에 비해

약간 크다

인광 유기 소자는 감쇠시간이 길기 때문에 소자를 통해 흐르는 전류EL

가 증가하면 삼중항 삼중항소멸 기구에 - (Triplet -Triplet Annihilation)

의해 양자효율이 감소하는 현상이 있으며 이를 개선하기 위해 감쇠시간

이 작은 물질이 개발되고 있다 특히 적색발광체인 는 감쇠시간 Pt(OEP)

이 약 정도로 아주 크기 때문에 감쇠시간이 약 정도인100 sec 1 secμ μ

를 중심으로 연구개발이 진행되고 있으며 최근에는 효율이 높Ir-complex

은 청색 인광 유기 물질이 개발되고 있어 총천연색 인광 유기 디EL EL

스플레이 개발이 촉진되고 있다 또한 인광 유기 소자는 형광 유기 EL

소자에 비해 수명이 짧은 것으로 알려져 있으며 소자수명은 인광물EL

질 자체 및 도핑매트릭스 발광층 등 물질 및 소자구조에 의해 크게 좌우( )

된다

- 20 -

콘트라스트콘트라스트콘트라스트콘트라스트(3)(3)(3)(3)

유기 소자는 음극으로 일함수가 작은 금속박막을 주로 사용하며 금EL

속박막은 반사율이 크기 때문에 결과적으로 금속박막을 사용하는 유기

소자는 콘트라스트가 좋지 않아 명암비를 향상시키기 위해 주로 편EL

광판을 많이 사용한다 그림 하지만 편광판은 그림 에서 보lt 10(a)gt lt 10(b)gt

는 것처럼 발생된 빛을 약 정도 흡수하기 때문에 소자효율이 감소한50

다 따라서 편광판을사용하지 않고 콘트라스트를 향상시키기 위해 많은

연구가 진행되고 있다 현재까지 알려진 방법은 양극과 정공 수송층 사이

에 을 삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 을carbon black carbon

삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 굴절율을 조절할 수 있는 산

화물을 삽입하는 방법 등이 있다

(a)

- 21 -

(b)그림 유기 소자의 반사 및 편광판 사용시 효율 변화lt 10gt EL

유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절(4) EL(4) EL(4) EL(4) EL

유기 발광 소자는 무기 발광 소자에 비해 발광하는 빛이 자연스러우며

인간에게 친숙하다 유기 소자의 발광색을 조절하기 위해서 다양한 EL

발광층 재료 및 도핑 재료 등이 연구되고 있다 대부분의 형광 및 인광

소자는 전이로 인하여 발광하는 빛의 스펙트럼이 넓어 색순도를 높- π π

일 필요가 있다

형광 유기 소자의 발광 스펙트럼의 은 약 정도이EL FWHM 80-100nm

며 혹은 등의 인광 유기 소자의 발광 스펙트럼 Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

은 약 정도이다 혹은 등의 란탄족 금속 착화합FWHM 30-70nm Eu Tb

물을 이용한 인 광유기 소자는 발광 스펙트럼 이 이하EL FWHM 10nm

로 색순도가 우수하나 소자효율 소자수명 등이 개선되어야 한다 한편

빛의 간섭효과를 이용하여 형광 및 인광 소자의 색순도를 향상시키기 위

한 연구 역 시진행되고 있다 빛의 간섭효과를 이용하면 그림 에서 lt 11gt

보는 것처럼 발광색의 색순도를 어느 정도 향상 시킬 수 있다

- 22 -

유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동(5) EL(5) EL(5) EL(5) EL

유기 소자를 디스플레이에 응용하기 위하여 또한 소자의 전하주입EL

및 재결합특성을 연구하기위해 펄스구동특성에 관한 연구가 진행되고 있

다 소자에 펄스를 가하면 빛의 세기는 시간에 따라 지수 함수적으로 증

가하며 소자에 전압을 제거하면 빛은 시간에 따라 지수 함수적으로 감소

한다 시간에 따른 빛의 세기 증가곡선과 세기감소 곡선은 일반적으로 대

칭이 아니다 빛의 세기 증가곡선은 소자의 전하주입특성 구동전압 소자

의 용량 등에 의해 변화하며 일반적으로 전하주입이 용이할(capacitance)

수록 빛의 세기는 시간에 따라 급속히 증가한다 빛의 세기 감소곡선은

감쇠시간 소자의 용량 발광층 재료 등에 의해 좌우되는 것으로 알려PL

져 있다 이러한 현상으로 인해 펄스 구동시 소자의 휘도 Transient EL

는 구동 주파수에 따라 변한다 그림 는 소자의 구동 주파수 특성을 lt 12gt

나타낸 것으로 약 까지는 휘도가 변화하지 않으며 그 이상에서1 KHz

소자가 동작할 경우 휘도는 감소한다[4]

그림 유기 소자 각층에서 빛의lt 11gt EL

간섭현상을 이용한 발광스펙트럼 조절

- 23 -

의 분류의 분류의 분류의 분류22 OLED22 OLED22 OLED22 OLED

221221221221 재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류 는 발광층을 이루는 재료에 따라 단분자OLED

와 고분자 로 구동 방식에 따라 수동형OLED OLED (PM Passive Matrix

과 능동형 으로 구분된다Type) (AMActive Matrix Type)

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림그림그림그림lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt 구조와 구조구조와 구조구조와 구조구조와 구조(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix

에 사용되는 핵심 소재는 물질 구조적 측면에서 크게 두 가지 즉OELD

색소 분자라 불리는 저분자 유기 소재와 공역의 도전성 고분- (conjugated)π

(a) (b)

그림 유기 소자의 현상과 펄스 구동시 휘도 변화lt 12gt (a) EL Transient EL (b)

- 24 -

자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

- 25 -

구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

- 26 -

2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

- 27 -

을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

- 28 -

정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

- 29 -

낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

- 30 -

접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

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해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

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공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

- 33 -

그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

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로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

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전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

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은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

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등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

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과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

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공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

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그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

4 F Furakawa Y Terasaka H Ueda and M Matuura 29-a-NK-3

5 A Berntsen Y Croonen R Cuijpers B Habets C Liedenbaum H Schoo

RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

Optical Engineering) Vol 3148314831483148

6 C W Tang S A Vanslyke and C H Chen J Appl Phys 1989198919891989 65 3610

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of Applied Physics

8 OPTICS LETTERS Vol 22 No 6 March 15 1997

9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 2 -

이렇듯 디스플레이 기술은 국가의 전략적인 기술이며 이 기술의 최첨단에

유기 이 있다EL

의 역사의 역사의 역사의 역사12 OLED12 OLED12 OLED12 OLED

유기 에서 은 주로 형광체에 전계를 인가하거나 혹은 전류를 흘러EL EL

주었을 때 발광 재료의 자체 발광 현상이며 유기 은 두 전극 양극과 음극EL ( )

사이에 두께가 나노미터 정도의 유기 박막층이 삽입되어 있는 구조100-200

를 말한다

최초 은 년대에 무기 에서 발견되었으며 그 후 년 초에 유기EL 1920 EL 1953

의 발광이 관측되었고 년 등에 의해 고체상태의 유기재료인EL 1963 Pope

단결정으로부터 처음 발견되었으며 이러한 연구로부터 유기물에anthracene

서의 전하주입 재결합 여기자생성 발광 등의 기초적인 메커니즘에 관해 이

해할 수 있었으나 소자의 효율이나 수명은 매우 낮았다 그 후 년 1987

사의 와 이 발광층과 전하수송층으로 각각 와Kodak Van Slyke Tang Alq3

라는 이중층 저분자 유기물 박막을 형성하여 효율과 안정성이 개선된TPD

녹색발광현상을 발견한 이후로 저분자를 이용한 유기 디스플레이를 개발EL

하려는 노력이 본격적으로 시작되었으며 또한 년에 영국 대 1990 Cambridge

학에서 라는 공액성 고분자 박막으로부터 특성을 관PPV - (conjugated) ELπ

찰하여 고분자를 이용한 유기 디스플레이를 개발하려는 연구가 동시에EL

진행되고 있으며 년 미국의 대학에서는 및 1998 Princeton Pt(OEP) Ir(ppy)3

등의 재결합에 의해 형성된 여기자를 활용할 수 있는 인광 유기 이100 EL

개발되어 연구개발이 활발히 진행 되었다 이처럼 유기 디스플레이는 EL 10

여년의 짧은 연구기간에도 불구하고 단기간 내 수준에서 실용화 수준RampD

까지 도달한 연구가 가장 활발한 디스플레이로 자리 잡고 있다 년 일 1996

본의 사는 차량의 오디오용으로 단색 유기 표시장치를 세계 최초Pioneer EL

로 개발하고 년에 이를 상용화하였으며 동사는 년에 카스테레오용1997 1999 4

색 화소의 유기 디스플레이를 양산하기 시작했다 그리고 최근 64 x 256 EL

에는 미국 사에 휴대전화기용 멀티 컬러 유기 패널을 공급하는Motorola EL

등 가장 활발히 사업화를 진행하고 있다

현재 우리나라에서는 유기 을 다음과 같이 다양하게 불리고 있다EL

유기 전기 발광 소자-

- 3 -

유기- EL (OEL Organic Electroluminescence)

유기- EL (OLE Organic Light-Emitting Diode)

위와 같이 우리나라에서 현재 유기전기발광소자 유기 유기ldquo rdquo ldquo EL(OEL)

등으로 의 명칭이 다양하지만 일본에서는 일반적으로LED(OLED) OLED rdquo

유기 이라고 부르는 것이 일반적이고 유럽이나 미국 등의 특히 폴리머ELldquo

재료를 다루는 사람들 간에는 유기 라고 부르는 경우가 많다rdquo LEDldquo

유기 라고 불리는 이유는 무기재료와의 관련을 생각하면 무기 과 유LED EL

기 와는 그 메커니즘에 있어서 크게 다르다 무기 에서는 반도체 등EL EL

의 바인더 중에 분산된 결정 속의 천이금속이온을 고전압에 의해 가속되어

진 내부의 전자로 충돌 여기 시키는 것에 의해 발광이 발생한다 이것에

반해 유기 에서는 전극으로부터 전자 와 홀 이 주입되고EL (electron) (hole)

이들이 여기상태를 거쳐 다시 재결합하는 것에 의해 발광하기 때문에 오히

려 발광 메커니즘으로서는 에 가깝고 정류작용도 존재한다 이것이 유LED

기 라고 하는 호칭이 생겨난 이유이다 그러나 반도체의 다이오드 정LED

류작용은 접합에 유래하는 것이지만 유기 의 경우는 전극과 유기재p-n EL

료 사이의 포텐셜 장벽에 의해 생기는 것이기 때문에 이들이 같다고는 할

수 없다

처음으로 다층구조의 소자를 연구한 과 의 최초의CWTang Vanslyke(1987)

논문 제목은 이었다 간략화 하면 유ldquoOrganic Electroluminescent Diode rdquo

기 이지만 이 명칭은 그다지 사용되고 있지는 않고 있다 이 논문이ELD

나오기 이전부터 유기결정에 전류를 흘리면 발광이 관측된다는 연구는 행

해져 왔으며 그때에는 이라는 명칭이 사용되어졌었다 EL

현재 국내의 언론매체를 통한 유기 의 소개는 거의 유기 로 사용되LED EL

고 있어 앞으로 예상되어지는 명칭은 유기 디스플레이 가 될 것으로ldquo EL rdquo

생각된다 영문표기는 한글표기에서는 유기 이라고 표현하는 것이 OLED EL

현재 통상 예이다[1]

셀로판에 흡착된 염료로부터 광1950s (ABernanose) (rmiddion)

관찰

박막으로부터 발광 관찰1960s (Pope et al) Anthracene

- 4 -

유기물 발광을 위한 다양한 접근이 시도됨 낮은 안정성1970s rArr

저효율

저분자 물질 을 증착하여 박막형성1980s (Tang et al) (Alq3)

안정성 및 효율성 향상rArr

고분자 발표1990s (R H Friend et al) LED

출시1997 (Pioneer) Commercial OLED

인광 물질 개발 고효율 구현2000 OLEDrArr

전자가 시간 수명의 능동형 유기발광다이오드2005 LG 8000 (AM

를 개발OLED)

삼성전자 인치 개발2005 40 TV OLED

삼성전자 인치 양산2006 3 OLED

삼성 인치 의 수율을 까지 올림2007 SDI 3 OLED 70 - [2]

의 국내외 연구 개발 동향의 국내외 연구 개발 동향의 국내외 연구 개발 동향의 국내외 연구 개발 동향13 OLED13 OLED13 OLED13 OLED

국외 연구 개발 동향국외 연구 개발 동향국외 연구 개발 동향국외 연구 개발 동향131131131131

전세계적으로 약 여개의 디스플레이 재료 장비 및 반도체업체가 참100

여하고 있으며 가 주도하고 있는 휴대폰 카오디오 캠코더 디 LCD middot PDAmiddot middot middot

지털카메라 게임기 등 휴대형 초소형 정보단말기에 디스플레이가middot OLED

적용되면서 저분자 제품의 양산화는 일본 한국 대만을 중심으로OLED

고분자 제품은 미국과 유럽을 중심으로 개발과 상용화가 진행되고OLED

있음

동북 는 와 공동으로 를 설립하였으며 현재 월 만Pioneer Sharp ELDis 7

장의 생산이 가능한 라인을 보유하고 있음 는 휴대폰용과500times670 ELDis

함께 디지털카메라용 양산계획을 가지고 있으며 제품은OLED Full Color

년 이후부터 시작할 예정임 또한 디스플레이의 개발을 진행2004 Flexible

하고 있으며 시제품을 년도 에 구현한바 있음PM OLED 2004 SI D

는 미국 과 합작으로 설립한 에서Sanyo Eastman Kodak SK Display 2002

- 5 -

년부터 제품생산에 착수하고 의 자회사인 돗토리 산요전Full Color Sanyo

기의 공장일부를 용으로 교체해 생산규모를 확대하였으며LCD OLED

년 합계 억엔의 매출달성과 이상의 세계 시장점유를 목표로 하2004 700 30

고 있음 또한 는 년 월 백색 와 컬러필터를 사용하는 Sanyo 2002 10 OLED

방식으로 발광 효율 내는 인치의 디스플레이를 선15cdA 147 AM OLED

보였고 및 과 양산 장비 개발을 공동추진중임 Ulvac Kodak

는 년 방식의 풀컬러 를 개발Sony 2001 top emission 1 3 AM OLED Prime

년에는 인치 장을 붙인 인치 를 개발 년 월에는 세2003 1 2 4 24 OLED 2004 9

계 최대 크기의 클리에라는 를 에 탑재함38 AM OLED PDA Prime

는 와 합작으로Toshiba Matsusita Toshiba-Matsushita Display

그림 의 디지털카메라와lt 1gt (a)SK Display AM OLED 22 (b) QVGA 147Prime

그림 의 세계 최대 급 제품lt 2gt Sony 38 PDAPrime

방식(Top Emission 480times320

콘트라스트비 시야각 상하좌우 도1000 1 180 )

- 6 -

를 설립하여 만컬러 그레이스케일을 지원하Technology(TMD) 285 26 64Prime

는 시제품을 출시하였고 를 휴대폰용으로 년 월OLED 22 OLED 2002 10Prime

부터 양산하고 있으며 고분자를 이용한 방식으로Ink-Jet 17 AM OLEDPrime

를 개발함

은 년 분기부터 이동전화단말기와 디지털카메라시Seiko-Epson 2002 44

장을 목표로 하여 를 양산하고 있으며 고분자를 이용한 프OLED Ink-jet

린팅 기술로 중 최대크기제품인 만컬러의OLED 40 WXGA (1280times768) 26 Prime

를 년 월에 발표하였으며 년까지 상용화 할 계획임AM OLED 2004 5 2007

사는 저분자 를 처음으로 고안하여 및Eastman Kodak OLED PM AM

관련 원천특허기술을 보유하고 있으며 Pioneer TDK Optrex OPTO

등 여 곳이 넘는 방식업체와 등 업Tech Teco 10 PM eMagin Sanyo AM

체 및 국내의 삼성 등과 관련라이센스를 체결하였고 최근에는SDI OLED

에 저분자 에 대한라이센스를 공여Truly Internationl Holdings PM OLED

하였음

또한 사는 금속대신에 투명한 타입과 타입으로 도핑된 유Kodak n - p -

기층들의 조합으로 유기전극을 개발해서 개의 인광 층을 적층한 녹3 OLED

색 소자를 제작 최대발광효율은 에 도달하고 최Tandem OLED 1363cdA

대 휘도는 만 이상인 제품을 발표하였음10 cdcm

미국 대학의 교수와 의Princeton S R Forrest U S C M E

교수팀은인광색소를 이용하여 삼중항상태에서도 효과적으로 빛Thompson

을 내는 녹색과 적색의 고효율 소자를 개발함OLED

와 및 대UDC(Universal Display Corp) Princeton Southern California

학은 양면에서 발광되는 TOLED(Transparent Organic Light Emitting

휘도와 해상도를 높인 그리고 유연Device) SOLED(Stacked pixel OLED)

성이 있는 라 명명한 종류의 을 개발 중임FOLED(Flexible OLED) 3 OLED

- 7 -

는 차세대 전략사업으로 라는 자사 대표브랜드를Dupont Display Olight

내놓았으며 향후 디스플레이와 플라스틱회로기판에 대한 다양 Full Color

한 디스플레이에 적용될 것이라고 예상함 또한 와 라이센스협약을 통 UDC

해 연구개발비 절감과 개발기간을 대폭 단축시킬 수 있을 것으로 기대함

사는 계열 물질 상표명Dow Chemical polyfluorene RGB ( LumationTM)

을 시판하고 있음 의 공장에 수백만 달러를 투자하는 Michigan Midland 2

단계의 상용화 생산설비 확장계획Lumation LEP (Lightemitting polymer)

을 가지고 있으며 현재 제 단계 확장계획을 마무리 한 상태임1

는 고분자 를 중심으로 원CDT(Cambridge Display Technology) OLED

천기술 제조장비 유기재료 등 전반적인 개발을 추진하고 있으며

과 함께 방식으로 를 기판Seiko-Epson Ink-jet Printing AM OLED Plastic

위에 개발한바 있음 고분자 발광체에 대한 기본 특허를 가지고 있는 동사

는 직접 생산을 하지 않는다는 전략으로 등에 라Dupont Display Philips

이센스를 대여하고 있음

영국 사에서는 높은 발광효율을 내는 저분자 인광 의 장점Opsys OLED

과 고분자 에 사용되는 스핀코팅법의 경제적인 장점을 결합하는 약OLED

의 높은 발광효율을 나타내는 덴드리머 를 개발28cdA (dendrimer) OLED

함

독일 은 고분자 발광물질과 유연성있는 디스플레이개발에 집중Covion

하고 있으며 네덜란드 사는 고분자 를 라는 명칭으 Philips OLED Poly LED

로 부르며 전기면도기에 적용하여 시판하고 있으며 최근 에 잉크 SID 2004

젯 프린팅 방식으로 제작한 를 발표하였음13 Full-color AM OLED TV Prime

- 8 -

대만의 등의 업체는 소형RiT-Display AU Optronics Opto Tech PM

휴대폰 및 기타 의 상용화에 성공하여 시장선OLED ( Mobile Application)

점에 앞서있는 추세이며 선두업체인 는 게임 용 RiTDisplay Mobile PDA

카오디오용 디스플레이를 개발 중이고 현재 와Full Color Mono Color

제품을 합해 월 만개 규모의 양산라인을 가동하고 있음Multi Color 80

와 의 합작사인 은CMO(Chimei OptoElectronics) IBM Japan IDTech

년 최초로 비정질실리콘 를 사용하여 의 시2003 (a-Si) TFT 20 AM OLEDPrime

제품 개발에 성공하여 대규모 신규 투자없이 기존의 기술을 기a-Si TFT

반으로 저가 중대형 가 성공적으로 도입 되었을 경우 및 모니터OLED TV

용 시장이 활성화 될 것으로 예상됨 대면적 의 기OLED a-Si AM OLED

술적성과는 가 제품구현이 훨씬 어려운 보다도 가 대부OLED TV 14 ~17Prime Prime

분인 모니터 시장을 공략하여 저가형 대면적 가 활성화된다PC AM OLED

면 상대적으로 고가이며 기술적으로 어려운 저온폴리실리콘 기술의(LTPS)

한계를 극복할 수 있을것으로 예상됨

대학의 교수는 년 단위소자를 수직으로Yamagata J Kido 2003 OLED

여러 층을 적층하여 전기적으로 연결한 구조를 개발하여 발광효율tandem

이 적층수에 비례하는 것을 보였으며 형의 multiphoton generation OLED

그림 의lt 3gt Philips Polymer

를 채용한 전기 면도기OLED

- 9 -

를 이용해서 를 도핑한 녹색 의 효율이 까지 되는 것C545T O LED 48cdA

을 발표했음

재료측면에서 볼 때 화학 등 몇몇 업체는 고분자재료를 개발Sumitomo

중이며 Idemitsu Kosan Toyo Ink Chemi Pro Bando Chemical Kyushu

대학 대학 대학 등이 저분자소재 개발을 진행하고 있 Yamagata Osaka

음

한편 기계장치 및 제조설비의 선진기술을 다양하게 갖추고 있는 일본은

연구단계에서 양산에 이르기까지 의 산업화를 위해 본격적인 장비기OLED

술을 확보해 나가고 있으며 대표적인 장비회사인 등은 자국 Tokki Ulvac

내 뿐만 아니라 한국 대만 북미 유럽에 이르기까지 다양한 판로를 개척

해 놓은 상태임

또한 은 법을 이용한Axitron OVPD(Organic Vapor Phase Deposition)

장비를 개발하고 있으며 와 투습 방지막에 대한 연구를 진행하고 있 Vitex

음 또한 인광재료를 앞세워 전략적으로 및 제조업체와의 AM PM OLED

공동프로그램을 활성화하고 있음

사는 기판상에 저분자 를 집적화시켜 마이크로 디스플eMagin Si OLED

레이를 구현하였으며 사는 최근 세계 최초 MED(Micro Emissive Displays)

로 고분자 를 사용한 마이크로 디스플레이를 공개함 마이크로 디스OLED

플레이는 현재 적용되는 분야와 시장규모의 측면에 있어서 제한이 있지만

상용화될 경우 특수 분야 게임기 및 기타 오락용 적용 분야에 있어서 유

망할 것으로 기대됨

국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향132132132132

국내 기술은 아직 원천기술이 부족하고 성장기반이 미약하며 OLED

관련 인프라도 취약한 실정이나 짧은 기간 동안 빠른 속도로 발전하여 양

산 및 제품화 기술에 있어서는 세계적인 수준에 도달하고 있는 것으로 평

- 10 -

가받고 있음

국내에서는 전자 삼성 오리온전기 등에서 상용화를 위해 많은LG SDI

연구개발을 진행하고 있으며 표 에 국내 기업들의 유기 소재 개발 [ 11] EL

동향을 나타내었다 저분자 유기 재료에 대해서는 화학 및 전자 EL LG LG

기술원 삼성 네스디스플레이 경상대 홍익대 서울대 등에서 일부 연 SDI

구개발이 이루어지고 있으나 대부분의 원천기술특허는 일본과 미국에서

확보하고 있다 고분자 재료물질은 와 등에서 국내 및 국제 KIST KAIST

표 국내 소재 개발동향lt 1gt

- 11 -

물질특허를 갖고 있으나 대부분의 원천기술특허를 Dow Covion Unix

등과 같은 외국업체들이 선점하고 있다 국내에서도 유기 관련CDT EL

특허의 적극적인 출원을 통해 상품화에 대비하고 있으나 아직은 해외 경쟁

사에 비해 미미한 수준이며 특히 신소재에 대한 연구개발은 일부 출연연

구소 및 대학에 국한되어 있다

유기 의 제품화에 박차를 가하고 있는 기업으로는 삼성 와 전자EL SDI LG

등의 대기업과 엘리아테크 네스 네오디스플레이 등의 벤LG-Philips LCD

처기업이 있다 삼성 의 경우 이동전화 및 SDI CNS(Car Navigation

용 양산라인을 보유하고 있으며 년 하반기부터는 인치급 컬System) 2001 2

러 유기 을 생산하고 있다 전자의 경우 유기 을 이동전화 단말기EL LG EL

상용 모델에 적용한 사례가 있으며 구미 공장에서 연간 만개 정도를 1200

생산하고 있다 이 외에도 는 유기 연구개발팀을 구성 LG-Philips LCD EL

하여 생산화를 위한 작업을 시작하였으며 네스 네오디스플레이 등에서도

년부터 인치급 이동통신 단말기용 유기 패널을 공급하고 있다2001 15 EL

[3]

표 국내 주요 업체의 개발 현황lt 2gt OLED

- 12 -

본론본론본론본론2222

의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리21 OLED21 OLED21 OLED21 OLED

적층구조적층구조적층구조적층구조1)1)1)1)

유기 는 기본적으로 그림 과 같이 기판 유리 플라스틱 등 과 상부LED lt 4gt ( )

및 하부전극 양극과 음극 그리고 두 전극 내에 유기 발광층이 삽입되어( )

있는 구조로 되어 있다 유기 의 적층 구조는 크게 단층 과 EL (single-layer)

다층 으로 나눌 수 있는데 그림 의 와 같이 한 개의 유(multi-layer) lt 4gt (A)

기층이 존재한다고 하여 단층 구조라 하며 와 같이 전하의 주입을 더 (B)

욱 활성화시키기 위하여 발광층의 상부 및 하부에 각각 전자 운송층

정공 운송층 등을 적층화(Electron transport layer) (hole transport layer)

한 구조를 다층 구조라고 한다 다층 구조는 캐리어들이 직접 주입되지 않

고 전송층 통과라는 단계 주입 과정을 통해 전압을 낮출 수 있다 또한2

발광층에 주입된 전자와 정공이 발광층을 거쳐 반대편 전극으로 이동시 반

대편 전송층에 막힘으로써 재결합 조절이 가능하며 전자와 정공 재결합에

의해 생성되는 이 전극과 발광층 사이의 경계면에 형성되Singlet excition

어 물질의 발광을 감속하는 현상을 막을 수 있다 이를 통해 발광 효율은

높일 수 있다

(A)

- 13 -

(B)

그림 단층 및 다층 구조의 유기[ 4] (A) (B) LED

발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘2)2)2)2)

먼저 간단하게 그림 을 가지고 발광 메커니즘에 대해 언급하겠다 전lt 5gt

원이 공급되면 전자가 이동하면서 전류가 흐르게 되는데 음극에서는 전자

가 전자 수송층의 도움으로 발광층으로 이동하고 마찬가지로 양극에서(-)

는 홀이 홀 수송층의 도움으로 발광층으로 이동한다 유기 물질인 발광층

에서 만난 전자와 홀은 높은 에너지를 갖는 여기자를 생성하게 되는데 이

때 여기자가 낮은 에너지로 떨어지면서 빛을 발생하게 된다 발광층을 구

성하고 있는 유기 물질이 어떤 것이냐에 따라 빛의 색깔이 달라지게 되며

를 내는 각각의 유기 물질을 이용하여 를 구현할 수 있R G B Full color

다

그림 발광 원리lt 5gt OLED

- 14 -

그림 와 그림 으로 좀 더 자세하게 살펴보자lt 6gt lt 7gt

양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입된다 주입된 전자와

정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자 가 생성되고 여(exicton)

기자는 확산하며 빛이 생성되며 에너지 준위가 낮은 상태가 된다 그림 lt

생성된 빛은 투명한 전극 및 기판 쪽으로 방출된다 소자의 에너지7-(A)gt

준위를 나타내는 그림 에서 보는 것처럼 양극에서는 정공이 주입되lt 7-(B)gt

기 쉽고 음극에서는 전자가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함

수보다 준위가 크기 때문에HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)

정공의 주입에 대한 장벽이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital)

이 존재한다 따라서 유리 소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 EL

및 저자의 주입 장벽이 작아야 함을 쉽게 추론할 수 있다

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

그림 발광 단계lt 6gt OLED

- 15 -

p+ n+i

Ev

Ec

EFp

EFn

(A)

(B)그림 발광 메커니즘lt 7gt

발광 효율발광 효율발광 효율발광 효율3)3)3)3)

유기 소자의 외부양자효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로 방출되EL

는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

times times times - - - - (1)

여기서 는 외부양자효율이며 는 내부양자효율 주입된 전하의 수에(

대한 생성된 광자의 수의 비) 는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으로 나

오는 비율이다 내부양자효율 ( 은 재결합효율) ( 주입된 전하의 수에

대한 생성된 여기자의 수의 비 과광자효율) ( 로 표시된다 광자효율은 뒤)

에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비 물질의 양자효율 PL

여기자의 광자생성효율 등에 의해 결정된다(radiative decay efficiency)

- 16 -

따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된전자와정공이재결합EL

될확률을증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사용하고 소자

내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수 있도록 소

자를 디자인 하는 것이 중요하다

전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동(1)(1)(1)(1)

주입된 전자와 정공이 재결합 될 확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전

자와 정공의수가 균형을 이루어야 한다 또한 이와 동시에 소자의 구동전

압을 낮추기 위해선 저 전압에서 충분한 수의 전하가 주입되어야 한다

따라서 전극과 유기물층의 계면에 존재하는 전하주입에 대한장벽을 조절

하는 것이 중요하다 정공의 주입을 위해서는 약 두께의 100 -200nm ITO

박막이 가장 일반적으로 사용된다 박막은 일함수가 약 ITO 44 -45eV

정도인 반면 유기물층의 준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으 LUMO

로 보다 크기 때문에 와 유기물층 사이에 정공주입에 대한 장45eV ITO

벽이 존재하며 이 장벽을 낮추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고

있다 첫째는 의 일함수를 증가시키는 방법이며 나머지는 와 유 ITO ITO

기물층 사이에 의 일함수보다 크고 유기물층의 준위보다는ITO LUMO

작거나 같은 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법( )

이다 전극의 일함수를 증가시키기 위해서 여러 가지 방법이 시도되 ITO

고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 전극의 표면처리를 통해ITO

전극표면의 일함수를 변화시키는 방법이다 표면처리는 기계적인ITO

방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등이 시도되고 있으

며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감소되며 수소 플 ITO

라즈마 처리방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장 효율적인 일함

수 증가방법은 에 의한 표면식각 및 산소 플라즈마 처리Aquaregia ITO

방법 등이 있다 이러한 표면처리에 의한 일함수 변화는 표면의 산 ITO

화 및 환원과 관계가 있는듯하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규명되지

않았다

전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송ITO (

층 을 삽입하는 방법 또한 정공주입 효율을 증가시키기 위해 많은 연구)

- 17 -

가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 정도의 산 1-5nm

화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의 경우

혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우 혹PANI PEDOT MTDATA

은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되CuPc 50 eV LUMO

고 있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기

때문에 이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수TPD NPD

송층이 유기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다

그림 는 고분자 유기 소자에서 산소표면처리 및 정공lt 8gt PPV EL ITO

주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림에서 는 표면처리와 정공 주입층 B

의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경우 그림 보다 효율 및 최lt 8-Agt

대 휘도가 약 배 이상 증가한다5

전자의 효율적인 주입을 위해서 일함수가 작은Ca Mg MgLi MgAg

등의 금속박막이 주로 음극으로 사용된다 이러한 금속박막과 유기발광층

의 계면에도 전자의 주입장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키

기 위해서 등의 무기 산화막을 금속과 유기물층 사이에 삽입하는 방LiF

법 혹은 유기전자 주입층을 삽입하는 방법 등이 연구 되고 있다 특히

박막의 삽입에 관한 연구가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인LiF

그림 고분자 유기 소자에서lt 8gt PPV EL ITO

표면처리 및 정공 주입층의 효과

- 18 -

역시 어느 정도 규명되고 있다

발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자(2) EL(2) EL(2) EL(2) EL

그림 에 전자와 정공의 재결합 및 발광기구의 에너지 준위도를 나타lt 9gt

내었다 전자와 정공의 재결합에 의해 전자스핀이 배열되는 방법에 따라

약 의 일중항 과 약 의 삼중항 의 여기자가 생성25 (singlet ) 75 (triplet)

된다 일반적인 유기물질의 경우 일중항이 기저상태 로 돌 (ground state)

아올 때 빛이 생성되며 삼중항은 빛이 생성되지 않고 열 등의 형태로 에

너지가 분산된다 일중항의 감쇠시간 은 수 나노 초 이 (decay time) (nano)

하이며 이러한 물질을 유기형광체라 한다 반면 삼중항도 발광에 참여하

는 물질이 있으며 이때의 감쇠시간은 수 마이크로 초에서 수 밀리 (micro)

초 정도이며 이러한 물질을 유기인광물질이라 한다 삼중항이 발광(milli)

에 참여하는 경우 이론적인 내부양자효율은 가 되며 이론 외부양자100

효율은 약 가 된다20

수식 의 외부양자효율은 수식 와 같이 나타낼 수 있다(1) (2)

- - - - (2)

그림 전자와 정공의 재결합 및lt 9gt

발광기구의 에너지준위도

- 19 -

여기서 는 재결합에 의해 생성된 일중항의 비율 는 형광체의 PL

양자효율 은 일중항의 광자생성효율 이(radiative decay efficiency)

며 는 삼중항의 비율 는 인광체의 양자효율PL 는 삼중항의

광자생성효율이다

양자효율이 높은 물질을 발광층에 도핑함에 의해 유기 소자의 효PL EL

율을 증가시키며 색을 변화시킬 수 있다 일반적으로 사용되는 형광도판

트는 등이 있으며 인광도판트coumarin6 rubrene DCJTB DSA armine

는 등이 있다 형광도판트를 사용하는 형광 유기 소Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

자는 문제점으로 지적되어온 소자의 수명 및 적색소자의 효율 등의 급속

히 개선되고 있어 실용화에 근접해있다 인광 유기 소자 역시 개발 EL

기간이 짧음에도 불구하고 급속히 진전되고 있어 현재 외부양자효율이

내부양자효율 약 의 녹색 인광 유기 소자가 발표되고 있21( 100) EL

다 인광 유기 소자 구조는 기존의 형광 유기 소자와는 달리 발광 EL EL

층으로 밴드갭이 큰 청색 물질을 일반적으로 사용PL(photoluminescence)

하며 이러한 물질들은 준위가 크기 때문에 정공 이동 제어층을HOMO

발광층과 전자 수송층 사이에 삽입하여 정공을 발광층에 포집시킨다 또

한 발광층의 전자이동성이 나쁘기 때문에 구동전압이 형광소자에 비해

약간 크다

인광 유기 소자는 감쇠시간이 길기 때문에 소자를 통해 흐르는 전류EL

가 증가하면 삼중항 삼중항소멸 기구에 - (Triplet -Triplet Annihilation)

의해 양자효율이 감소하는 현상이 있으며 이를 개선하기 위해 감쇠시간

이 작은 물질이 개발되고 있다 특히 적색발광체인 는 감쇠시간 Pt(OEP)

이 약 정도로 아주 크기 때문에 감쇠시간이 약 정도인100 sec 1 secμ μ

를 중심으로 연구개발이 진행되고 있으며 최근에는 효율이 높Ir-complex

은 청색 인광 유기 물질이 개발되고 있어 총천연색 인광 유기 디EL EL

스플레이 개발이 촉진되고 있다 또한 인광 유기 소자는 형광 유기 EL

소자에 비해 수명이 짧은 것으로 알려져 있으며 소자수명은 인광물EL

질 자체 및 도핑매트릭스 발광층 등 물질 및 소자구조에 의해 크게 좌우( )

된다

- 20 -

콘트라스트콘트라스트콘트라스트콘트라스트(3)(3)(3)(3)

유기 소자는 음극으로 일함수가 작은 금속박막을 주로 사용하며 금EL

속박막은 반사율이 크기 때문에 결과적으로 금속박막을 사용하는 유기

소자는 콘트라스트가 좋지 않아 명암비를 향상시키기 위해 주로 편EL

광판을 많이 사용한다 그림 하지만 편광판은 그림 에서 보lt 10(a)gt lt 10(b)gt

는 것처럼 발생된 빛을 약 정도 흡수하기 때문에 소자효율이 감소한50

다 따라서 편광판을사용하지 않고 콘트라스트를 향상시키기 위해 많은

연구가 진행되고 있다 현재까지 알려진 방법은 양극과 정공 수송층 사이

에 을 삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 을carbon black carbon

삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 굴절율을 조절할 수 있는 산

화물을 삽입하는 방법 등이 있다

(a)

- 21 -

(b)그림 유기 소자의 반사 및 편광판 사용시 효율 변화lt 10gt EL

유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절(4) EL(4) EL(4) EL(4) EL

유기 발광 소자는 무기 발광 소자에 비해 발광하는 빛이 자연스러우며

인간에게 친숙하다 유기 소자의 발광색을 조절하기 위해서 다양한 EL

발광층 재료 및 도핑 재료 등이 연구되고 있다 대부분의 형광 및 인광

소자는 전이로 인하여 발광하는 빛의 스펙트럼이 넓어 색순도를 높- π π

일 필요가 있다

형광 유기 소자의 발광 스펙트럼의 은 약 정도이EL FWHM 80-100nm

며 혹은 등의 인광 유기 소자의 발광 스펙트럼 Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

은 약 정도이다 혹은 등의 란탄족 금속 착화합FWHM 30-70nm Eu Tb

물을 이용한 인 광유기 소자는 발광 스펙트럼 이 이하EL FWHM 10nm

로 색순도가 우수하나 소자효율 소자수명 등이 개선되어야 한다 한편

빛의 간섭효과를 이용하여 형광 및 인광 소자의 색순도를 향상시키기 위

한 연구 역 시진행되고 있다 빛의 간섭효과를 이용하면 그림 에서 lt 11gt

보는 것처럼 발광색의 색순도를 어느 정도 향상 시킬 수 있다

- 22 -

유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동(5) EL(5) EL(5) EL(5) EL

유기 소자를 디스플레이에 응용하기 위하여 또한 소자의 전하주입EL

및 재결합특성을 연구하기위해 펄스구동특성에 관한 연구가 진행되고 있

다 소자에 펄스를 가하면 빛의 세기는 시간에 따라 지수 함수적으로 증

가하며 소자에 전압을 제거하면 빛은 시간에 따라 지수 함수적으로 감소

한다 시간에 따른 빛의 세기 증가곡선과 세기감소 곡선은 일반적으로 대

칭이 아니다 빛의 세기 증가곡선은 소자의 전하주입특성 구동전압 소자

의 용량 등에 의해 변화하며 일반적으로 전하주입이 용이할(capacitance)

수록 빛의 세기는 시간에 따라 급속히 증가한다 빛의 세기 감소곡선은

감쇠시간 소자의 용량 발광층 재료 등에 의해 좌우되는 것으로 알려PL

져 있다 이러한 현상으로 인해 펄스 구동시 소자의 휘도 Transient EL

는 구동 주파수에 따라 변한다 그림 는 소자의 구동 주파수 특성을 lt 12gt

나타낸 것으로 약 까지는 휘도가 변화하지 않으며 그 이상에서1 KHz

소자가 동작할 경우 휘도는 감소한다[4]

그림 유기 소자 각층에서 빛의lt 11gt EL

간섭현상을 이용한 발광스펙트럼 조절

- 23 -

의 분류의 분류의 분류의 분류22 OLED22 OLED22 OLED22 OLED

221221221221 재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류 는 발광층을 이루는 재료에 따라 단분자OLED

와 고분자 로 구동 방식에 따라 수동형OLED OLED (PM Passive Matrix

과 능동형 으로 구분된다Type) (AMActive Matrix Type)

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림그림그림그림lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt 구조와 구조구조와 구조구조와 구조구조와 구조(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix

에 사용되는 핵심 소재는 물질 구조적 측면에서 크게 두 가지 즉OELD

색소 분자라 불리는 저분자 유기 소재와 공역의 도전성 고분- (conjugated)π

(a) (b)

그림 유기 소자의 현상과 펄스 구동시 휘도 변화lt 12gt (a) EL Transient EL (b)

- 24 -

자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

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구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

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2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

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을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

- 28 -

정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

- 29 -

낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

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접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

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해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

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공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

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그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

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로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

- 35 -

전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

- 37 -

은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

- 38 -

등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

- 39 -

과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

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9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 3 -

유기- EL (OEL Organic Electroluminescence)

유기- EL (OLE Organic Light-Emitting Diode)

위와 같이 우리나라에서 현재 유기전기발광소자 유기 유기ldquo rdquo ldquo EL(OEL)

등으로 의 명칭이 다양하지만 일본에서는 일반적으로LED(OLED) OLED rdquo

유기 이라고 부르는 것이 일반적이고 유럽이나 미국 등의 특히 폴리머ELldquo

재료를 다루는 사람들 간에는 유기 라고 부르는 경우가 많다rdquo LEDldquo

유기 라고 불리는 이유는 무기재료와의 관련을 생각하면 무기 과 유LED EL

기 와는 그 메커니즘에 있어서 크게 다르다 무기 에서는 반도체 등EL EL

의 바인더 중에 분산된 결정 속의 천이금속이온을 고전압에 의해 가속되어

진 내부의 전자로 충돌 여기 시키는 것에 의해 발광이 발생한다 이것에

반해 유기 에서는 전극으로부터 전자 와 홀 이 주입되고EL (electron) (hole)

이들이 여기상태를 거쳐 다시 재결합하는 것에 의해 발광하기 때문에 오히

려 발광 메커니즘으로서는 에 가깝고 정류작용도 존재한다 이것이 유LED

기 라고 하는 호칭이 생겨난 이유이다 그러나 반도체의 다이오드 정LED

류작용은 접합에 유래하는 것이지만 유기 의 경우는 전극과 유기재p-n EL

료 사이의 포텐셜 장벽에 의해 생기는 것이기 때문에 이들이 같다고는 할

수 없다

처음으로 다층구조의 소자를 연구한 과 의 최초의CWTang Vanslyke(1987)

논문 제목은 이었다 간략화 하면 유ldquoOrganic Electroluminescent Diode rdquo

기 이지만 이 명칭은 그다지 사용되고 있지는 않고 있다 이 논문이ELD

나오기 이전부터 유기결정에 전류를 흘리면 발광이 관측된다는 연구는 행

해져 왔으며 그때에는 이라는 명칭이 사용되어졌었다 EL

현재 국내의 언론매체를 통한 유기 의 소개는 거의 유기 로 사용되LED EL

고 있어 앞으로 예상되어지는 명칭은 유기 디스플레이 가 될 것으로ldquo EL rdquo

생각된다 영문표기는 한글표기에서는 유기 이라고 표현하는 것이 OLED EL

현재 통상 예이다[1]

셀로판에 흡착된 염료로부터 광1950s (ABernanose) (rmiddion)

관찰

박막으로부터 발광 관찰1960s (Pope et al) Anthracene

- 4 -

유기물 발광을 위한 다양한 접근이 시도됨 낮은 안정성1970s rArr

저효율

저분자 물질 을 증착하여 박막형성1980s (Tang et al) (Alq3)

안정성 및 효율성 향상rArr

고분자 발표1990s (R H Friend et al) LED

출시1997 (Pioneer) Commercial OLED

인광 물질 개발 고효율 구현2000 OLEDrArr

전자가 시간 수명의 능동형 유기발광다이오드2005 LG 8000 (AM

를 개발OLED)

삼성전자 인치 개발2005 40 TV OLED

삼성전자 인치 양산2006 3 OLED

삼성 인치 의 수율을 까지 올림2007 SDI 3 OLED 70 - [2]

의 국내외 연구 개발 동향의 국내외 연구 개발 동향의 국내외 연구 개발 동향의 국내외 연구 개발 동향13 OLED13 OLED13 OLED13 OLED

국외 연구 개발 동향국외 연구 개발 동향국외 연구 개발 동향국외 연구 개발 동향131131131131

전세계적으로 약 여개의 디스플레이 재료 장비 및 반도체업체가 참100

여하고 있으며 가 주도하고 있는 휴대폰 카오디오 캠코더 디 LCD middot PDAmiddot middot middot

지털카메라 게임기 등 휴대형 초소형 정보단말기에 디스플레이가middot OLED

적용되면서 저분자 제품의 양산화는 일본 한국 대만을 중심으로OLED

고분자 제품은 미국과 유럽을 중심으로 개발과 상용화가 진행되고OLED

있음

동북 는 와 공동으로 를 설립하였으며 현재 월 만Pioneer Sharp ELDis 7

장의 생산이 가능한 라인을 보유하고 있음 는 휴대폰용과500times670 ELDis

함께 디지털카메라용 양산계획을 가지고 있으며 제품은OLED Full Color

년 이후부터 시작할 예정임 또한 디스플레이의 개발을 진행2004 Flexible

하고 있으며 시제품을 년도 에 구현한바 있음PM OLED 2004 SI D

는 미국 과 합작으로 설립한 에서Sanyo Eastman Kodak SK Display 2002

- 5 -

년부터 제품생산에 착수하고 의 자회사인 돗토리 산요전Full Color Sanyo

기의 공장일부를 용으로 교체해 생산규모를 확대하였으며LCD OLED

년 합계 억엔의 매출달성과 이상의 세계 시장점유를 목표로 하2004 700 30

고 있음 또한 는 년 월 백색 와 컬러필터를 사용하는 Sanyo 2002 10 OLED

방식으로 발광 효율 내는 인치의 디스플레이를 선15cdA 147 AM OLED

보였고 및 과 양산 장비 개발을 공동추진중임 Ulvac Kodak

는 년 방식의 풀컬러 를 개발Sony 2001 top emission 1 3 AM OLED Prime

년에는 인치 장을 붙인 인치 를 개발 년 월에는 세2003 1 2 4 24 OLED 2004 9

계 최대 크기의 클리에라는 를 에 탑재함38 AM OLED PDA Prime

는 와 합작으로Toshiba Matsusita Toshiba-Matsushita Display

그림 의 디지털카메라와lt 1gt (a)SK Display AM OLED 22 (b) QVGA 147Prime

그림 의 세계 최대 급 제품lt 2gt Sony 38 PDAPrime

방식(Top Emission 480times320

콘트라스트비 시야각 상하좌우 도1000 1 180 )

- 6 -

를 설립하여 만컬러 그레이스케일을 지원하Technology(TMD) 285 26 64Prime

는 시제품을 출시하였고 를 휴대폰용으로 년 월OLED 22 OLED 2002 10Prime

부터 양산하고 있으며 고분자를 이용한 방식으로Ink-Jet 17 AM OLEDPrime

를 개발함

은 년 분기부터 이동전화단말기와 디지털카메라시Seiko-Epson 2002 44

장을 목표로 하여 를 양산하고 있으며 고분자를 이용한 프OLED Ink-jet

린팅 기술로 중 최대크기제품인 만컬러의OLED 40 WXGA (1280times768) 26 Prime

를 년 월에 발표하였으며 년까지 상용화 할 계획임AM OLED 2004 5 2007

사는 저분자 를 처음으로 고안하여 및Eastman Kodak OLED PM AM

관련 원천특허기술을 보유하고 있으며 Pioneer TDK Optrex OPTO

등 여 곳이 넘는 방식업체와 등 업Tech Teco 10 PM eMagin Sanyo AM

체 및 국내의 삼성 등과 관련라이센스를 체결하였고 최근에는SDI OLED

에 저분자 에 대한라이센스를 공여Truly Internationl Holdings PM OLED

하였음

또한 사는 금속대신에 투명한 타입과 타입으로 도핑된 유Kodak n - p -

기층들의 조합으로 유기전극을 개발해서 개의 인광 층을 적층한 녹3 OLED

색 소자를 제작 최대발광효율은 에 도달하고 최Tandem OLED 1363cdA

대 휘도는 만 이상인 제품을 발표하였음10 cdcm

미국 대학의 교수와 의Princeton S R Forrest U S C M E

교수팀은인광색소를 이용하여 삼중항상태에서도 효과적으로 빛Thompson

을 내는 녹색과 적색의 고효율 소자를 개발함OLED

와 및 대UDC(Universal Display Corp) Princeton Southern California

학은 양면에서 발광되는 TOLED(Transparent Organic Light Emitting

휘도와 해상도를 높인 그리고 유연Device) SOLED(Stacked pixel OLED)

성이 있는 라 명명한 종류의 을 개발 중임FOLED(Flexible OLED) 3 OLED

- 7 -

는 차세대 전략사업으로 라는 자사 대표브랜드를Dupont Display Olight

내놓았으며 향후 디스플레이와 플라스틱회로기판에 대한 다양 Full Color

한 디스플레이에 적용될 것이라고 예상함 또한 와 라이센스협약을 통 UDC

해 연구개발비 절감과 개발기간을 대폭 단축시킬 수 있을 것으로 기대함

사는 계열 물질 상표명Dow Chemical polyfluorene RGB ( LumationTM)

을 시판하고 있음 의 공장에 수백만 달러를 투자하는 Michigan Midland 2

단계의 상용화 생산설비 확장계획Lumation LEP (Lightemitting polymer)

을 가지고 있으며 현재 제 단계 확장계획을 마무리 한 상태임1

는 고분자 를 중심으로 원CDT(Cambridge Display Technology) OLED

천기술 제조장비 유기재료 등 전반적인 개발을 추진하고 있으며

과 함께 방식으로 를 기판Seiko-Epson Ink-jet Printing AM OLED Plastic

위에 개발한바 있음 고분자 발광체에 대한 기본 특허를 가지고 있는 동사

는 직접 생산을 하지 않는다는 전략으로 등에 라Dupont Display Philips

이센스를 대여하고 있음

영국 사에서는 높은 발광효율을 내는 저분자 인광 의 장점Opsys OLED

과 고분자 에 사용되는 스핀코팅법의 경제적인 장점을 결합하는 약OLED

의 높은 발광효율을 나타내는 덴드리머 를 개발28cdA (dendrimer) OLED

함

독일 은 고분자 발광물질과 유연성있는 디스플레이개발에 집중Covion

하고 있으며 네덜란드 사는 고분자 를 라는 명칭으 Philips OLED Poly LED

로 부르며 전기면도기에 적용하여 시판하고 있으며 최근 에 잉크 SID 2004

젯 프린팅 방식으로 제작한 를 발표하였음13 Full-color AM OLED TV Prime

- 8 -

대만의 등의 업체는 소형RiT-Display AU Optronics Opto Tech PM

휴대폰 및 기타 의 상용화에 성공하여 시장선OLED ( Mobile Application)

점에 앞서있는 추세이며 선두업체인 는 게임 용 RiTDisplay Mobile PDA

카오디오용 디스플레이를 개발 중이고 현재 와Full Color Mono Color

제품을 합해 월 만개 규모의 양산라인을 가동하고 있음Multi Color 80

와 의 합작사인 은CMO(Chimei OptoElectronics) IBM Japan IDTech

년 최초로 비정질실리콘 를 사용하여 의 시2003 (a-Si) TFT 20 AM OLEDPrime

제품 개발에 성공하여 대규모 신규 투자없이 기존의 기술을 기a-Si TFT

반으로 저가 중대형 가 성공적으로 도입 되었을 경우 및 모니터OLED TV

용 시장이 활성화 될 것으로 예상됨 대면적 의 기OLED a-Si AM OLED

술적성과는 가 제품구현이 훨씬 어려운 보다도 가 대부OLED TV 14 ~17Prime Prime

분인 모니터 시장을 공략하여 저가형 대면적 가 활성화된다PC AM OLED

면 상대적으로 고가이며 기술적으로 어려운 저온폴리실리콘 기술의(LTPS)

한계를 극복할 수 있을것으로 예상됨

대학의 교수는 년 단위소자를 수직으로Yamagata J Kido 2003 OLED

여러 층을 적층하여 전기적으로 연결한 구조를 개발하여 발광효율tandem

이 적층수에 비례하는 것을 보였으며 형의 multiphoton generation OLED

그림 의lt 3gt Philips Polymer

를 채용한 전기 면도기OLED

- 9 -

를 이용해서 를 도핑한 녹색 의 효율이 까지 되는 것C545T O LED 48cdA

을 발표했음

재료측면에서 볼 때 화학 등 몇몇 업체는 고분자재료를 개발Sumitomo

중이며 Idemitsu Kosan Toyo Ink Chemi Pro Bando Chemical Kyushu

대학 대학 대학 등이 저분자소재 개발을 진행하고 있 Yamagata Osaka

음

한편 기계장치 및 제조설비의 선진기술을 다양하게 갖추고 있는 일본은

연구단계에서 양산에 이르기까지 의 산업화를 위해 본격적인 장비기OLED

술을 확보해 나가고 있으며 대표적인 장비회사인 등은 자국 Tokki Ulvac

내 뿐만 아니라 한국 대만 북미 유럽에 이르기까지 다양한 판로를 개척

해 놓은 상태임

또한 은 법을 이용한Axitron OVPD(Organic Vapor Phase Deposition)

장비를 개발하고 있으며 와 투습 방지막에 대한 연구를 진행하고 있 Vitex

음 또한 인광재료를 앞세워 전략적으로 및 제조업체와의 AM PM OLED

공동프로그램을 활성화하고 있음

사는 기판상에 저분자 를 집적화시켜 마이크로 디스플eMagin Si OLED

레이를 구현하였으며 사는 최근 세계 최초 MED(Micro Emissive Displays)

로 고분자 를 사용한 마이크로 디스플레이를 공개함 마이크로 디스OLED

플레이는 현재 적용되는 분야와 시장규모의 측면에 있어서 제한이 있지만

상용화될 경우 특수 분야 게임기 및 기타 오락용 적용 분야에 있어서 유

망할 것으로 기대됨

국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향132132132132

국내 기술은 아직 원천기술이 부족하고 성장기반이 미약하며 OLED

관련 인프라도 취약한 실정이나 짧은 기간 동안 빠른 속도로 발전하여 양

산 및 제품화 기술에 있어서는 세계적인 수준에 도달하고 있는 것으로 평

- 10 -

가받고 있음

국내에서는 전자 삼성 오리온전기 등에서 상용화를 위해 많은LG SDI

연구개발을 진행하고 있으며 표 에 국내 기업들의 유기 소재 개발 [ 11] EL

동향을 나타내었다 저분자 유기 재료에 대해서는 화학 및 전자 EL LG LG

기술원 삼성 네스디스플레이 경상대 홍익대 서울대 등에서 일부 연 SDI

구개발이 이루어지고 있으나 대부분의 원천기술특허는 일본과 미국에서

확보하고 있다 고분자 재료물질은 와 등에서 국내 및 국제 KIST KAIST

표 국내 소재 개발동향lt 1gt

- 11 -

물질특허를 갖고 있으나 대부분의 원천기술특허를 Dow Covion Unix

등과 같은 외국업체들이 선점하고 있다 국내에서도 유기 관련CDT EL

특허의 적극적인 출원을 통해 상품화에 대비하고 있으나 아직은 해외 경쟁

사에 비해 미미한 수준이며 특히 신소재에 대한 연구개발은 일부 출연연

구소 및 대학에 국한되어 있다

유기 의 제품화에 박차를 가하고 있는 기업으로는 삼성 와 전자EL SDI LG

등의 대기업과 엘리아테크 네스 네오디스플레이 등의 벤LG-Philips LCD

처기업이 있다 삼성 의 경우 이동전화 및 SDI CNS(Car Navigation

용 양산라인을 보유하고 있으며 년 하반기부터는 인치급 컬System) 2001 2

러 유기 을 생산하고 있다 전자의 경우 유기 을 이동전화 단말기EL LG EL

상용 모델에 적용한 사례가 있으며 구미 공장에서 연간 만개 정도를 1200

생산하고 있다 이 외에도 는 유기 연구개발팀을 구성 LG-Philips LCD EL

하여 생산화를 위한 작업을 시작하였으며 네스 네오디스플레이 등에서도

년부터 인치급 이동통신 단말기용 유기 패널을 공급하고 있다2001 15 EL

[3]

표 국내 주요 업체의 개발 현황lt 2gt OLED

- 12 -

본론본론본론본론2222

의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리21 OLED21 OLED21 OLED21 OLED

적층구조적층구조적층구조적층구조1)1)1)1)

유기 는 기본적으로 그림 과 같이 기판 유리 플라스틱 등 과 상부LED lt 4gt ( )

및 하부전극 양극과 음극 그리고 두 전극 내에 유기 발광층이 삽입되어( )

있는 구조로 되어 있다 유기 의 적층 구조는 크게 단층 과 EL (single-layer)

다층 으로 나눌 수 있는데 그림 의 와 같이 한 개의 유(multi-layer) lt 4gt (A)

기층이 존재한다고 하여 단층 구조라 하며 와 같이 전하의 주입을 더 (B)

욱 활성화시키기 위하여 발광층의 상부 및 하부에 각각 전자 운송층

정공 운송층 등을 적층화(Electron transport layer) (hole transport layer)

한 구조를 다층 구조라고 한다 다층 구조는 캐리어들이 직접 주입되지 않

고 전송층 통과라는 단계 주입 과정을 통해 전압을 낮출 수 있다 또한2

발광층에 주입된 전자와 정공이 발광층을 거쳐 반대편 전극으로 이동시 반

대편 전송층에 막힘으로써 재결합 조절이 가능하며 전자와 정공 재결합에

의해 생성되는 이 전극과 발광층 사이의 경계면에 형성되Singlet excition

어 물질의 발광을 감속하는 현상을 막을 수 있다 이를 통해 발광 효율은

높일 수 있다

(A)

- 13 -

(B)

그림 단층 및 다층 구조의 유기[ 4] (A) (B) LED

발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘2)2)2)2)

먼저 간단하게 그림 을 가지고 발광 메커니즘에 대해 언급하겠다 전lt 5gt

원이 공급되면 전자가 이동하면서 전류가 흐르게 되는데 음극에서는 전자

가 전자 수송층의 도움으로 발광층으로 이동하고 마찬가지로 양극에서(-)

는 홀이 홀 수송층의 도움으로 발광층으로 이동한다 유기 물질인 발광층

에서 만난 전자와 홀은 높은 에너지를 갖는 여기자를 생성하게 되는데 이

때 여기자가 낮은 에너지로 떨어지면서 빛을 발생하게 된다 발광층을 구

성하고 있는 유기 물질이 어떤 것이냐에 따라 빛의 색깔이 달라지게 되며

를 내는 각각의 유기 물질을 이용하여 를 구현할 수 있R G B Full color

다

그림 발광 원리lt 5gt OLED

- 14 -

그림 와 그림 으로 좀 더 자세하게 살펴보자lt 6gt lt 7gt

양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입된다 주입된 전자와

정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자 가 생성되고 여(exicton)

기자는 확산하며 빛이 생성되며 에너지 준위가 낮은 상태가 된다 그림 lt

생성된 빛은 투명한 전극 및 기판 쪽으로 방출된다 소자의 에너지7-(A)gt

준위를 나타내는 그림 에서 보는 것처럼 양극에서는 정공이 주입되lt 7-(B)gt

기 쉽고 음극에서는 전자가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함

수보다 준위가 크기 때문에HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)

정공의 주입에 대한 장벽이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital)

이 존재한다 따라서 유리 소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 EL

및 저자의 주입 장벽이 작아야 함을 쉽게 추론할 수 있다

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

그림 발광 단계lt 6gt OLED

- 15 -

p+ n+i

Ev

Ec

EFp

EFn

(A)

(B)그림 발광 메커니즘lt 7gt

발광 효율발광 효율발광 효율발광 효율3)3)3)3)

유기 소자의 외부양자효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로 방출되EL

는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

times times times - - - - (1)

여기서 는 외부양자효율이며 는 내부양자효율 주입된 전하의 수에(

대한 생성된 광자의 수의 비) 는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으로 나

오는 비율이다 내부양자효율 ( 은 재결합효율) ( 주입된 전하의 수에

대한 생성된 여기자의 수의 비 과광자효율) ( 로 표시된다 광자효율은 뒤)

에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비 물질의 양자효율 PL

여기자의 광자생성효율 등에 의해 결정된다(radiative decay efficiency)

- 16 -

따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된전자와정공이재결합EL

될확률을증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사용하고 소자

내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수 있도록 소

자를 디자인 하는 것이 중요하다

전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동(1)(1)(1)(1)

주입된 전자와 정공이 재결합 될 확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전

자와 정공의수가 균형을 이루어야 한다 또한 이와 동시에 소자의 구동전

압을 낮추기 위해선 저 전압에서 충분한 수의 전하가 주입되어야 한다

따라서 전극과 유기물층의 계면에 존재하는 전하주입에 대한장벽을 조절

하는 것이 중요하다 정공의 주입을 위해서는 약 두께의 100 -200nm ITO

박막이 가장 일반적으로 사용된다 박막은 일함수가 약 ITO 44 -45eV

정도인 반면 유기물층의 준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으 LUMO

로 보다 크기 때문에 와 유기물층 사이에 정공주입에 대한 장45eV ITO

벽이 존재하며 이 장벽을 낮추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고

있다 첫째는 의 일함수를 증가시키는 방법이며 나머지는 와 유 ITO ITO

기물층 사이에 의 일함수보다 크고 유기물층의 준위보다는ITO LUMO

작거나 같은 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법( )

이다 전극의 일함수를 증가시키기 위해서 여러 가지 방법이 시도되 ITO

고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 전극의 표면처리를 통해ITO

전극표면의 일함수를 변화시키는 방법이다 표면처리는 기계적인ITO

방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등이 시도되고 있으

며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감소되며 수소 플 ITO

라즈마 처리방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장 효율적인 일함

수 증가방법은 에 의한 표면식각 및 산소 플라즈마 처리Aquaregia ITO

방법 등이 있다 이러한 표면처리에 의한 일함수 변화는 표면의 산 ITO

화 및 환원과 관계가 있는듯하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규명되지

않았다

전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송ITO (

층 을 삽입하는 방법 또한 정공주입 효율을 증가시키기 위해 많은 연구)

- 17 -

가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 정도의 산 1-5nm

화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의 경우

혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우 혹PANI PEDOT MTDATA

은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되CuPc 50 eV LUMO

고 있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기

때문에 이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수TPD NPD

송층이 유기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다

그림 는 고분자 유기 소자에서 산소표면처리 및 정공lt 8gt PPV EL ITO

주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림에서 는 표면처리와 정공 주입층 B

의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경우 그림 보다 효율 및 최lt 8-Agt

대 휘도가 약 배 이상 증가한다5

전자의 효율적인 주입을 위해서 일함수가 작은Ca Mg MgLi MgAg

등의 금속박막이 주로 음극으로 사용된다 이러한 금속박막과 유기발광층

의 계면에도 전자의 주입장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키

기 위해서 등의 무기 산화막을 금속과 유기물층 사이에 삽입하는 방LiF

법 혹은 유기전자 주입층을 삽입하는 방법 등이 연구 되고 있다 특히

박막의 삽입에 관한 연구가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인LiF

그림 고분자 유기 소자에서lt 8gt PPV EL ITO

표면처리 및 정공 주입층의 효과

- 18 -

역시 어느 정도 규명되고 있다

발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자(2) EL(2) EL(2) EL(2) EL

그림 에 전자와 정공의 재결합 및 발광기구의 에너지 준위도를 나타lt 9gt

내었다 전자와 정공의 재결합에 의해 전자스핀이 배열되는 방법에 따라

약 의 일중항 과 약 의 삼중항 의 여기자가 생성25 (singlet ) 75 (triplet)

된다 일반적인 유기물질의 경우 일중항이 기저상태 로 돌 (ground state)

아올 때 빛이 생성되며 삼중항은 빛이 생성되지 않고 열 등의 형태로 에

너지가 분산된다 일중항의 감쇠시간 은 수 나노 초 이 (decay time) (nano)

하이며 이러한 물질을 유기형광체라 한다 반면 삼중항도 발광에 참여하

는 물질이 있으며 이때의 감쇠시간은 수 마이크로 초에서 수 밀리 (micro)

초 정도이며 이러한 물질을 유기인광물질이라 한다 삼중항이 발광(milli)

에 참여하는 경우 이론적인 내부양자효율은 가 되며 이론 외부양자100

효율은 약 가 된다20

수식 의 외부양자효율은 수식 와 같이 나타낼 수 있다(1) (2)

- - - - (2)

그림 전자와 정공의 재결합 및lt 9gt

발광기구의 에너지준위도

- 19 -

여기서 는 재결합에 의해 생성된 일중항의 비율 는 형광체의 PL

양자효율 은 일중항의 광자생성효율 이(radiative decay efficiency)

며 는 삼중항의 비율 는 인광체의 양자효율PL 는 삼중항의

광자생성효율이다

양자효율이 높은 물질을 발광층에 도핑함에 의해 유기 소자의 효PL EL

율을 증가시키며 색을 변화시킬 수 있다 일반적으로 사용되는 형광도판

트는 등이 있으며 인광도판트coumarin6 rubrene DCJTB DSA armine

는 등이 있다 형광도판트를 사용하는 형광 유기 소Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

자는 문제점으로 지적되어온 소자의 수명 및 적색소자의 효율 등의 급속

히 개선되고 있어 실용화에 근접해있다 인광 유기 소자 역시 개발 EL

기간이 짧음에도 불구하고 급속히 진전되고 있어 현재 외부양자효율이

내부양자효율 약 의 녹색 인광 유기 소자가 발표되고 있21( 100) EL

다 인광 유기 소자 구조는 기존의 형광 유기 소자와는 달리 발광 EL EL

층으로 밴드갭이 큰 청색 물질을 일반적으로 사용PL(photoluminescence)

하며 이러한 물질들은 준위가 크기 때문에 정공 이동 제어층을HOMO

발광층과 전자 수송층 사이에 삽입하여 정공을 발광층에 포집시킨다 또

한 발광층의 전자이동성이 나쁘기 때문에 구동전압이 형광소자에 비해

약간 크다

인광 유기 소자는 감쇠시간이 길기 때문에 소자를 통해 흐르는 전류EL

가 증가하면 삼중항 삼중항소멸 기구에 - (Triplet -Triplet Annihilation)

의해 양자효율이 감소하는 현상이 있으며 이를 개선하기 위해 감쇠시간

이 작은 물질이 개발되고 있다 특히 적색발광체인 는 감쇠시간 Pt(OEP)

이 약 정도로 아주 크기 때문에 감쇠시간이 약 정도인100 sec 1 secμ μ

를 중심으로 연구개발이 진행되고 있으며 최근에는 효율이 높Ir-complex

은 청색 인광 유기 물질이 개발되고 있어 총천연색 인광 유기 디EL EL

스플레이 개발이 촉진되고 있다 또한 인광 유기 소자는 형광 유기 EL

소자에 비해 수명이 짧은 것으로 알려져 있으며 소자수명은 인광물EL

질 자체 및 도핑매트릭스 발광층 등 물질 및 소자구조에 의해 크게 좌우( )

된다

- 20 -

콘트라스트콘트라스트콘트라스트콘트라스트(3)(3)(3)(3)

유기 소자는 음극으로 일함수가 작은 금속박막을 주로 사용하며 금EL

속박막은 반사율이 크기 때문에 결과적으로 금속박막을 사용하는 유기

소자는 콘트라스트가 좋지 않아 명암비를 향상시키기 위해 주로 편EL

광판을 많이 사용한다 그림 하지만 편광판은 그림 에서 보lt 10(a)gt lt 10(b)gt

는 것처럼 발생된 빛을 약 정도 흡수하기 때문에 소자효율이 감소한50

다 따라서 편광판을사용하지 않고 콘트라스트를 향상시키기 위해 많은

연구가 진행되고 있다 현재까지 알려진 방법은 양극과 정공 수송층 사이

에 을 삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 을carbon black carbon

삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 굴절율을 조절할 수 있는 산

화물을 삽입하는 방법 등이 있다

(a)

- 21 -

(b)그림 유기 소자의 반사 및 편광판 사용시 효율 변화lt 10gt EL

유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절(4) EL(4) EL(4) EL(4) EL

유기 발광 소자는 무기 발광 소자에 비해 발광하는 빛이 자연스러우며

인간에게 친숙하다 유기 소자의 발광색을 조절하기 위해서 다양한 EL

발광층 재료 및 도핑 재료 등이 연구되고 있다 대부분의 형광 및 인광

소자는 전이로 인하여 발광하는 빛의 스펙트럼이 넓어 색순도를 높- π π

일 필요가 있다

형광 유기 소자의 발광 스펙트럼의 은 약 정도이EL FWHM 80-100nm

며 혹은 등의 인광 유기 소자의 발광 스펙트럼 Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

은 약 정도이다 혹은 등의 란탄족 금속 착화합FWHM 30-70nm Eu Tb

물을 이용한 인 광유기 소자는 발광 스펙트럼 이 이하EL FWHM 10nm

로 색순도가 우수하나 소자효율 소자수명 등이 개선되어야 한다 한편

빛의 간섭효과를 이용하여 형광 및 인광 소자의 색순도를 향상시키기 위

한 연구 역 시진행되고 있다 빛의 간섭효과를 이용하면 그림 에서 lt 11gt

보는 것처럼 발광색의 색순도를 어느 정도 향상 시킬 수 있다

- 22 -

유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동(5) EL(5) EL(5) EL(5) EL

유기 소자를 디스플레이에 응용하기 위하여 또한 소자의 전하주입EL

및 재결합특성을 연구하기위해 펄스구동특성에 관한 연구가 진행되고 있

다 소자에 펄스를 가하면 빛의 세기는 시간에 따라 지수 함수적으로 증

가하며 소자에 전압을 제거하면 빛은 시간에 따라 지수 함수적으로 감소

한다 시간에 따른 빛의 세기 증가곡선과 세기감소 곡선은 일반적으로 대

칭이 아니다 빛의 세기 증가곡선은 소자의 전하주입특성 구동전압 소자

의 용량 등에 의해 변화하며 일반적으로 전하주입이 용이할(capacitance)

수록 빛의 세기는 시간에 따라 급속히 증가한다 빛의 세기 감소곡선은

감쇠시간 소자의 용량 발광층 재료 등에 의해 좌우되는 것으로 알려PL

져 있다 이러한 현상으로 인해 펄스 구동시 소자의 휘도 Transient EL

는 구동 주파수에 따라 변한다 그림 는 소자의 구동 주파수 특성을 lt 12gt

나타낸 것으로 약 까지는 휘도가 변화하지 않으며 그 이상에서1 KHz

소자가 동작할 경우 휘도는 감소한다[4]

그림 유기 소자 각층에서 빛의lt 11gt EL

간섭현상을 이용한 발광스펙트럼 조절

- 23 -

의 분류의 분류의 분류의 분류22 OLED22 OLED22 OLED22 OLED

221221221221 재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류 는 발광층을 이루는 재료에 따라 단분자OLED

와 고분자 로 구동 방식에 따라 수동형OLED OLED (PM Passive Matrix

과 능동형 으로 구분된다Type) (AMActive Matrix Type)

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림그림그림그림lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt 구조와 구조구조와 구조구조와 구조구조와 구조(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix

에 사용되는 핵심 소재는 물질 구조적 측면에서 크게 두 가지 즉OELD

색소 분자라 불리는 저분자 유기 소재와 공역의 도전성 고분- (conjugated)π

(a) (b)

그림 유기 소자의 현상과 펄스 구동시 휘도 변화lt 12gt (a) EL Transient EL (b)

- 24 -

자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

- 25 -

구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

- 26 -

2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

- 27 -

을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

- 28 -

정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

- 29 -

낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

- 30 -

접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

- 31 -

해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

- 32 -

공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

- 33 -

그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

- 34 -

로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

- 35 -

전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

- 37 -

은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

- 38 -

등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

- 39 -

과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

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공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

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5 A Berntsen Y Croonen R Cuijpers B Habets C Liedenbaum H Schoo

RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

Optical Engineering) Vol 3148314831483148

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8 OPTICS LETTERS Vol 22 No 6 March 15 1997

9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 4 -

유기물 발광을 위한 다양한 접근이 시도됨 낮은 안정성1970s rArr

저효율

저분자 물질 을 증착하여 박막형성1980s (Tang et al) (Alq3)

안정성 및 효율성 향상rArr

고분자 발표1990s (R H Friend et al) LED

출시1997 (Pioneer) Commercial OLED

인광 물질 개발 고효율 구현2000 OLEDrArr

전자가 시간 수명의 능동형 유기발광다이오드2005 LG 8000 (AM

를 개발OLED)

삼성전자 인치 개발2005 40 TV OLED

삼성전자 인치 양산2006 3 OLED

삼성 인치 의 수율을 까지 올림2007 SDI 3 OLED 70 - [2]

의 국내외 연구 개발 동향의 국내외 연구 개발 동향의 국내외 연구 개발 동향의 국내외 연구 개발 동향13 OLED13 OLED13 OLED13 OLED

국외 연구 개발 동향국외 연구 개발 동향국외 연구 개발 동향국외 연구 개발 동향131131131131

전세계적으로 약 여개의 디스플레이 재료 장비 및 반도체업체가 참100

여하고 있으며 가 주도하고 있는 휴대폰 카오디오 캠코더 디 LCD middot PDAmiddot middot middot

지털카메라 게임기 등 휴대형 초소형 정보단말기에 디스플레이가middot OLED

적용되면서 저분자 제품의 양산화는 일본 한국 대만을 중심으로OLED

고분자 제품은 미국과 유럽을 중심으로 개발과 상용화가 진행되고OLED

있음

동북 는 와 공동으로 를 설립하였으며 현재 월 만Pioneer Sharp ELDis 7

장의 생산이 가능한 라인을 보유하고 있음 는 휴대폰용과500times670 ELDis

함께 디지털카메라용 양산계획을 가지고 있으며 제품은OLED Full Color

년 이후부터 시작할 예정임 또한 디스플레이의 개발을 진행2004 Flexible

하고 있으며 시제품을 년도 에 구현한바 있음PM OLED 2004 SI D

는 미국 과 합작으로 설립한 에서Sanyo Eastman Kodak SK Display 2002

- 5 -

년부터 제품생산에 착수하고 의 자회사인 돗토리 산요전Full Color Sanyo

기의 공장일부를 용으로 교체해 생산규모를 확대하였으며LCD OLED

년 합계 억엔의 매출달성과 이상의 세계 시장점유를 목표로 하2004 700 30

고 있음 또한 는 년 월 백색 와 컬러필터를 사용하는 Sanyo 2002 10 OLED

방식으로 발광 효율 내는 인치의 디스플레이를 선15cdA 147 AM OLED

보였고 및 과 양산 장비 개발을 공동추진중임 Ulvac Kodak

는 년 방식의 풀컬러 를 개발Sony 2001 top emission 1 3 AM OLED Prime

년에는 인치 장을 붙인 인치 를 개발 년 월에는 세2003 1 2 4 24 OLED 2004 9

계 최대 크기의 클리에라는 를 에 탑재함38 AM OLED PDA Prime

는 와 합작으로Toshiba Matsusita Toshiba-Matsushita Display

그림 의 디지털카메라와lt 1gt (a)SK Display AM OLED 22 (b) QVGA 147Prime

그림 의 세계 최대 급 제품lt 2gt Sony 38 PDAPrime

방식(Top Emission 480times320

콘트라스트비 시야각 상하좌우 도1000 1 180 )

- 6 -

를 설립하여 만컬러 그레이스케일을 지원하Technology(TMD) 285 26 64Prime

는 시제품을 출시하였고 를 휴대폰용으로 년 월OLED 22 OLED 2002 10Prime

부터 양산하고 있으며 고분자를 이용한 방식으로Ink-Jet 17 AM OLEDPrime

를 개발함

은 년 분기부터 이동전화단말기와 디지털카메라시Seiko-Epson 2002 44

장을 목표로 하여 를 양산하고 있으며 고분자를 이용한 프OLED Ink-jet

린팅 기술로 중 최대크기제품인 만컬러의OLED 40 WXGA (1280times768) 26 Prime

를 년 월에 발표하였으며 년까지 상용화 할 계획임AM OLED 2004 5 2007

사는 저분자 를 처음으로 고안하여 및Eastman Kodak OLED PM AM

관련 원천특허기술을 보유하고 있으며 Pioneer TDK Optrex OPTO

등 여 곳이 넘는 방식업체와 등 업Tech Teco 10 PM eMagin Sanyo AM

체 및 국내의 삼성 등과 관련라이센스를 체결하였고 최근에는SDI OLED

에 저분자 에 대한라이센스를 공여Truly Internationl Holdings PM OLED

하였음

또한 사는 금속대신에 투명한 타입과 타입으로 도핑된 유Kodak n - p -

기층들의 조합으로 유기전극을 개발해서 개의 인광 층을 적층한 녹3 OLED

색 소자를 제작 최대발광효율은 에 도달하고 최Tandem OLED 1363cdA

대 휘도는 만 이상인 제품을 발표하였음10 cdcm

미국 대학의 교수와 의Princeton S R Forrest U S C M E

교수팀은인광색소를 이용하여 삼중항상태에서도 효과적으로 빛Thompson

을 내는 녹색과 적색의 고효율 소자를 개발함OLED

와 및 대UDC(Universal Display Corp) Princeton Southern California

학은 양면에서 발광되는 TOLED(Transparent Organic Light Emitting

휘도와 해상도를 높인 그리고 유연Device) SOLED(Stacked pixel OLED)

성이 있는 라 명명한 종류의 을 개발 중임FOLED(Flexible OLED) 3 OLED

- 7 -

는 차세대 전략사업으로 라는 자사 대표브랜드를Dupont Display Olight

내놓았으며 향후 디스플레이와 플라스틱회로기판에 대한 다양 Full Color

한 디스플레이에 적용될 것이라고 예상함 또한 와 라이센스협약을 통 UDC

해 연구개발비 절감과 개발기간을 대폭 단축시킬 수 있을 것으로 기대함

사는 계열 물질 상표명Dow Chemical polyfluorene RGB ( LumationTM)

을 시판하고 있음 의 공장에 수백만 달러를 투자하는 Michigan Midland 2

단계의 상용화 생산설비 확장계획Lumation LEP (Lightemitting polymer)

을 가지고 있으며 현재 제 단계 확장계획을 마무리 한 상태임1

는 고분자 를 중심으로 원CDT(Cambridge Display Technology) OLED

천기술 제조장비 유기재료 등 전반적인 개발을 추진하고 있으며

과 함께 방식으로 를 기판Seiko-Epson Ink-jet Printing AM OLED Plastic

위에 개발한바 있음 고분자 발광체에 대한 기본 특허를 가지고 있는 동사

는 직접 생산을 하지 않는다는 전략으로 등에 라Dupont Display Philips

이센스를 대여하고 있음

영국 사에서는 높은 발광효율을 내는 저분자 인광 의 장점Opsys OLED

과 고분자 에 사용되는 스핀코팅법의 경제적인 장점을 결합하는 약OLED

의 높은 발광효율을 나타내는 덴드리머 를 개발28cdA (dendrimer) OLED

함

독일 은 고분자 발광물질과 유연성있는 디스플레이개발에 집중Covion

하고 있으며 네덜란드 사는 고분자 를 라는 명칭으 Philips OLED Poly LED

로 부르며 전기면도기에 적용하여 시판하고 있으며 최근 에 잉크 SID 2004

젯 프린팅 방식으로 제작한 를 발표하였음13 Full-color AM OLED TV Prime

- 8 -

대만의 등의 업체는 소형RiT-Display AU Optronics Opto Tech PM

휴대폰 및 기타 의 상용화에 성공하여 시장선OLED ( Mobile Application)

점에 앞서있는 추세이며 선두업체인 는 게임 용 RiTDisplay Mobile PDA

카오디오용 디스플레이를 개발 중이고 현재 와Full Color Mono Color

제품을 합해 월 만개 규모의 양산라인을 가동하고 있음Multi Color 80

와 의 합작사인 은CMO(Chimei OptoElectronics) IBM Japan IDTech

년 최초로 비정질실리콘 를 사용하여 의 시2003 (a-Si) TFT 20 AM OLEDPrime

제품 개발에 성공하여 대규모 신규 투자없이 기존의 기술을 기a-Si TFT

반으로 저가 중대형 가 성공적으로 도입 되었을 경우 및 모니터OLED TV

용 시장이 활성화 될 것으로 예상됨 대면적 의 기OLED a-Si AM OLED

술적성과는 가 제품구현이 훨씬 어려운 보다도 가 대부OLED TV 14 ~17Prime Prime

분인 모니터 시장을 공략하여 저가형 대면적 가 활성화된다PC AM OLED

면 상대적으로 고가이며 기술적으로 어려운 저온폴리실리콘 기술의(LTPS)

한계를 극복할 수 있을것으로 예상됨

대학의 교수는 년 단위소자를 수직으로Yamagata J Kido 2003 OLED

여러 층을 적층하여 전기적으로 연결한 구조를 개발하여 발광효율tandem

이 적층수에 비례하는 것을 보였으며 형의 multiphoton generation OLED

그림 의lt 3gt Philips Polymer

를 채용한 전기 면도기OLED

- 9 -

를 이용해서 를 도핑한 녹색 의 효율이 까지 되는 것C545T O LED 48cdA

을 발표했음

재료측면에서 볼 때 화학 등 몇몇 업체는 고분자재료를 개발Sumitomo

중이며 Idemitsu Kosan Toyo Ink Chemi Pro Bando Chemical Kyushu

대학 대학 대학 등이 저분자소재 개발을 진행하고 있 Yamagata Osaka

음

한편 기계장치 및 제조설비의 선진기술을 다양하게 갖추고 있는 일본은

연구단계에서 양산에 이르기까지 의 산업화를 위해 본격적인 장비기OLED

술을 확보해 나가고 있으며 대표적인 장비회사인 등은 자국 Tokki Ulvac

내 뿐만 아니라 한국 대만 북미 유럽에 이르기까지 다양한 판로를 개척

해 놓은 상태임

또한 은 법을 이용한Axitron OVPD(Organic Vapor Phase Deposition)

장비를 개발하고 있으며 와 투습 방지막에 대한 연구를 진행하고 있 Vitex

음 또한 인광재료를 앞세워 전략적으로 및 제조업체와의 AM PM OLED

공동프로그램을 활성화하고 있음

사는 기판상에 저분자 를 집적화시켜 마이크로 디스플eMagin Si OLED

레이를 구현하였으며 사는 최근 세계 최초 MED(Micro Emissive Displays)

로 고분자 를 사용한 마이크로 디스플레이를 공개함 마이크로 디스OLED

플레이는 현재 적용되는 분야와 시장규모의 측면에 있어서 제한이 있지만

상용화될 경우 특수 분야 게임기 및 기타 오락용 적용 분야에 있어서 유

망할 것으로 기대됨

국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향132132132132

국내 기술은 아직 원천기술이 부족하고 성장기반이 미약하며 OLED

관련 인프라도 취약한 실정이나 짧은 기간 동안 빠른 속도로 발전하여 양

산 및 제품화 기술에 있어서는 세계적인 수준에 도달하고 있는 것으로 평

- 10 -

가받고 있음

국내에서는 전자 삼성 오리온전기 등에서 상용화를 위해 많은LG SDI

연구개발을 진행하고 있으며 표 에 국내 기업들의 유기 소재 개발 [ 11] EL

동향을 나타내었다 저분자 유기 재료에 대해서는 화학 및 전자 EL LG LG

기술원 삼성 네스디스플레이 경상대 홍익대 서울대 등에서 일부 연 SDI

구개발이 이루어지고 있으나 대부분의 원천기술특허는 일본과 미국에서

확보하고 있다 고분자 재료물질은 와 등에서 국내 및 국제 KIST KAIST

표 국내 소재 개발동향lt 1gt

- 11 -

물질특허를 갖고 있으나 대부분의 원천기술특허를 Dow Covion Unix

등과 같은 외국업체들이 선점하고 있다 국내에서도 유기 관련CDT EL

특허의 적극적인 출원을 통해 상품화에 대비하고 있으나 아직은 해외 경쟁

사에 비해 미미한 수준이며 특히 신소재에 대한 연구개발은 일부 출연연

구소 및 대학에 국한되어 있다

유기 의 제품화에 박차를 가하고 있는 기업으로는 삼성 와 전자EL SDI LG

등의 대기업과 엘리아테크 네스 네오디스플레이 등의 벤LG-Philips LCD

처기업이 있다 삼성 의 경우 이동전화 및 SDI CNS(Car Navigation

용 양산라인을 보유하고 있으며 년 하반기부터는 인치급 컬System) 2001 2

러 유기 을 생산하고 있다 전자의 경우 유기 을 이동전화 단말기EL LG EL

상용 모델에 적용한 사례가 있으며 구미 공장에서 연간 만개 정도를 1200

생산하고 있다 이 외에도 는 유기 연구개발팀을 구성 LG-Philips LCD EL

하여 생산화를 위한 작업을 시작하였으며 네스 네오디스플레이 등에서도

년부터 인치급 이동통신 단말기용 유기 패널을 공급하고 있다2001 15 EL

[3]

표 국내 주요 업체의 개발 현황lt 2gt OLED

- 12 -

본론본론본론본론2222

의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리21 OLED21 OLED21 OLED21 OLED

적층구조적층구조적층구조적층구조1)1)1)1)

유기 는 기본적으로 그림 과 같이 기판 유리 플라스틱 등 과 상부LED lt 4gt ( )

및 하부전극 양극과 음극 그리고 두 전극 내에 유기 발광층이 삽입되어( )

있는 구조로 되어 있다 유기 의 적층 구조는 크게 단층 과 EL (single-layer)

다층 으로 나눌 수 있는데 그림 의 와 같이 한 개의 유(multi-layer) lt 4gt (A)

기층이 존재한다고 하여 단층 구조라 하며 와 같이 전하의 주입을 더 (B)

욱 활성화시키기 위하여 발광층의 상부 및 하부에 각각 전자 운송층

정공 운송층 등을 적층화(Electron transport layer) (hole transport layer)

한 구조를 다층 구조라고 한다 다층 구조는 캐리어들이 직접 주입되지 않

고 전송층 통과라는 단계 주입 과정을 통해 전압을 낮출 수 있다 또한2

발광층에 주입된 전자와 정공이 발광층을 거쳐 반대편 전극으로 이동시 반

대편 전송층에 막힘으로써 재결합 조절이 가능하며 전자와 정공 재결합에

의해 생성되는 이 전극과 발광층 사이의 경계면에 형성되Singlet excition

어 물질의 발광을 감속하는 현상을 막을 수 있다 이를 통해 발광 효율은

높일 수 있다

(A)

- 13 -

(B)

그림 단층 및 다층 구조의 유기[ 4] (A) (B) LED

발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘2)2)2)2)

먼저 간단하게 그림 을 가지고 발광 메커니즘에 대해 언급하겠다 전lt 5gt

원이 공급되면 전자가 이동하면서 전류가 흐르게 되는데 음극에서는 전자

가 전자 수송층의 도움으로 발광층으로 이동하고 마찬가지로 양극에서(-)

는 홀이 홀 수송층의 도움으로 발광층으로 이동한다 유기 물질인 발광층

에서 만난 전자와 홀은 높은 에너지를 갖는 여기자를 생성하게 되는데 이

때 여기자가 낮은 에너지로 떨어지면서 빛을 발생하게 된다 발광층을 구

성하고 있는 유기 물질이 어떤 것이냐에 따라 빛의 색깔이 달라지게 되며

를 내는 각각의 유기 물질을 이용하여 를 구현할 수 있R G B Full color

다

그림 발광 원리lt 5gt OLED

- 14 -

그림 와 그림 으로 좀 더 자세하게 살펴보자lt 6gt lt 7gt

양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입된다 주입된 전자와

정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자 가 생성되고 여(exicton)

기자는 확산하며 빛이 생성되며 에너지 준위가 낮은 상태가 된다 그림 lt

생성된 빛은 투명한 전극 및 기판 쪽으로 방출된다 소자의 에너지7-(A)gt

준위를 나타내는 그림 에서 보는 것처럼 양극에서는 정공이 주입되lt 7-(B)gt

기 쉽고 음극에서는 전자가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함

수보다 준위가 크기 때문에HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)

정공의 주입에 대한 장벽이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital)

이 존재한다 따라서 유리 소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 EL

및 저자의 주입 장벽이 작아야 함을 쉽게 추론할 수 있다

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

그림 발광 단계lt 6gt OLED

- 15 -

p+ n+i

Ev

Ec

EFp

EFn

(A)

(B)그림 발광 메커니즘lt 7gt

발광 효율발광 효율발광 효율발광 효율3)3)3)3)

유기 소자의 외부양자효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로 방출되EL

는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

times times times - - - - (1)

여기서 는 외부양자효율이며 는 내부양자효율 주입된 전하의 수에(

대한 생성된 광자의 수의 비) 는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으로 나

오는 비율이다 내부양자효율 ( 은 재결합효율) ( 주입된 전하의 수에

대한 생성된 여기자의 수의 비 과광자효율) ( 로 표시된다 광자효율은 뒤)

에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비 물질의 양자효율 PL

여기자의 광자생성효율 등에 의해 결정된다(radiative decay efficiency)

- 16 -

따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된전자와정공이재결합EL

될확률을증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사용하고 소자

내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수 있도록 소

자를 디자인 하는 것이 중요하다

전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동(1)(1)(1)(1)

주입된 전자와 정공이 재결합 될 확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전

자와 정공의수가 균형을 이루어야 한다 또한 이와 동시에 소자의 구동전

압을 낮추기 위해선 저 전압에서 충분한 수의 전하가 주입되어야 한다

따라서 전극과 유기물층의 계면에 존재하는 전하주입에 대한장벽을 조절

하는 것이 중요하다 정공의 주입을 위해서는 약 두께의 100 -200nm ITO

박막이 가장 일반적으로 사용된다 박막은 일함수가 약 ITO 44 -45eV

정도인 반면 유기물층의 준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으 LUMO

로 보다 크기 때문에 와 유기물층 사이에 정공주입에 대한 장45eV ITO

벽이 존재하며 이 장벽을 낮추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고

있다 첫째는 의 일함수를 증가시키는 방법이며 나머지는 와 유 ITO ITO

기물층 사이에 의 일함수보다 크고 유기물층의 준위보다는ITO LUMO

작거나 같은 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법( )

이다 전극의 일함수를 증가시키기 위해서 여러 가지 방법이 시도되 ITO

고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 전극의 표면처리를 통해ITO

전극표면의 일함수를 변화시키는 방법이다 표면처리는 기계적인ITO

방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등이 시도되고 있으

며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감소되며 수소 플 ITO

라즈마 처리방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장 효율적인 일함

수 증가방법은 에 의한 표면식각 및 산소 플라즈마 처리Aquaregia ITO

방법 등이 있다 이러한 표면처리에 의한 일함수 변화는 표면의 산 ITO

화 및 환원과 관계가 있는듯하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규명되지

않았다

전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송ITO (

층 을 삽입하는 방법 또한 정공주입 효율을 증가시키기 위해 많은 연구)

- 17 -

가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 정도의 산 1-5nm

화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의 경우

혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우 혹PANI PEDOT MTDATA

은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되CuPc 50 eV LUMO

고 있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기

때문에 이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수TPD NPD

송층이 유기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다

그림 는 고분자 유기 소자에서 산소표면처리 및 정공lt 8gt PPV EL ITO

주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림에서 는 표면처리와 정공 주입층 B

의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경우 그림 보다 효율 및 최lt 8-Agt

대 휘도가 약 배 이상 증가한다5

전자의 효율적인 주입을 위해서 일함수가 작은Ca Mg MgLi MgAg

등의 금속박막이 주로 음극으로 사용된다 이러한 금속박막과 유기발광층

의 계면에도 전자의 주입장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키

기 위해서 등의 무기 산화막을 금속과 유기물층 사이에 삽입하는 방LiF

법 혹은 유기전자 주입층을 삽입하는 방법 등이 연구 되고 있다 특히

박막의 삽입에 관한 연구가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인LiF

그림 고분자 유기 소자에서lt 8gt PPV EL ITO

표면처리 및 정공 주입층의 효과

- 18 -

역시 어느 정도 규명되고 있다

발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자(2) EL(2) EL(2) EL(2) EL

그림 에 전자와 정공의 재결합 및 발광기구의 에너지 준위도를 나타lt 9gt

내었다 전자와 정공의 재결합에 의해 전자스핀이 배열되는 방법에 따라

약 의 일중항 과 약 의 삼중항 의 여기자가 생성25 (singlet ) 75 (triplet)

된다 일반적인 유기물질의 경우 일중항이 기저상태 로 돌 (ground state)

아올 때 빛이 생성되며 삼중항은 빛이 생성되지 않고 열 등의 형태로 에

너지가 분산된다 일중항의 감쇠시간 은 수 나노 초 이 (decay time) (nano)

하이며 이러한 물질을 유기형광체라 한다 반면 삼중항도 발광에 참여하

는 물질이 있으며 이때의 감쇠시간은 수 마이크로 초에서 수 밀리 (micro)

초 정도이며 이러한 물질을 유기인광물질이라 한다 삼중항이 발광(milli)

에 참여하는 경우 이론적인 내부양자효율은 가 되며 이론 외부양자100

효율은 약 가 된다20

수식 의 외부양자효율은 수식 와 같이 나타낼 수 있다(1) (2)

- - - - (2)

그림 전자와 정공의 재결합 및lt 9gt

발광기구의 에너지준위도

- 19 -

여기서 는 재결합에 의해 생성된 일중항의 비율 는 형광체의 PL

양자효율 은 일중항의 광자생성효율 이(radiative decay efficiency)

며 는 삼중항의 비율 는 인광체의 양자효율PL 는 삼중항의

광자생성효율이다

양자효율이 높은 물질을 발광층에 도핑함에 의해 유기 소자의 효PL EL

율을 증가시키며 색을 변화시킬 수 있다 일반적으로 사용되는 형광도판

트는 등이 있으며 인광도판트coumarin6 rubrene DCJTB DSA armine

는 등이 있다 형광도판트를 사용하는 형광 유기 소Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

자는 문제점으로 지적되어온 소자의 수명 및 적색소자의 효율 등의 급속

히 개선되고 있어 실용화에 근접해있다 인광 유기 소자 역시 개발 EL

기간이 짧음에도 불구하고 급속히 진전되고 있어 현재 외부양자효율이

내부양자효율 약 의 녹색 인광 유기 소자가 발표되고 있21( 100) EL

다 인광 유기 소자 구조는 기존의 형광 유기 소자와는 달리 발광 EL EL

층으로 밴드갭이 큰 청색 물질을 일반적으로 사용PL(photoluminescence)

하며 이러한 물질들은 준위가 크기 때문에 정공 이동 제어층을HOMO

발광층과 전자 수송층 사이에 삽입하여 정공을 발광층에 포집시킨다 또

한 발광층의 전자이동성이 나쁘기 때문에 구동전압이 형광소자에 비해

약간 크다

인광 유기 소자는 감쇠시간이 길기 때문에 소자를 통해 흐르는 전류EL

가 증가하면 삼중항 삼중항소멸 기구에 - (Triplet -Triplet Annihilation)

의해 양자효율이 감소하는 현상이 있으며 이를 개선하기 위해 감쇠시간

이 작은 물질이 개발되고 있다 특히 적색발광체인 는 감쇠시간 Pt(OEP)

이 약 정도로 아주 크기 때문에 감쇠시간이 약 정도인100 sec 1 secμ μ

를 중심으로 연구개발이 진행되고 있으며 최근에는 효율이 높Ir-complex

은 청색 인광 유기 물질이 개발되고 있어 총천연색 인광 유기 디EL EL

스플레이 개발이 촉진되고 있다 또한 인광 유기 소자는 형광 유기 EL

소자에 비해 수명이 짧은 것으로 알려져 있으며 소자수명은 인광물EL

질 자체 및 도핑매트릭스 발광층 등 물질 및 소자구조에 의해 크게 좌우( )

된다

- 20 -

콘트라스트콘트라스트콘트라스트콘트라스트(3)(3)(3)(3)

유기 소자는 음극으로 일함수가 작은 금속박막을 주로 사용하며 금EL

속박막은 반사율이 크기 때문에 결과적으로 금속박막을 사용하는 유기

소자는 콘트라스트가 좋지 않아 명암비를 향상시키기 위해 주로 편EL

광판을 많이 사용한다 그림 하지만 편광판은 그림 에서 보lt 10(a)gt lt 10(b)gt

는 것처럼 발생된 빛을 약 정도 흡수하기 때문에 소자효율이 감소한50

다 따라서 편광판을사용하지 않고 콘트라스트를 향상시키기 위해 많은

연구가 진행되고 있다 현재까지 알려진 방법은 양극과 정공 수송층 사이

에 을 삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 을carbon black carbon

삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 굴절율을 조절할 수 있는 산

화물을 삽입하는 방법 등이 있다

(a)

- 21 -

(b)그림 유기 소자의 반사 및 편광판 사용시 효율 변화lt 10gt EL

유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절(4) EL(4) EL(4) EL(4) EL

유기 발광 소자는 무기 발광 소자에 비해 발광하는 빛이 자연스러우며

인간에게 친숙하다 유기 소자의 발광색을 조절하기 위해서 다양한 EL

발광층 재료 및 도핑 재료 등이 연구되고 있다 대부분의 형광 및 인광

소자는 전이로 인하여 발광하는 빛의 스펙트럼이 넓어 색순도를 높- π π

일 필요가 있다

형광 유기 소자의 발광 스펙트럼의 은 약 정도이EL FWHM 80-100nm

며 혹은 등의 인광 유기 소자의 발광 스펙트럼 Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

은 약 정도이다 혹은 등의 란탄족 금속 착화합FWHM 30-70nm Eu Tb

물을 이용한 인 광유기 소자는 발광 스펙트럼 이 이하EL FWHM 10nm

로 색순도가 우수하나 소자효율 소자수명 등이 개선되어야 한다 한편

빛의 간섭효과를 이용하여 형광 및 인광 소자의 색순도를 향상시키기 위

한 연구 역 시진행되고 있다 빛의 간섭효과를 이용하면 그림 에서 lt 11gt

보는 것처럼 발광색의 색순도를 어느 정도 향상 시킬 수 있다

- 22 -

유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동(5) EL(5) EL(5) EL(5) EL

유기 소자를 디스플레이에 응용하기 위하여 또한 소자의 전하주입EL

및 재결합특성을 연구하기위해 펄스구동특성에 관한 연구가 진행되고 있

다 소자에 펄스를 가하면 빛의 세기는 시간에 따라 지수 함수적으로 증

가하며 소자에 전압을 제거하면 빛은 시간에 따라 지수 함수적으로 감소

한다 시간에 따른 빛의 세기 증가곡선과 세기감소 곡선은 일반적으로 대

칭이 아니다 빛의 세기 증가곡선은 소자의 전하주입특성 구동전압 소자

의 용량 등에 의해 변화하며 일반적으로 전하주입이 용이할(capacitance)

수록 빛의 세기는 시간에 따라 급속히 증가한다 빛의 세기 감소곡선은

감쇠시간 소자의 용량 발광층 재료 등에 의해 좌우되는 것으로 알려PL

져 있다 이러한 현상으로 인해 펄스 구동시 소자의 휘도 Transient EL

는 구동 주파수에 따라 변한다 그림 는 소자의 구동 주파수 특성을 lt 12gt

나타낸 것으로 약 까지는 휘도가 변화하지 않으며 그 이상에서1 KHz

소자가 동작할 경우 휘도는 감소한다[4]

그림 유기 소자 각층에서 빛의lt 11gt EL

간섭현상을 이용한 발광스펙트럼 조절

- 23 -

의 분류의 분류의 분류의 분류22 OLED22 OLED22 OLED22 OLED

221221221221 재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류 는 발광층을 이루는 재료에 따라 단분자OLED

와 고분자 로 구동 방식에 따라 수동형OLED OLED (PM Passive Matrix

과 능동형 으로 구분된다Type) (AMActive Matrix Type)

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림그림그림그림lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt 구조와 구조구조와 구조구조와 구조구조와 구조(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix

에 사용되는 핵심 소재는 물질 구조적 측면에서 크게 두 가지 즉OELD

색소 분자라 불리는 저분자 유기 소재와 공역의 도전성 고분- (conjugated)π

(a) (b)

그림 유기 소자의 현상과 펄스 구동시 휘도 변화lt 12gt (a) EL Transient EL (b)

- 24 -

자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

- 25 -

구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

- 26 -

2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

- 27 -

을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

- 28 -

정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

- 29 -

낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

- 30 -

접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

- 31 -

해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

- 32 -

공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

- 33 -

그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

- 34 -

로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

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전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

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은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

- 38 -

등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

- 39 -

과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

4 F Furakawa Y Terasaka H Ueda and M Matuura 29-a-NK-3

5 A Berntsen Y Croonen R Cuijpers B Habets C Liedenbaum H Schoo

RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

Optical Engineering) Vol 3148314831483148

6 C W Tang S A Vanslyke and C H Chen J Appl Phys 1989198919891989 65 3610

7 K Yamashita T Mori and T Mizutani 3-a-2Q-12 58th Academic Lecture

of Applied Physics

8 OPTICS LETTERS Vol 22 No 6 March 15 1997

9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 5 -

년부터 제품생산에 착수하고 의 자회사인 돗토리 산요전Full Color Sanyo

기의 공장일부를 용으로 교체해 생산규모를 확대하였으며LCD OLED

년 합계 억엔의 매출달성과 이상의 세계 시장점유를 목표로 하2004 700 30

고 있음 또한 는 년 월 백색 와 컬러필터를 사용하는 Sanyo 2002 10 OLED

방식으로 발광 효율 내는 인치의 디스플레이를 선15cdA 147 AM OLED

보였고 및 과 양산 장비 개발을 공동추진중임 Ulvac Kodak

는 년 방식의 풀컬러 를 개발Sony 2001 top emission 1 3 AM OLED Prime

년에는 인치 장을 붙인 인치 를 개발 년 월에는 세2003 1 2 4 24 OLED 2004 9

계 최대 크기의 클리에라는 를 에 탑재함38 AM OLED PDA Prime

는 와 합작으로Toshiba Matsusita Toshiba-Matsushita Display

그림 의 디지털카메라와lt 1gt (a)SK Display AM OLED 22 (b) QVGA 147Prime

그림 의 세계 최대 급 제품lt 2gt Sony 38 PDAPrime

방식(Top Emission 480times320

콘트라스트비 시야각 상하좌우 도1000 1 180 )

- 6 -

를 설립하여 만컬러 그레이스케일을 지원하Technology(TMD) 285 26 64Prime

는 시제품을 출시하였고 를 휴대폰용으로 년 월OLED 22 OLED 2002 10Prime

부터 양산하고 있으며 고분자를 이용한 방식으로Ink-Jet 17 AM OLEDPrime

를 개발함

은 년 분기부터 이동전화단말기와 디지털카메라시Seiko-Epson 2002 44

장을 목표로 하여 를 양산하고 있으며 고분자를 이용한 프OLED Ink-jet

린팅 기술로 중 최대크기제품인 만컬러의OLED 40 WXGA (1280times768) 26 Prime

를 년 월에 발표하였으며 년까지 상용화 할 계획임AM OLED 2004 5 2007

사는 저분자 를 처음으로 고안하여 및Eastman Kodak OLED PM AM

관련 원천특허기술을 보유하고 있으며 Pioneer TDK Optrex OPTO

등 여 곳이 넘는 방식업체와 등 업Tech Teco 10 PM eMagin Sanyo AM

체 및 국내의 삼성 등과 관련라이센스를 체결하였고 최근에는SDI OLED

에 저분자 에 대한라이센스를 공여Truly Internationl Holdings PM OLED

하였음

또한 사는 금속대신에 투명한 타입과 타입으로 도핑된 유Kodak n - p -

기층들의 조합으로 유기전극을 개발해서 개의 인광 층을 적층한 녹3 OLED

색 소자를 제작 최대발광효율은 에 도달하고 최Tandem OLED 1363cdA

대 휘도는 만 이상인 제품을 발표하였음10 cdcm

미국 대학의 교수와 의Princeton S R Forrest U S C M E

교수팀은인광색소를 이용하여 삼중항상태에서도 효과적으로 빛Thompson

을 내는 녹색과 적색의 고효율 소자를 개발함OLED

와 및 대UDC(Universal Display Corp) Princeton Southern California

학은 양면에서 발광되는 TOLED(Transparent Organic Light Emitting

휘도와 해상도를 높인 그리고 유연Device) SOLED(Stacked pixel OLED)

성이 있는 라 명명한 종류의 을 개발 중임FOLED(Flexible OLED) 3 OLED

- 7 -

는 차세대 전략사업으로 라는 자사 대표브랜드를Dupont Display Olight

내놓았으며 향후 디스플레이와 플라스틱회로기판에 대한 다양 Full Color

한 디스플레이에 적용될 것이라고 예상함 또한 와 라이센스협약을 통 UDC

해 연구개발비 절감과 개발기간을 대폭 단축시킬 수 있을 것으로 기대함

사는 계열 물질 상표명Dow Chemical polyfluorene RGB ( LumationTM)

을 시판하고 있음 의 공장에 수백만 달러를 투자하는 Michigan Midland 2

단계의 상용화 생산설비 확장계획Lumation LEP (Lightemitting polymer)

을 가지고 있으며 현재 제 단계 확장계획을 마무리 한 상태임1

는 고분자 를 중심으로 원CDT(Cambridge Display Technology) OLED

천기술 제조장비 유기재료 등 전반적인 개발을 추진하고 있으며

과 함께 방식으로 를 기판Seiko-Epson Ink-jet Printing AM OLED Plastic

위에 개발한바 있음 고분자 발광체에 대한 기본 특허를 가지고 있는 동사

는 직접 생산을 하지 않는다는 전략으로 등에 라Dupont Display Philips

이센스를 대여하고 있음

영국 사에서는 높은 발광효율을 내는 저분자 인광 의 장점Opsys OLED

과 고분자 에 사용되는 스핀코팅법의 경제적인 장점을 결합하는 약OLED

의 높은 발광효율을 나타내는 덴드리머 를 개발28cdA (dendrimer) OLED

함

독일 은 고분자 발광물질과 유연성있는 디스플레이개발에 집중Covion

하고 있으며 네덜란드 사는 고분자 를 라는 명칭으 Philips OLED Poly LED

로 부르며 전기면도기에 적용하여 시판하고 있으며 최근 에 잉크 SID 2004

젯 프린팅 방식으로 제작한 를 발표하였음13 Full-color AM OLED TV Prime

- 8 -

대만의 등의 업체는 소형RiT-Display AU Optronics Opto Tech PM

휴대폰 및 기타 의 상용화에 성공하여 시장선OLED ( Mobile Application)

점에 앞서있는 추세이며 선두업체인 는 게임 용 RiTDisplay Mobile PDA

카오디오용 디스플레이를 개발 중이고 현재 와Full Color Mono Color

제품을 합해 월 만개 규모의 양산라인을 가동하고 있음Multi Color 80

와 의 합작사인 은CMO(Chimei OptoElectronics) IBM Japan IDTech

년 최초로 비정질실리콘 를 사용하여 의 시2003 (a-Si) TFT 20 AM OLEDPrime

제품 개발에 성공하여 대규모 신규 투자없이 기존의 기술을 기a-Si TFT

반으로 저가 중대형 가 성공적으로 도입 되었을 경우 및 모니터OLED TV

용 시장이 활성화 될 것으로 예상됨 대면적 의 기OLED a-Si AM OLED

술적성과는 가 제품구현이 훨씬 어려운 보다도 가 대부OLED TV 14 ~17Prime Prime

분인 모니터 시장을 공략하여 저가형 대면적 가 활성화된다PC AM OLED

면 상대적으로 고가이며 기술적으로 어려운 저온폴리실리콘 기술의(LTPS)

한계를 극복할 수 있을것으로 예상됨

대학의 교수는 년 단위소자를 수직으로Yamagata J Kido 2003 OLED

여러 층을 적층하여 전기적으로 연결한 구조를 개발하여 발광효율tandem

이 적층수에 비례하는 것을 보였으며 형의 multiphoton generation OLED

그림 의lt 3gt Philips Polymer

를 채용한 전기 면도기OLED

- 9 -

를 이용해서 를 도핑한 녹색 의 효율이 까지 되는 것C545T O LED 48cdA

을 발표했음

재료측면에서 볼 때 화학 등 몇몇 업체는 고분자재료를 개발Sumitomo

중이며 Idemitsu Kosan Toyo Ink Chemi Pro Bando Chemical Kyushu

대학 대학 대학 등이 저분자소재 개발을 진행하고 있 Yamagata Osaka

음

한편 기계장치 및 제조설비의 선진기술을 다양하게 갖추고 있는 일본은

연구단계에서 양산에 이르기까지 의 산업화를 위해 본격적인 장비기OLED

술을 확보해 나가고 있으며 대표적인 장비회사인 등은 자국 Tokki Ulvac

내 뿐만 아니라 한국 대만 북미 유럽에 이르기까지 다양한 판로를 개척

해 놓은 상태임

또한 은 법을 이용한Axitron OVPD(Organic Vapor Phase Deposition)

장비를 개발하고 있으며 와 투습 방지막에 대한 연구를 진행하고 있 Vitex

음 또한 인광재료를 앞세워 전략적으로 및 제조업체와의 AM PM OLED

공동프로그램을 활성화하고 있음

사는 기판상에 저분자 를 집적화시켜 마이크로 디스플eMagin Si OLED

레이를 구현하였으며 사는 최근 세계 최초 MED(Micro Emissive Displays)

로 고분자 를 사용한 마이크로 디스플레이를 공개함 마이크로 디스OLED

플레이는 현재 적용되는 분야와 시장규모의 측면에 있어서 제한이 있지만

상용화될 경우 특수 분야 게임기 및 기타 오락용 적용 분야에 있어서 유

망할 것으로 기대됨

국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향132132132132

국내 기술은 아직 원천기술이 부족하고 성장기반이 미약하며 OLED

관련 인프라도 취약한 실정이나 짧은 기간 동안 빠른 속도로 발전하여 양

산 및 제품화 기술에 있어서는 세계적인 수준에 도달하고 있는 것으로 평

- 10 -

가받고 있음

국내에서는 전자 삼성 오리온전기 등에서 상용화를 위해 많은LG SDI

연구개발을 진행하고 있으며 표 에 국내 기업들의 유기 소재 개발 [ 11] EL

동향을 나타내었다 저분자 유기 재료에 대해서는 화학 및 전자 EL LG LG

기술원 삼성 네스디스플레이 경상대 홍익대 서울대 등에서 일부 연 SDI

구개발이 이루어지고 있으나 대부분의 원천기술특허는 일본과 미국에서

확보하고 있다 고분자 재료물질은 와 등에서 국내 및 국제 KIST KAIST

표 국내 소재 개발동향lt 1gt

- 11 -

물질특허를 갖고 있으나 대부분의 원천기술특허를 Dow Covion Unix

등과 같은 외국업체들이 선점하고 있다 국내에서도 유기 관련CDT EL

특허의 적극적인 출원을 통해 상품화에 대비하고 있으나 아직은 해외 경쟁

사에 비해 미미한 수준이며 특히 신소재에 대한 연구개발은 일부 출연연

구소 및 대학에 국한되어 있다

유기 의 제품화에 박차를 가하고 있는 기업으로는 삼성 와 전자EL SDI LG

등의 대기업과 엘리아테크 네스 네오디스플레이 등의 벤LG-Philips LCD

처기업이 있다 삼성 의 경우 이동전화 및 SDI CNS(Car Navigation

용 양산라인을 보유하고 있으며 년 하반기부터는 인치급 컬System) 2001 2

러 유기 을 생산하고 있다 전자의 경우 유기 을 이동전화 단말기EL LG EL

상용 모델에 적용한 사례가 있으며 구미 공장에서 연간 만개 정도를 1200

생산하고 있다 이 외에도 는 유기 연구개발팀을 구성 LG-Philips LCD EL

하여 생산화를 위한 작업을 시작하였으며 네스 네오디스플레이 등에서도

년부터 인치급 이동통신 단말기용 유기 패널을 공급하고 있다2001 15 EL

[3]

표 국내 주요 업체의 개발 현황lt 2gt OLED

- 12 -

본론본론본론본론2222

의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리21 OLED21 OLED21 OLED21 OLED

적층구조적층구조적층구조적층구조1)1)1)1)

유기 는 기본적으로 그림 과 같이 기판 유리 플라스틱 등 과 상부LED lt 4gt ( )

및 하부전극 양극과 음극 그리고 두 전극 내에 유기 발광층이 삽입되어( )

있는 구조로 되어 있다 유기 의 적층 구조는 크게 단층 과 EL (single-layer)

다층 으로 나눌 수 있는데 그림 의 와 같이 한 개의 유(multi-layer) lt 4gt (A)

기층이 존재한다고 하여 단층 구조라 하며 와 같이 전하의 주입을 더 (B)

욱 활성화시키기 위하여 발광층의 상부 및 하부에 각각 전자 운송층

정공 운송층 등을 적층화(Electron transport layer) (hole transport layer)

한 구조를 다층 구조라고 한다 다층 구조는 캐리어들이 직접 주입되지 않

고 전송층 통과라는 단계 주입 과정을 통해 전압을 낮출 수 있다 또한2

발광층에 주입된 전자와 정공이 발광층을 거쳐 반대편 전극으로 이동시 반

대편 전송층에 막힘으로써 재결합 조절이 가능하며 전자와 정공 재결합에

의해 생성되는 이 전극과 발광층 사이의 경계면에 형성되Singlet excition

어 물질의 발광을 감속하는 현상을 막을 수 있다 이를 통해 발광 효율은

높일 수 있다

(A)

- 13 -

(B)

그림 단층 및 다층 구조의 유기[ 4] (A) (B) LED

발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘2)2)2)2)

먼저 간단하게 그림 을 가지고 발광 메커니즘에 대해 언급하겠다 전lt 5gt

원이 공급되면 전자가 이동하면서 전류가 흐르게 되는데 음극에서는 전자

가 전자 수송층의 도움으로 발광층으로 이동하고 마찬가지로 양극에서(-)

는 홀이 홀 수송층의 도움으로 발광층으로 이동한다 유기 물질인 발광층

에서 만난 전자와 홀은 높은 에너지를 갖는 여기자를 생성하게 되는데 이

때 여기자가 낮은 에너지로 떨어지면서 빛을 발생하게 된다 발광층을 구

성하고 있는 유기 물질이 어떤 것이냐에 따라 빛의 색깔이 달라지게 되며

를 내는 각각의 유기 물질을 이용하여 를 구현할 수 있R G B Full color

다

그림 발광 원리lt 5gt OLED

- 14 -

그림 와 그림 으로 좀 더 자세하게 살펴보자lt 6gt lt 7gt

양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입된다 주입된 전자와

정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자 가 생성되고 여(exicton)

기자는 확산하며 빛이 생성되며 에너지 준위가 낮은 상태가 된다 그림 lt

생성된 빛은 투명한 전극 및 기판 쪽으로 방출된다 소자의 에너지7-(A)gt

준위를 나타내는 그림 에서 보는 것처럼 양극에서는 정공이 주입되lt 7-(B)gt

기 쉽고 음극에서는 전자가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함

수보다 준위가 크기 때문에HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)

정공의 주입에 대한 장벽이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital)

이 존재한다 따라서 유리 소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 EL

및 저자의 주입 장벽이 작아야 함을 쉽게 추론할 수 있다

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

그림 발광 단계lt 6gt OLED

- 15 -

p+ n+i

Ev

Ec

EFp

EFn

(A)

(B)그림 발광 메커니즘lt 7gt

발광 효율발광 효율발광 효율발광 효율3)3)3)3)

유기 소자의 외부양자효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로 방출되EL

는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

times times times - - - - (1)

여기서 는 외부양자효율이며 는 내부양자효율 주입된 전하의 수에(

대한 생성된 광자의 수의 비) 는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으로 나

오는 비율이다 내부양자효율 ( 은 재결합효율) ( 주입된 전하의 수에

대한 생성된 여기자의 수의 비 과광자효율) ( 로 표시된다 광자효율은 뒤)

에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비 물질의 양자효율 PL

여기자의 광자생성효율 등에 의해 결정된다(radiative decay efficiency)

- 16 -

따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된전자와정공이재결합EL

될확률을증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사용하고 소자

내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수 있도록 소

자를 디자인 하는 것이 중요하다

전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동(1)(1)(1)(1)

주입된 전자와 정공이 재결합 될 확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전

자와 정공의수가 균형을 이루어야 한다 또한 이와 동시에 소자의 구동전

압을 낮추기 위해선 저 전압에서 충분한 수의 전하가 주입되어야 한다

따라서 전극과 유기물층의 계면에 존재하는 전하주입에 대한장벽을 조절

하는 것이 중요하다 정공의 주입을 위해서는 약 두께의 100 -200nm ITO

박막이 가장 일반적으로 사용된다 박막은 일함수가 약 ITO 44 -45eV

정도인 반면 유기물층의 준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으 LUMO

로 보다 크기 때문에 와 유기물층 사이에 정공주입에 대한 장45eV ITO

벽이 존재하며 이 장벽을 낮추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고

있다 첫째는 의 일함수를 증가시키는 방법이며 나머지는 와 유 ITO ITO

기물층 사이에 의 일함수보다 크고 유기물층의 준위보다는ITO LUMO

작거나 같은 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법( )

이다 전극의 일함수를 증가시키기 위해서 여러 가지 방법이 시도되 ITO

고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 전극의 표면처리를 통해ITO

전극표면의 일함수를 변화시키는 방법이다 표면처리는 기계적인ITO

방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등이 시도되고 있으

며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감소되며 수소 플 ITO

라즈마 처리방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장 효율적인 일함

수 증가방법은 에 의한 표면식각 및 산소 플라즈마 처리Aquaregia ITO

방법 등이 있다 이러한 표면처리에 의한 일함수 변화는 표면의 산 ITO

화 및 환원과 관계가 있는듯하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규명되지

않았다

전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송ITO (

층 을 삽입하는 방법 또한 정공주입 효율을 증가시키기 위해 많은 연구)

- 17 -

가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 정도의 산 1-5nm

화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의 경우

혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우 혹PANI PEDOT MTDATA

은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되CuPc 50 eV LUMO

고 있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기

때문에 이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수TPD NPD

송층이 유기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다

그림 는 고분자 유기 소자에서 산소표면처리 및 정공lt 8gt PPV EL ITO

주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림에서 는 표면처리와 정공 주입층 B

의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경우 그림 보다 효율 및 최lt 8-Agt

대 휘도가 약 배 이상 증가한다5

전자의 효율적인 주입을 위해서 일함수가 작은Ca Mg MgLi MgAg

등의 금속박막이 주로 음극으로 사용된다 이러한 금속박막과 유기발광층

의 계면에도 전자의 주입장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키

기 위해서 등의 무기 산화막을 금속과 유기물층 사이에 삽입하는 방LiF

법 혹은 유기전자 주입층을 삽입하는 방법 등이 연구 되고 있다 특히

박막의 삽입에 관한 연구가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인LiF

그림 고분자 유기 소자에서lt 8gt PPV EL ITO

표면처리 및 정공 주입층의 효과

- 18 -

역시 어느 정도 규명되고 있다

발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자(2) EL(2) EL(2) EL(2) EL

그림 에 전자와 정공의 재결합 및 발광기구의 에너지 준위도를 나타lt 9gt

내었다 전자와 정공의 재결합에 의해 전자스핀이 배열되는 방법에 따라

약 의 일중항 과 약 의 삼중항 의 여기자가 생성25 (singlet ) 75 (triplet)

된다 일반적인 유기물질의 경우 일중항이 기저상태 로 돌 (ground state)

아올 때 빛이 생성되며 삼중항은 빛이 생성되지 않고 열 등의 형태로 에

너지가 분산된다 일중항의 감쇠시간 은 수 나노 초 이 (decay time) (nano)

하이며 이러한 물질을 유기형광체라 한다 반면 삼중항도 발광에 참여하

는 물질이 있으며 이때의 감쇠시간은 수 마이크로 초에서 수 밀리 (micro)

초 정도이며 이러한 물질을 유기인광물질이라 한다 삼중항이 발광(milli)

에 참여하는 경우 이론적인 내부양자효율은 가 되며 이론 외부양자100

효율은 약 가 된다20

수식 의 외부양자효율은 수식 와 같이 나타낼 수 있다(1) (2)

- - - - (2)

그림 전자와 정공의 재결합 및lt 9gt

발광기구의 에너지준위도

- 19 -

여기서 는 재결합에 의해 생성된 일중항의 비율 는 형광체의 PL

양자효율 은 일중항의 광자생성효율 이(radiative decay efficiency)

며 는 삼중항의 비율 는 인광체의 양자효율PL 는 삼중항의

광자생성효율이다

양자효율이 높은 물질을 발광층에 도핑함에 의해 유기 소자의 효PL EL

율을 증가시키며 색을 변화시킬 수 있다 일반적으로 사용되는 형광도판

트는 등이 있으며 인광도판트coumarin6 rubrene DCJTB DSA armine

는 등이 있다 형광도판트를 사용하는 형광 유기 소Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

자는 문제점으로 지적되어온 소자의 수명 및 적색소자의 효율 등의 급속

히 개선되고 있어 실용화에 근접해있다 인광 유기 소자 역시 개발 EL

기간이 짧음에도 불구하고 급속히 진전되고 있어 현재 외부양자효율이

내부양자효율 약 의 녹색 인광 유기 소자가 발표되고 있21( 100) EL

다 인광 유기 소자 구조는 기존의 형광 유기 소자와는 달리 발광 EL EL

층으로 밴드갭이 큰 청색 물질을 일반적으로 사용PL(photoluminescence)

하며 이러한 물질들은 준위가 크기 때문에 정공 이동 제어층을HOMO

발광층과 전자 수송층 사이에 삽입하여 정공을 발광층에 포집시킨다 또

한 발광층의 전자이동성이 나쁘기 때문에 구동전압이 형광소자에 비해

약간 크다

인광 유기 소자는 감쇠시간이 길기 때문에 소자를 통해 흐르는 전류EL

가 증가하면 삼중항 삼중항소멸 기구에 - (Triplet -Triplet Annihilation)

의해 양자효율이 감소하는 현상이 있으며 이를 개선하기 위해 감쇠시간

이 작은 물질이 개발되고 있다 특히 적색발광체인 는 감쇠시간 Pt(OEP)

이 약 정도로 아주 크기 때문에 감쇠시간이 약 정도인100 sec 1 secμ μ

를 중심으로 연구개발이 진행되고 있으며 최근에는 효율이 높Ir-complex

은 청색 인광 유기 물질이 개발되고 있어 총천연색 인광 유기 디EL EL

스플레이 개발이 촉진되고 있다 또한 인광 유기 소자는 형광 유기 EL

소자에 비해 수명이 짧은 것으로 알려져 있으며 소자수명은 인광물EL

질 자체 및 도핑매트릭스 발광층 등 물질 및 소자구조에 의해 크게 좌우( )

된다

- 20 -

콘트라스트콘트라스트콘트라스트콘트라스트(3)(3)(3)(3)

유기 소자는 음극으로 일함수가 작은 금속박막을 주로 사용하며 금EL

속박막은 반사율이 크기 때문에 결과적으로 금속박막을 사용하는 유기

소자는 콘트라스트가 좋지 않아 명암비를 향상시키기 위해 주로 편EL

광판을 많이 사용한다 그림 하지만 편광판은 그림 에서 보lt 10(a)gt lt 10(b)gt

는 것처럼 발생된 빛을 약 정도 흡수하기 때문에 소자효율이 감소한50

다 따라서 편광판을사용하지 않고 콘트라스트를 향상시키기 위해 많은

연구가 진행되고 있다 현재까지 알려진 방법은 양극과 정공 수송층 사이

에 을 삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 을carbon black carbon

삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 굴절율을 조절할 수 있는 산

화물을 삽입하는 방법 등이 있다

(a)

- 21 -

(b)그림 유기 소자의 반사 및 편광판 사용시 효율 변화lt 10gt EL

유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절(4) EL(4) EL(4) EL(4) EL

유기 발광 소자는 무기 발광 소자에 비해 발광하는 빛이 자연스러우며

인간에게 친숙하다 유기 소자의 발광색을 조절하기 위해서 다양한 EL

발광층 재료 및 도핑 재료 등이 연구되고 있다 대부분의 형광 및 인광

소자는 전이로 인하여 발광하는 빛의 스펙트럼이 넓어 색순도를 높- π π

일 필요가 있다

형광 유기 소자의 발광 스펙트럼의 은 약 정도이EL FWHM 80-100nm

며 혹은 등의 인광 유기 소자의 발광 스펙트럼 Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

은 약 정도이다 혹은 등의 란탄족 금속 착화합FWHM 30-70nm Eu Tb

물을 이용한 인 광유기 소자는 발광 스펙트럼 이 이하EL FWHM 10nm

로 색순도가 우수하나 소자효율 소자수명 등이 개선되어야 한다 한편

빛의 간섭효과를 이용하여 형광 및 인광 소자의 색순도를 향상시키기 위

한 연구 역 시진행되고 있다 빛의 간섭효과를 이용하면 그림 에서 lt 11gt

보는 것처럼 발광색의 색순도를 어느 정도 향상 시킬 수 있다

- 22 -

유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동(5) EL(5) EL(5) EL(5) EL

유기 소자를 디스플레이에 응용하기 위하여 또한 소자의 전하주입EL

및 재결합특성을 연구하기위해 펄스구동특성에 관한 연구가 진행되고 있

다 소자에 펄스를 가하면 빛의 세기는 시간에 따라 지수 함수적으로 증

가하며 소자에 전압을 제거하면 빛은 시간에 따라 지수 함수적으로 감소

한다 시간에 따른 빛의 세기 증가곡선과 세기감소 곡선은 일반적으로 대

칭이 아니다 빛의 세기 증가곡선은 소자의 전하주입특성 구동전압 소자

의 용량 등에 의해 변화하며 일반적으로 전하주입이 용이할(capacitance)

수록 빛의 세기는 시간에 따라 급속히 증가한다 빛의 세기 감소곡선은

감쇠시간 소자의 용량 발광층 재료 등에 의해 좌우되는 것으로 알려PL

져 있다 이러한 현상으로 인해 펄스 구동시 소자의 휘도 Transient EL

는 구동 주파수에 따라 변한다 그림 는 소자의 구동 주파수 특성을 lt 12gt

나타낸 것으로 약 까지는 휘도가 변화하지 않으며 그 이상에서1 KHz

소자가 동작할 경우 휘도는 감소한다[4]

그림 유기 소자 각층에서 빛의lt 11gt EL

간섭현상을 이용한 발광스펙트럼 조절

- 23 -

의 분류의 분류의 분류의 분류22 OLED22 OLED22 OLED22 OLED

221221221221 재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류 는 발광층을 이루는 재료에 따라 단분자OLED

와 고분자 로 구동 방식에 따라 수동형OLED OLED (PM Passive Matrix

과 능동형 으로 구분된다Type) (AMActive Matrix Type)

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림그림그림그림lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt 구조와 구조구조와 구조구조와 구조구조와 구조(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix

에 사용되는 핵심 소재는 물질 구조적 측면에서 크게 두 가지 즉OELD

색소 분자라 불리는 저분자 유기 소재와 공역의 도전성 고분- (conjugated)π

(a) (b)

그림 유기 소자의 현상과 펄스 구동시 휘도 변화lt 12gt (a) EL Transient EL (b)

- 24 -

자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

- 25 -

구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

- 26 -

2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

- 27 -

을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

- 28 -

정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

- 29 -

낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

- 30 -

접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

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해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

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공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

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그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

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로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

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전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

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은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

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등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

- 39 -

과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

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이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

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결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

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10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

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를 설립하여 만컬러 그레이스케일을 지원하Technology(TMD) 285 26 64Prime

는 시제품을 출시하였고 를 휴대폰용으로 년 월OLED 22 OLED 2002 10Prime

부터 양산하고 있으며 고분자를 이용한 방식으로Ink-Jet 17 AM OLEDPrime

를 개발함

은 년 분기부터 이동전화단말기와 디지털카메라시Seiko-Epson 2002 44

장을 목표로 하여 를 양산하고 있으며 고분자를 이용한 프OLED Ink-jet

린팅 기술로 중 최대크기제품인 만컬러의OLED 40 WXGA (1280times768) 26 Prime

를 년 월에 발표하였으며 년까지 상용화 할 계획임AM OLED 2004 5 2007

사는 저분자 를 처음으로 고안하여 및Eastman Kodak OLED PM AM

관련 원천특허기술을 보유하고 있으며 Pioneer TDK Optrex OPTO

등 여 곳이 넘는 방식업체와 등 업Tech Teco 10 PM eMagin Sanyo AM

체 및 국내의 삼성 등과 관련라이센스를 체결하였고 최근에는SDI OLED

에 저분자 에 대한라이센스를 공여Truly Internationl Holdings PM OLED

하였음

또한 사는 금속대신에 투명한 타입과 타입으로 도핑된 유Kodak n - p -

기층들의 조합으로 유기전극을 개발해서 개의 인광 층을 적층한 녹3 OLED

색 소자를 제작 최대발광효율은 에 도달하고 최Tandem OLED 1363cdA

대 휘도는 만 이상인 제품을 발표하였음10 cdcm

미국 대학의 교수와 의Princeton S R Forrest U S C M E

교수팀은인광색소를 이용하여 삼중항상태에서도 효과적으로 빛Thompson

을 내는 녹색과 적색의 고효율 소자를 개발함OLED

와 및 대UDC(Universal Display Corp) Princeton Southern California

학은 양면에서 발광되는 TOLED(Transparent Organic Light Emitting

휘도와 해상도를 높인 그리고 유연Device) SOLED(Stacked pixel OLED)

성이 있는 라 명명한 종류의 을 개발 중임FOLED(Flexible OLED) 3 OLED

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는 차세대 전략사업으로 라는 자사 대표브랜드를Dupont Display Olight

내놓았으며 향후 디스플레이와 플라스틱회로기판에 대한 다양 Full Color

한 디스플레이에 적용될 것이라고 예상함 또한 와 라이센스협약을 통 UDC

해 연구개발비 절감과 개발기간을 대폭 단축시킬 수 있을 것으로 기대함

사는 계열 물질 상표명Dow Chemical polyfluorene RGB ( LumationTM)

을 시판하고 있음 의 공장에 수백만 달러를 투자하는 Michigan Midland 2

단계의 상용화 생산설비 확장계획Lumation LEP (Lightemitting polymer)

을 가지고 있으며 현재 제 단계 확장계획을 마무리 한 상태임1

는 고분자 를 중심으로 원CDT(Cambridge Display Technology) OLED

천기술 제조장비 유기재료 등 전반적인 개발을 추진하고 있으며

과 함께 방식으로 를 기판Seiko-Epson Ink-jet Printing AM OLED Plastic

위에 개발한바 있음 고분자 발광체에 대한 기본 특허를 가지고 있는 동사

는 직접 생산을 하지 않는다는 전략으로 등에 라Dupont Display Philips

이센스를 대여하고 있음

영국 사에서는 높은 발광효율을 내는 저분자 인광 의 장점Opsys OLED

과 고분자 에 사용되는 스핀코팅법의 경제적인 장점을 결합하는 약OLED

의 높은 발광효율을 나타내는 덴드리머 를 개발28cdA (dendrimer) OLED

함

독일 은 고분자 발광물질과 유연성있는 디스플레이개발에 집중Covion

하고 있으며 네덜란드 사는 고분자 를 라는 명칭으 Philips OLED Poly LED

로 부르며 전기면도기에 적용하여 시판하고 있으며 최근 에 잉크 SID 2004

젯 프린팅 방식으로 제작한 를 발표하였음13 Full-color AM OLED TV Prime

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대만의 등의 업체는 소형RiT-Display AU Optronics Opto Tech PM

휴대폰 및 기타 의 상용화에 성공하여 시장선OLED ( Mobile Application)

점에 앞서있는 추세이며 선두업체인 는 게임 용 RiTDisplay Mobile PDA

카오디오용 디스플레이를 개발 중이고 현재 와Full Color Mono Color

제품을 합해 월 만개 규모의 양산라인을 가동하고 있음Multi Color 80

와 의 합작사인 은CMO(Chimei OptoElectronics) IBM Japan IDTech

년 최초로 비정질실리콘 를 사용하여 의 시2003 (a-Si) TFT 20 AM OLEDPrime

제품 개발에 성공하여 대규모 신규 투자없이 기존의 기술을 기a-Si TFT

반으로 저가 중대형 가 성공적으로 도입 되었을 경우 및 모니터OLED TV

용 시장이 활성화 될 것으로 예상됨 대면적 의 기OLED a-Si AM OLED

술적성과는 가 제품구현이 훨씬 어려운 보다도 가 대부OLED TV 14 ~17Prime Prime

분인 모니터 시장을 공략하여 저가형 대면적 가 활성화된다PC AM OLED

면 상대적으로 고가이며 기술적으로 어려운 저온폴리실리콘 기술의(LTPS)

한계를 극복할 수 있을것으로 예상됨

대학의 교수는 년 단위소자를 수직으로Yamagata J Kido 2003 OLED

여러 층을 적층하여 전기적으로 연결한 구조를 개발하여 발광효율tandem

이 적층수에 비례하는 것을 보였으며 형의 multiphoton generation OLED

그림 의lt 3gt Philips Polymer

를 채용한 전기 면도기OLED

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를 이용해서 를 도핑한 녹색 의 효율이 까지 되는 것C545T O LED 48cdA

을 발표했음

재료측면에서 볼 때 화학 등 몇몇 업체는 고분자재료를 개발Sumitomo

중이며 Idemitsu Kosan Toyo Ink Chemi Pro Bando Chemical Kyushu

대학 대학 대학 등이 저분자소재 개발을 진행하고 있 Yamagata Osaka

음

한편 기계장치 및 제조설비의 선진기술을 다양하게 갖추고 있는 일본은

연구단계에서 양산에 이르기까지 의 산업화를 위해 본격적인 장비기OLED

술을 확보해 나가고 있으며 대표적인 장비회사인 등은 자국 Tokki Ulvac

내 뿐만 아니라 한국 대만 북미 유럽에 이르기까지 다양한 판로를 개척

해 놓은 상태임

또한 은 법을 이용한Axitron OVPD(Organic Vapor Phase Deposition)

장비를 개발하고 있으며 와 투습 방지막에 대한 연구를 진행하고 있 Vitex

음 또한 인광재료를 앞세워 전략적으로 및 제조업체와의 AM PM OLED

공동프로그램을 활성화하고 있음

사는 기판상에 저분자 를 집적화시켜 마이크로 디스플eMagin Si OLED

레이를 구현하였으며 사는 최근 세계 최초 MED(Micro Emissive Displays)

로 고분자 를 사용한 마이크로 디스플레이를 공개함 마이크로 디스OLED

플레이는 현재 적용되는 분야와 시장규모의 측면에 있어서 제한이 있지만

상용화될 경우 특수 분야 게임기 및 기타 오락용 적용 분야에 있어서 유

망할 것으로 기대됨

국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향132132132132

국내 기술은 아직 원천기술이 부족하고 성장기반이 미약하며 OLED

관련 인프라도 취약한 실정이나 짧은 기간 동안 빠른 속도로 발전하여 양

산 및 제품화 기술에 있어서는 세계적인 수준에 도달하고 있는 것으로 평

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가받고 있음

국내에서는 전자 삼성 오리온전기 등에서 상용화를 위해 많은LG SDI

연구개발을 진행하고 있으며 표 에 국내 기업들의 유기 소재 개발 [ 11] EL

동향을 나타내었다 저분자 유기 재료에 대해서는 화학 및 전자 EL LG LG

기술원 삼성 네스디스플레이 경상대 홍익대 서울대 등에서 일부 연 SDI

구개발이 이루어지고 있으나 대부분의 원천기술특허는 일본과 미국에서

확보하고 있다 고분자 재료물질은 와 등에서 국내 및 국제 KIST KAIST

표 국내 소재 개발동향lt 1gt

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물질특허를 갖고 있으나 대부분의 원천기술특허를 Dow Covion Unix

등과 같은 외국업체들이 선점하고 있다 국내에서도 유기 관련CDT EL

특허의 적극적인 출원을 통해 상품화에 대비하고 있으나 아직은 해외 경쟁

사에 비해 미미한 수준이며 특히 신소재에 대한 연구개발은 일부 출연연

구소 및 대학에 국한되어 있다

유기 의 제품화에 박차를 가하고 있는 기업으로는 삼성 와 전자EL SDI LG

등의 대기업과 엘리아테크 네스 네오디스플레이 등의 벤LG-Philips LCD

처기업이 있다 삼성 의 경우 이동전화 및 SDI CNS(Car Navigation

용 양산라인을 보유하고 있으며 년 하반기부터는 인치급 컬System) 2001 2

러 유기 을 생산하고 있다 전자의 경우 유기 을 이동전화 단말기EL LG EL

상용 모델에 적용한 사례가 있으며 구미 공장에서 연간 만개 정도를 1200

생산하고 있다 이 외에도 는 유기 연구개발팀을 구성 LG-Philips LCD EL

하여 생산화를 위한 작업을 시작하였으며 네스 네오디스플레이 등에서도

년부터 인치급 이동통신 단말기용 유기 패널을 공급하고 있다2001 15 EL

[3]

표 국내 주요 업체의 개발 현황lt 2gt OLED

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본론본론본론본론2222

의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리21 OLED21 OLED21 OLED21 OLED

적층구조적층구조적층구조적층구조1)1)1)1)

유기 는 기본적으로 그림 과 같이 기판 유리 플라스틱 등 과 상부LED lt 4gt ( )

및 하부전극 양극과 음극 그리고 두 전극 내에 유기 발광층이 삽입되어( )

있는 구조로 되어 있다 유기 의 적층 구조는 크게 단층 과 EL (single-layer)

다층 으로 나눌 수 있는데 그림 의 와 같이 한 개의 유(multi-layer) lt 4gt (A)

기층이 존재한다고 하여 단층 구조라 하며 와 같이 전하의 주입을 더 (B)

욱 활성화시키기 위하여 발광층의 상부 및 하부에 각각 전자 운송층

정공 운송층 등을 적층화(Electron transport layer) (hole transport layer)

한 구조를 다층 구조라고 한다 다층 구조는 캐리어들이 직접 주입되지 않

고 전송층 통과라는 단계 주입 과정을 통해 전압을 낮출 수 있다 또한2

발광층에 주입된 전자와 정공이 발광층을 거쳐 반대편 전극으로 이동시 반

대편 전송층에 막힘으로써 재결합 조절이 가능하며 전자와 정공 재결합에

의해 생성되는 이 전극과 발광층 사이의 경계면에 형성되Singlet excition

어 물질의 발광을 감속하는 현상을 막을 수 있다 이를 통해 발광 효율은

높일 수 있다

(A)

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(B)

그림 단층 및 다층 구조의 유기[ 4] (A) (B) LED

발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘2)2)2)2)

먼저 간단하게 그림 을 가지고 발광 메커니즘에 대해 언급하겠다 전lt 5gt

원이 공급되면 전자가 이동하면서 전류가 흐르게 되는데 음극에서는 전자

가 전자 수송층의 도움으로 발광층으로 이동하고 마찬가지로 양극에서(-)

는 홀이 홀 수송층의 도움으로 발광층으로 이동한다 유기 물질인 발광층

에서 만난 전자와 홀은 높은 에너지를 갖는 여기자를 생성하게 되는데 이

때 여기자가 낮은 에너지로 떨어지면서 빛을 발생하게 된다 발광층을 구

성하고 있는 유기 물질이 어떤 것이냐에 따라 빛의 색깔이 달라지게 되며

를 내는 각각의 유기 물질을 이용하여 를 구현할 수 있R G B Full color

다

그림 발광 원리lt 5gt OLED

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그림 와 그림 으로 좀 더 자세하게 살펴보자lt 6gt lt 7gt

양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입된다 주입된 전자와

정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자 가 생성되고 여(exicton)

기자는 확산하며 빛이 생성되며 에너지 준위가 낮은 상태가 된다 그림 lt

생성된 빛은 투명한 전극 및 기판 쪽으로 방출된다 소자의 에너지7-(A)gt

준위를 나타내는 그림 에서 보는 것처럼 양극에서는 정공이 주입되lt 7-(B)gt

기 쉽고 음극에서는 전자가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함

수보다 준위가 크기 때문에HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)

정공의 주입에 대한 장벽이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital)

이 존재한다 따라서 유리 소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 EL

및 저자의 주입 장벽이 작아야 함을 쉽게 추론할 수 있다

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

그림 발광 단계lt 6gt OLED

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p+ n+i

Ev

Ec

EFp

EFn

(A)

(B)그림 발광 메커니즘lt 7gt

발광 효율발광 효율발광 효율발광 효율3)3)3)3)

유기 소자의 외부양자효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로 방출되EL

는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

times times times - - - - (1)

여기서 는 외부양자효율이며 는 내부양자효율 주입된 전하의 수에(

대한 생성된 광자의 수의 비) 는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으로 나

오는 비율이다 내부양자효율 ( 은 재결합효율) ( 주입된 전하의 수에

대한 생성된 여기자의 수의 비 과광자효율) ( 로 표시된다 광자효율은 뒤)

에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비 물질의 양자효율 PL

여기자의 광자생성효율 등에 의해 결정된다(radiative decay efficiency)

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따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된전자와정공이재결합EL

될확률을증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사용하고 소자

내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수 있도록 소

자를 디자인 하는 것이 중요하다

전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동(1)(1)(1)(1)

주입된 전자와 정공이 재결합 될 확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전

자와 정공의수가 균형을 이루어야 한다 또한 이와 동시에 소자의 구동전

압을 낮추기 위해선 저 전압에서 충분한 수의 전하가 주입되어야 한다

따라서 전극과 유기물층의 계면에 존재하는 전하주입에 대한장벽을 조절

하는 것이 중요하다 정공의 주입을 위해서는 약 두께의 100 -200nm ITO

박막이 가장 일반적으로 사용된다 박막은 일함수가 약 ITO 44 -45eV

정도인 반면 유기물층의 준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으 LUMO

로 보다 크기 때문에 와 유기물층 사이에 정공주입에 대한 장45eV ITO

벽이 존재하며 이 장벽을 낮추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고

있다 첫째는 의 일함수를 증가시키는 방법이며 나머지는 와 유 ITO ITO

기물층 사이에 의 일함수보다 크고 유기물층의 준위보다는ITO LUMO

작거나 같은 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법( )

이다 전극의 일함수를 증가시키기 위해서 여러 가지 방법이 시도되 ITO

고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 전극의 표면처리를 통해ITO

전극표면의 일함수를 변화시키는 방법이다 표면처리는 기계적인ITO

방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등이 시도되고 있으

며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감소되며 수소 플 ITO

라즈마 처리방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장 효율적인 일함

수 증가방법은 에 의한 표면식각 및 산소 플라즈마 처리Aquaregia ITO

방법 등이 있다 이러한 표면처리에 의한 일함수 변화는 표면의 산 ITO

화 및 환원과 관계가 있는듯하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규명되지

않았다

전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송ITO (

층 을 삽입하는 방법 또한 정공주입 효율을 증가시키기 위해 많은 연구)

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가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 정도의 산 1-5nm

화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의 경우

혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우 혹PANI PEDOT MTDATA

은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되CuPc 50 eV LUMO

고 있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기

때문에 이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수TPD NPD

송층이 유기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다

그림 는 고분자 유기 소자에서 산소표면처리 및 정공lt 8gt PPV EL ITO

주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림에서 는 표면처리와 정공 주입층 B

의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경우 그림 보다 효율 및 최lt 8-Agt

대 휘도가 약 배 이상 증가한다5

전자의 효율적인 주입을 위해서 일함수가 작은Ca Mg MgLi MgAg

등의 금속박막이 주로 음극으로 사용된다 이러한 금속박막과 유기발광층

의 계면에도 전자의 주입장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키

기 위해서 등의 무기 산화막을 금속과 유기물층 사이에 삽입하는 방LiF

법 혹은 유기전자 주입층을 삽입하는 방법 등이 연구 되고 있다 특히

박막의 삽입에 관한 연구가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인LiF

그림 고분자 유기 소자에서lt 8gt PPV EL ITO

표면처리 및 정공 주입층의 효과

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역시 어느 정도 규명되고 있다

발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자(2) EL(2) EL(2) EL(2) EL

그림 에 전자와 정공의 재결합 및 발광기구의 에너지 준위도를 나타lt 9gt

내었다 전자와 정공의 재결합에 의해 전자스핀이 배열되는 방법에 따라

약 의 일중항 과 약 의 삼중항 의 여기자가 생성25 (singlet ) 75 (triplet)

된다 일반적인 유기물질의 경우 일중항이 기저상태 로 돌 (ground state)

아올 때 빛이 생성되며 삼중항은 빛이 생성되지 않고 열 등의 형태로 에

너지가 분산된다 일중항의 감쇠시간 은 수 나노 초 이 (decay time) (nano)

하이며 이러한 물질을 유기형광체라 한다 반면 삼중항도 발광에 참여하

는 물질이 있으며 이때의 감쇠시간은 수 마이크로 초에서 수 밀리 (micro)

초 정도이며 이러한 물질을 유기인광물질이라 한다 삼중항이 발광(milli)

에 참여하는 경우 이론적인 내부양자효율은 가 되며 이론 외부양자100

효율은 약 가 된다20

수식 의 외부양자효율은 수식 와 같이 나타낼 수 있다(1) (2)

- - - - (2)

그림 전자와 정공의 재결합 및lt 9gt

발광기구의 에너지준위도

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여기서 는 재결합에 의해 생성된 일중항의 비율 는 형광체의 PL

양자효율 은 일중항의 광자생성효율 이(radiative decay efficiency)

며 는 삼중항의 비율 는 인광체의 양자효율PL 는 삼중항의

광자생성효율이다

양자효율이 높은 물질을 발광층에 도핑함에 의해 유기 소자의 효PL EL

율을 증가시키며 색을 변화시킬 수 있다 일반적으로 사용되는 형광도판

트는 등이 있으며 인광도판트coumarin6 rubrene DCJTB DSA armine

는 등이 있다 형광도판트를 사용하는 형광 유기 소Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

자는 문제점으로 지적되어온 소자의 수명 및 적색소자의 효율 등의 급속

히 개선되고 있어 실용화에 근접해있다 인광 유기 소자 역시 개발 EL

기간이 짧음에도 불구하고 급속히 진전되고 있어 현재 외부양자효율이

내부양자효율 약 의 녹색 인광 유기 소자가 발표되고 있21( 100) EL

다 인광 유기 소자 구조는 기존의 형광 유기 소자와는 달리 발광 EL EL

층으로 밴드갭이 큰 청색 물질을 일반적으로 사용PL(photoluminescence)

하며 이러한 물질들은 준위가 크기 때문에 정공 이동 제어층을HOMO

발광층과 전자 수송층 사이에 삽입하여 정공을 발광층에 포집시킨다 또

한 발광층의 전자이동성이 나쁘기 때문에 구동전압이 형광소자에 비해

약간 크다

인광 유기 소자는 감쇠시간이 길기 때문에 소자를 통해 흐르는 전류EL

가 증가하면 삼중항 삼중항소멸 기구에 - (Triplet -Triplet Annihilation)

의해 양자효율이 감소하는 현상이 있으며 이를 개선하기 위해 감쇠시간

이 작은 물질이 개발되고 있다 특히 적색발광체인 는 감쇠시간 Pt(OEP)

이 약 정도로 아주 크기 때문에 감쇠시간이 약 정도인100 sec 1 secμ μ

를 중심으로 연구개발이 진행되고 있으며 최근에는 효율이 높Ir-complex

은 청색 인광 유기 물질이 개발되고 있어 총천연색 인광 유기 디EL EL

스플레이 개발이 촉진되고 있다 또한 인광 유기 소자는 형광 유기 EL

소자에 비해 수명이 짧은 것으로 알려져 있으며 소자수명은 인광물EL

질 자체 및 도핑매트릭스 발광층 등 물질 및 소자구조에 의해 크게 좌우( )

된다

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콘트라스트콘트라스트콘트라스트콘트라스트(3)(3)(3)(3)

유기 소자는 음극으로 일함수가 작은 금속박막을 주로 사용하며 금EL

속박막은 반사율이 크기 때문에 결과적으로 금속박막을 사용하는 유기

소자는 콘트라스트가 좋지 않아 명암비를 향상시키기 위해 주로 편EL

광판을 많이 사용한다 그림 하지만 편광판은 그림 에서 보lt 10(a)gt lt 10(b)gt

는 것처럼 발생된 빛을 약 정도 흡수하기 때문에 소자효율이 감소한50

다 따라서 편광판을사용하지 않고 콘트라스트를 향상시키기 위해 많은

연구가 진행되고 있다 현재까지 알려진 방법은 양극과 정공 수송층 사이

에 을 삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 을carbon black carbon

삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 굴절율을 조절할 수 있는 산

화물을 삽입하는 방법 등이 있다

(a)

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(b)그림 유기 소자의 반사 및 편광판 사용시 효율 변화lt 10gt EL

유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절(4) EL(4) EL(4) EL(4) EL

유기 발광 소자는 무기 발광 소자에 비해 발광하는 빛이 자연스러우며

인간에게 친숙하다 유기 소자의 발광색을 조절하기 위해서 다양한 EL

발광층 재료 및 도핑 재료 등이 연구되고 있다 대부분의 형광 및 인광

소자는 전이로 인하여 발광하는 빛의 스펙트럼이 넓어 색순도를 높- π π

일 필요가 있다

형광 유기 소자의 발광 스펙트럼의 은 약 정도이EL FWHM 80-100nm

며 혹은 등의 인광 유기 소자의 발광 스펙트럼 Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

은 약 정도이다 혹은 등의 란탄족 금속 착화합FWHM 30-70nm Eu Tb

물을 이용한 인 광유기 소자는 발광 스펙트럼 이 이하EL FWHM 10nm

로 색순도가 우수하나 소자효율 소자수명 등이 개선되어야 한다 한편

빛의 간섭효과를 이용하여 형광 및 인광 소자의 색순도를 향상시키기 위

한 연구 역 시진행되고 있다 빛의 간섭효과를 이용하면 그림 에서 lt 11gt

보는 것처럼 발광색의 색순도를 어느 정도 향상 시킬 수 있다

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유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동(5) EL(5) EL(5) EL(5) EL

유기 소자를 디스플레이에 응용하기 위하여 또한 소자의 전하주입EL

및 재결합특성을 연구하기위해 펄스구동특성에 관한 연구가 진행되고 있

다 소자에 펄스를 가하면 빛의 세기는 시간에 따라 지수 함수적으로 증

가하며 소자에 전압을 제거하면 빛은 시간에 따라 지수 함수적으로 감소

한다 시간에 따른 빛의 세기 증가곡선과 세기감소 곡선은 일반적으로 대

칭이 아니다 빛의 세기 증가곡선은 소자의 전하주입특성 구동전압 소자

의 용량 등에 의해 변화하며 일반적으로 전하주입이 용이할(capacitance)

수록 빛의 세기는 시간에 따라 급속히 증가한다 빛의 세기 감소곡선은

감쇠시간 소자의 용량 발광층 재료 등에 의해 좌우되는 것으로 알려PL

져 있다 이러한 현상으로 인해 펄스 구동시 소자의 휘도 Transient EL

는 구동 주파수에 따라 변한다 그림 는 소자의 구동 주파수 특성을 lt 12gt

나타낸 것으로 약 까지는 휘도가 변화하지 않으며 그 이상에서1 KHz

소자가 동작할 경우 휘도는 감소한다[4]

그림 유기 소자 각층에서 빛의lt 11gt EL

간섭현상을 이용한 발광스펙트럼 조절

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의 분류의 분류의 분류의 분류22 OLED22 OLED22 OLED22 OLED

221221221221 재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류 는 발광층을 이루는 재료에 따라 단분자OLED

와 고분자 로 구동 방식에 따라 수동형OLED OLED (PM Passive Matrix

과 능동형 으로 구분된다Type) (AMActive Matrix Type)

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림그림그림그림lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt 구조와 구조구조와 구조구조와 구조구조와 구조(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix

에 사용되는 핵심 소재는 물질 구조적 측면에서 크게 두 가지 즉OELD

색소 분자라 불리는 저분자 유기 소재와 공역의 도전성 고분- (conjugated)π

(a) (b)

그림 유기 소자의 현상과 펄스 구동시 휘도 변화lt 12gt (a) EL Transient EL (b)

- 24 -

자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

- 25 -

구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

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2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

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을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

- 28 -

정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

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낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

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접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

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해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

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공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

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그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

- 34 -

로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

- 35 -

전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

- 36 -

유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

- 37 -

은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

- 38 -

등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

- 39 -

과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

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- 54 -

- 7 -

는 차세대 전략사업으로 라는 자사 대표브랜드를Dupont Display Olight

내놓았으며 향후 디스플레이와 플라스틱회로기판에 대한 다양 Full Color

한 디스플레이에 적용될 것이라고 예상함 또한 와 라이센스협약을 통 UDC

해 연구개발비 절감과 개발기간을 대폭 단축시킬 수 있을 것으로 기대함

사는 계열 물질 상표명Dow Chemical polyfluorene RGB ( LumationTM)

을 시판하고 있음 의 공장에 수백만 달러를 투자하는 Michigan Midland 2

단계의 상용화 생산설비 확장계획Lumation LEP (Lightemitting polymer)

을 가지고 있으며 현재 제 단계 확장계획을 마무리 한 상태임1

는 고분자 를 중심으로 원CDT(Cambridge Display Technology) OLED

천기술 제조장비 유기재료 등 전반적인 개발을 추진하고 있으며

과 함께 방식으로 를 기판Seiko-Epson Ink-jet Printing AM OLED Plastic

위에 개발한바 있음 고분자 발광체에 대한 기본 특허를 가지고 있는 동사

는 직접 생산을 하지 않는다는 전략으로 등에 라Dupont Display Philips

이센스를 대여하고 있음

영국 사에서는 높은 발광효율을 내는 저분자 인광 의 장점Opsys OLED

과 고분자 에 사용되는 스핀코팅법의 경제적인 장점을 결합하는 약OLED

의 높은 발광효율을 나타내는 덴드리머 를 개발28cdA (dendrimer) OLED

함

독일 은 고분자 발광물질과 유연성있는 디스플레이개발에 집중Covion

하고 있으며 네덜란드 사는 고분자 를 라는 명칭으 Philips OLED Poly LED

로 부르며 전기면도기에 적용하여 시판하고 있으며 최근 에 잉크 SID 2004

젯 프린팅 방식으로 제작한 를 발표하였음13 Full-color AM OLED TV Prime

- 8 -

대만의 등의 업체는 소형RiT-Display AU Optronics Opto Tech PM

휴대폰 및 기타 의 상용화에 성공하여 시장선OLED ( Mobile Application)

점에 앞서있는 추세이며 선두업체인 는 게임 용 RiTDisplay Mobile PDA

카오디오용 디스플레이를 개발 중이고 현재 와Full Color Mono Color

제품을 합해 월 만개 규모의 양산라인을 가동하고 있음Multi Color 80

와 의 합작사인 은CMO(Chimei OptoElectronics) IBM Japan IDTech

년 최초로 비정질실리콘 를 사용하여 의 시2003 (a-Si) TFT 20 AM OLEDPrime

제품 개발에 성공하여 대규모 신규 투자없이 기존의 기술을 기a-Si TFT

반으로 저가 중대형 가 성공적으로 도입 되었을 경우 및 모니터OLED TV

용 시장이 활성화 될 것으로 예상됨 대면적 의 기OLED a-Si AM OLED

술적성과는 가 제품구현이 훨씬 어려운 보다도 가 대부OLED TV 14 ~17Prime Prime

분인 모니터 시장을 공략하여 저가형 대면적 가 활성화된다PC AM OLED

면 상대적으로 고가이며 기술적으로 어려운 저온폴리실리콘 기술의(LTPS)

한계를 극복할 수 있을것으로 예상됨

대학의 교수는 년 단위소자를 수직으로Yamagata J Kido 2003 OLED

여러 층을 적층하여 전기적으로 연결한 구조를 개발하여 발광효율tandem

이 적층수에 비례하는 것을 보였으며 형의 multiphoton generation OLED

그림 의lt 3gt Philips Polymer

를 채용한 전기 면도기OLED

- 9 -

를 이용해서 를 도핑한 녹색 의 효율이 까지 되는 것C545T O LED 48cdA

을 발표했음

재료측면에서 볼 때 화학 등 몇몇 업체는 고분자재료를 개발Sumitomo

중이며 Idemitsu Kosan Toyo Ink Chemi Pro Bando Chemical Kyushu

대학 대학 대학 등이 저분자소재 개발을 진행하고 있 Yamagata Osaka

음

한편 기계장치 및 제조설비의 선진기술을 다양하게 갖추고 있는 일본은

연구단계에서 양산에 이르기까지 의 산업화를 위해 본격적인 장비기OLED

술을 확보해 나가고 있으며 대표적인 장비회사인 등은 자국 Tokki Ulvac

내 뿐만 아니라 한국 대만 북미 유럽에 이르기까지 다양한 판로를 개척

해 놓은 상태임

또한 은 법을 이용한Axitron OVPD(Organic Vapor Phase Deposition)

장비를 개발하고 있으며 와 투습 방지막에 대한 연구를 진행하고 있 Vitex

음 또한 인광재료를 앞세워 전략적으로 및 제조업체와의 AM PM OLED

공동프로그램을 활성화하고 있음

사는 기판상에 저분자 를 집적화시켜 마이크로 디스플eMagin Si OLED

레이를 구현하였으며 사는 최근 세계 최초 MED(Micro Emissive Displays)

로 고분자 를 사용한 마이크로 디스플레이를 공개함 마이크로 디스OLED

플레이는 현재 적용되는 분야와 시장규모의 측면에 있어서 제한이 있지만

상용화될 경우 특수 분야 게임기 및 기타 오락용 적용 분야에 있어서 유

망할 것으로 기대됨

국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향132132132132

국내 기술은 아직 원천기술이 부족하고 성장기반이 미약하며 OLED

관련 인프라도 취약한 실정이나 짧은 기간 동안 빠른 속도로 발전하여 양

산 및 제품화 기술에 있어서는 세계적인 수준에 도달하고 있는 것으로 평

- 10 -

가받고 있음

국내에서는 전자 삼성 오리온전기 등에서 상용화를 위해 많은LG SDI

연구개발을 진행하고 있으며 표 에 국내 기업들의 유기 소재 개발 [ 11] EL

동향을 나타내었다 저분자 유기 재료에 대해서는 화학 및 전자 EL LG LG

기술원 삼성 네스디스플레이 경상대 홍익대 서울대 등에서 일부 연 SDI

구개발이 이루어지고 있으나 대부분의 원천기술특허는 일본과 미국에서

확보하고 있다 고분자 재료물질은 와 등에서 국내 및 국제 KIST KAIST

표 국내 소재 개발동향lt 1gt

- 11 -

물질특허를 갖고 있으나 대부분의 원천기술특허를 Dow Covion Unix

등과 같은 외국업체들이 선점하고 있다 국내에서도 유기 관련CDT EL

특허의 적극적인 출원을 통해 상품화에 대비하고 있으나 아직은 해외 경쟁

사에 비해 미미한 수준이며 특히 신소재에 대한 연구개발은 일부 출연연

구소 및 대학에 국한되어 있다

유기 의 제품화에 박차를 가하고 있는 기업으로는 삼성 와 전자EL SDI LG

등의 대기업과 엘리아테크 네스 네오디스플레이 등의 벤LG-Philips LCD

처기업이 있다 삼성 의 경우 이동전화 및 SDI CNS(Car Navigation

용 양산라인을 보유하고 있으며 년 하반기부터는 인치급 컬System) 2001 2

러 유기 을 생산하고 있다 전자의 경우 유기 을 이동전화 단말기EL LG EL

상용 모델에 적용한 사례가 있으며 구미 공장에서 연간 만개 정도를 1200

생산하고 있다 이 외에도 는 유기 연구개발팀을 구성 LG-Philips LCD EL

하여 생산화를 위한 작업을 시작하였으며 네스 네오디스플레이 등에서도

년부터 인치급 이동통신 단말기용 유기 패널을 공급하고 있다2001 15 EL

[3]

표 국내 주요 업체의 개발 현황lt 2gt OLED

- 12 -

본론본론본론본론2222

의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리21 OLED21 OLED21 OLED21 OLED

적층구조적층구조적층구조적층구조1)1)1)1)

유기 는 기본적으로 그림 과 같이 기판 유리 플라스틱 등 과 상부LED lt 4gt ( )

및 하부전극 양극과 음극 그리고 두 전극 내에 유기 발광층이 삽입되어( )

있는 구조로 되어 있다 유기 의 적층 구조는 크게 단층 과 EL (single-layer)

다층 으로 나눌 수 있는데 그림 의 와 같이 한 개의 유(multi-layer) lt 4gt (A)

기층이 존재한다고 하여 단층 구조라 하며 와 같이 전하의 주입을 더 (B)

욱 활성화시키기 위하여 발광층의 상부 및 하부에 각각 전자 운송층

정공 운송층 등을 적층화(Electron transport layer) (hole transport layer)

한 구조를 다층 구조라고 한다 다층 구조는 캐리어들이 직접 주입되지 않

고 전송층 통과라는 단계 주입 과정을 통해 전압을 낮출 수 있다 또한2

발광층에 주입된 전자와 정공이 발광층을 거쳐 반대편 전극으로 이동시 반

대편 전송층에 막힘으로써 재결합 조절이 가능하며 전자와 정공 재결합에

의해 생성되는 이 전극과 발광층 사이의 경계면에 형성되Singlet excition

어 물질의 발광을 감속하는 현상을 막을 수 있다 이를 통해 발광 효율은

높일 수 있다

(A)

- 13 -

(B)

그림 단층 및 다층 구조의 유기[ 4] (A) (B) LED

발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘2)2)2)2)

먼저 간단하게 그림 을 가지고 발광 메커니즘에 대해 언급하겠다 전lt 5gt

원이 공급되면 전자가 이동하면서 전류가 흐르게 되는데 음극에서는 전자

가 전자 수송층의 도움으로 발광층으로 이동하고 마찬가지로 양극에서(-)

는 홀이 홀 수송층의 도움으로 발광층으로 이동한다 유기 물질인 발광층

에서 만난 전자와 홀은 높은 에너지를 갖는 여기자를 생성하게 되는데 이

때 여기자가 낮은 에너지로 떨어지면서 빛을 발생하게 된다 발광층을 구

성하고 있는 유기 물질이 어떤 것이냐에 따라 빛의 색깔이 달라지게 되며

를 내는 각각의 유기 물질을 이용하여 를 구현할 수 있R G B Full color

다

그림 발광 원리lt 5gt OLED

- 14 -

그림 와 그림 으로 좀 더 자세하게 살펴보자lt 6gt lt 7gt

양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입된다 주입된 전자와

정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자 가 생성되고 여(exicton)

기자는 확산하며 빛이 생성되며 에너지 준위가 낮은 상태가 된다 그림 lt

생성된 빛은 투명한 전극 및 기판 쪽으로 방출된다 소자의 에너지7-(A)gt

준위를 나타내는 그림 에서 보는 것처럼 양극에서는 정공이 주입되lt 7-(B)gt

기 쉽고 음극에서는 전자가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함

수보다 준위가 크기 때문에HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)

정공의 주입에 대한 장벽이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital)

이 존재한다 따라서 유리 소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 EL

및 저자의 주입 장벽이 작아야 함을 쉽게 추론할 수 있다

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

그림 발광 단계lt 6gt OLED

- 15 -

p+ n+i

Ev

Ec

EFp

EFn

(A)

(B)그림 발광 메커니즘lt 7gt

발광 효율발광 효율발광 효율발광 효율3)3)3)3)

유기 소자의 외부양자효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로 방출되EL

는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

times times times - - - - (1)

여기서 는 외부양자효율이며 는 내부양자효율 주입된 전하의 수에(

대한 생성된 광자의 수의 비) 는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으로 나

오는 비율이다 내부양자효율 ( 은 재결합효율) ( 주입된 전하의 수에

대한 생성된 여기자의 수의 비 과광자효율) ( 로 표시된다 광자효율은 뒤)

에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비 물질의 양자효율 PL

여기자의 광자생성효율 등에 의해 결정된다(radiative decay efficiency)

- 16 -

따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된전자와정공이재결합EL

될확률을증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사용하고 소자

내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수 있도록 소

자를 디자인 하는 것이 중요하다

전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동(1)(1)(1)(1)

주입된 전자와 정공이 재결합 될 확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전

자와 정공의수가 균형을 이루어야 한다 또한 이와 동시에 소자의 구동전

압을 낮추기 위해선 저 전압에서 충분한 수의 전하가 주입되어야 한다

따라서 전극과 유기물층의 계면에 존재하는 전하주입에 대한장벽을 조절

하는 것이 중요하다 정공의 주입을 위해서는 약 두께의 100 -200nm ITO

박막이 가장 일반적으로 사용된다 박막은 일함수가 약 ITO 44 -45eV

정도인 반면 유기물층의 준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으 LUMO

로 보다 크기 때문에 와 유기물층 사이에 정공주입에 대한 장45eV ITO

벽이 존재하며 이 장벽을 낮추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고

있다 첫째는 의 일함수를 증가시키는 방법이며 나머지는 와 유 ITO ITO

기물층 사이에 의 일함수보다 크고 유기물층의 준위보다는ITO LUMO

작거나 같은 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법( )

이다 전극의 일함수를 증가시키기 위해서 여러 가지 방법이 시도되 ITO

고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 전극의 표면처리를 통해ITO

전극표면의 일함수를 변화시키는 방법이다 표면처리는 기계적인ITO

방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등이 시도되고 있으

며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감소되며 수소 플 ITO

라즈마 처리방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장 효율적인 일함

수 증가방법은 에 의한 표면식각 및 산소 플라즈마 처리Aquaregia ITO

방법 등이 있다 이러한 표면처리에 의한 일함수 변화는 표면의 산 ITO

화 및 환원과 관계가 있는듯하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규명되지

않았다

전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송ITO (

층 을 삽입하는 방법 또한 정공주입 효율을 증가시키기 위해 많은 연구)

- 17 -

가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 정도의 산 1-5nm

화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의 경우

혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우 혹PANI PEDOT MTDATA

은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되CuPc 50 eV LUMO

고 있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기

때문에 이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수TPD NPD

송층이 유기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다

그림 는 고분자 유기 소자에서 산소표면처리 및 정공lt 8gt PPV EL ITO

주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림에서 는 표면처리와 정공 주입층 B

의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경우 그림 보다 효율 및 최lt 8-Agt

대 휘도가 약 배 이상 증가한다5

전자의 효율적인 주입을 위해서 일함수가 작은Ca Mg MgLi MgAg

등의 금속박막이 주로 음극으로 사용된다 이러한 금속박막과 유기발광층

의 계면에도 전자의 주입장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키

기 위해서 등의 무기 산화막을 금속과 유기물층 사이에 삽입하는 방LiF

법 혹은 유기전자 주입층을 삽입하는 방법 등이 연구 되고 있다 특히

박막의 삽입에 관한 연구가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인LiF

그림 고분자 유기 소자에서lt 8gt PPV EL ITO

표면처리 및 정공 주입층의 효과

- 18 -

역시 어느 정도 규명되고 있다

발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자(2) EL(2) EL(2) EL(2) EL

그림 에 전자와 정공의 재결합 및 발광기구의 에너지 준위도를 나타lt 9gt

내었다 전자와 정공의 재결합에 의해 전자스핀이 배열되는 방법에 따라

약 의 일중항 과 약 의 삼중항 의 여기자가 생성25 (singlet ) 75 (triplet)

된다 일반적인 유기물질의 경우 일중항이 기저상태 로 돌 (ground state)

아올 때 빛이 생성되며 삼중항은 빛이 생성되지 않고 열 등의 형태로 에

너지가 분산된다 일중항의 감쇠시간 은 수 나노 초 이 (decay time) (nano)

하이며 이러한 물질을 유기형광체라 한다 반면 삼중항도 발광에 참여하

는 물질이 있으며 이때의 감쇠시간은 수 마이크로 초에서 수 밀리 (micro)

초 정도이며 이러한 물질을 유기인광물질이라 한다 삼중항이 발광(milli)

에 참여하는 경우 이론적인 내부양자효율은 가 되며 이론 외부양자100

효율은 약 가 된다20

수식 의 외부양자효율은 수식 와 같이 나타낼 수 있다(1) (2)

- - - - (2)

그림 전자와 정공의 재결합 및lt 9gt

발광기구의 에너지준위도

- 19 -

여기서 는 재결합에 의해 생성된 일중항의 비율 는 형광체의 PL

양자효율 은 일중항의 광자생성효율 이(radiative decay efficiency)

며 는 삼중항의 비율 는 인광체의 양자효율PL 는 삼중항의

광자생성효율이다

양자효율이 높은 물질을 발광층에 도핑함에 의해 유기 소자의 효PL EL

율을 증가시키며 색을 변화시킬 수 있다 일반적으로 사용되는 형광도판

트는 등이 있으며 인광도판트coumarin6 rubrene DCJTB DSA armine

는 등이 있다 형광도판트를 사용하는 형광 유기 소Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

자는 문제점으로 지적되어온 소자의 수명 및 적색소자의 효율 등의 급속

히 개선되고 있어 실용화에 근접해있다 인광 유기 소자 역시 개발 EL

기간이 짧음에도 불구하고 급속히 진전되고 있어 현재 외부양자효율이

내부양자효율 약 의 녹색 인광 유기 소자가 발표되고 있21( 100) EL

다 인광 유기 소자 구조는 기존의 형광 유기 소자와는 달리 발광 EL EL

층으로 밴드갭이 큰 청색 물질을 일반적으로 사용PL(photoluminescence)

하며 이러한 물질들은 준위가 크기 때문에 정공 이동 제어층을HOMO

발광층과 전자 수송층 사이에 삽입하여 정공을 발광층에 포집시킨다 또

한 발광층의 전자이동성이 나쁘기 때문에 구동전압이 형광소자에 비해

약간 크다

인광 유기 소자는 감쇠시간이 길기 때문에 소자를 통해 흐르는 전류EL

가 증가하면 삼중항 삼중항소멸 기구에 - (Triplet -Triplet Annihilation)

의해 양자효율이 감소하는 현상이 있으며 이를 개선하기 위해 감쇠시간

이 작은 물질이 개발되고 있다 특히 적색발광체인 는 감쇠시간 Pt(OEP)

이 약 정도로 아주 크기 때문에 감쇠시간이 약 정도인100 sec 1 secμ μ

를 중심으로 연구개발이 진행되고 있으며 최근에는 효율이 높Ir-complex

은 청색 인광 유기 물질이 개발되고 있어 총천연색 인광 유기 디EL EL

스플레이 개발이 촉진되고 있다 또한 인광 유기 소자는 형광 유기 EL

소자에 비해 수명이 짧은 것으로 알려져 있으며 소자수명은 인광물EL

질 자체 및 도핑매트릭스 발광층 등 물질 및 소자구조에 의해 크게 좌우( )

된다

- 20 -

콘트라스트콘트라스트콘트라스트콘트라스트(3)(3)(3)(3)

유기 소자는 음극으로 일함수가 작은 금속박막을 주로 사용하며 금EL

속박막은 반사율이 크기 때문에 결과적으로 금속박막을 사용하는 유기

소자는 콘트라스트가 좋지 않아 명암비를 향상시키기 위해 주로 편EL

광판을 많이 사용한다 그림 하지만 편광판은 그림 에서 보lt 10(a)gt lt 10(b)gt

는 것처럼 발생된 빛을 약 정도 흡수하기 때문에 소자효율이 감소한50

다 따라서 편광판을사용하지 않고 콘트라스트를 향상시키기 위해 많은

연구가 진행되고 있다 현재까지 알려진 방법은 양극과 정공 수송층 사이

에 을 삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 을carbon black carbon

삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 굴절율을 조절할 수 있는 산

화물을 삽입하는 방법 등이 있다

(a)

- 21 -

(b)그림 유기 소자의 반사 및 편광판 사용시 효율 변화lt 10gt EL

유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절(4) EL(4) EL(4) EL(4) EL

유기 발광 소자는 무기 발광 소자에 비해 발광하는 빛이 자연스러우며

인간에게 친숙하다 유기 소자의 발광색을 조절하기 위해서 다양한 EL

발광층 재료 및 도핑 재료 등이 연구되고 있다 대부분의 형광 및 인광

소자는 전이로 인하여 발광하는 빛의 스펙트럼이 넓어 색순도를 높- π π

일 필요가 있다

형광 유기 소자의 발광 스펙트럼의 은 약 정도이EL FWHM 80-100nm

며 혹은 등의 인광 유기 소자의 발광 스펙트럼 Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

은 약 정도이다 혹은 등의 란탄족 금속 착화합FWHM 30-70nm Eu Tb

물을 이용한 인 광유기 소자는 발광 스펙트럼 이 이하EL FWHM 10nm

로 색순도가 우수하나 소자효율 소자수명 등이 개선되어야 한다 한편

빛의 간섭효과를 이용하여 형광 및 인광 소자의 색순도를 향상시키기 위

한 연구 역 시진행되고 있다 빛의 간섭효과를 이용하면 그림 에서 lt 11gt

보는 것처럼 발광색의 색순도를 어느 정도 향상 시킬 수 있다

- 22 -

유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동(5) EL(5) EL(5) EL(5) EL

유기 소자를 디스플레이에 응용하기 위하여 또한 소자의 전하주입EL

및 재결합특성을 연구하기위해 펄스구동특성에 관한 연구가 진행되고 있

다 소자에 펄스를 가하면 빛의 세기는 시간에 따라 지수 함수적으로 증

가하며 소자에 전압을 제거하면 빛은 시간에 따라 지수 함수적으로 감소

한다 시간에 따른 빛의 세기 증가곡선과 세기감소 곡선은 일반적으로 대

칭이 아니다 빛의 세기 증가곡선은 소자의 전하주입특성 구동전압 소자

의 용량 등에 의해 변화하며 일반적으로 전하주입이 용이할(capacitance)

수록 빛의 세기는 시간에 따라 급속히 증가한다 빛의 세기 감소곡선은

감쇠시간 소자의 용량 발광층 재료 등에 의해 좌우되는 것으로 알려PL

져 있다 이러한 현상으로 인해 펄스 구동시 소자의 휘도 Transient EL

는 구동 주파수에 따라 변한다 그림 는 소자의 구동 주파수 특성을 lt 12gt

나타낸 것으로 약 까지는 휘도가 변화하지 않으며 그 이상에서1 KHz

소자가 동작할 경우 휘도는 감소한다[4]

그림 유기 소자 각층에서 빛의lt 11gt EL

간섭현상을 이용한 발광스펙트럼 조절

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의 분류의 분류의 분류의 분류22 OLED22 OLED22 OLED22 OLED

221221221221 재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류 는 발광층을 이루는 재료에 따라 단분자OLED

와 고분자 로 구동 방식에 따라 수동형OLED OLED (PM Passive Matrix

과 능동형 으로 구분된다Type) (AMActive Matrix Type)

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림그림그림그림lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt 구조와 구조구조와 구조구조와 구조구조와 구조(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix

에 사용되는 핵심 소재는 물질 구조적 측면에서 크게 두 가지 즉OELD

색소 분자라 불리는 저분자 유기 소재와 공역의 도전성 고분- (conjugated)π

(a) (b)

그림 유기 소자의 현상과 펄스 구동시 휘도 변화lt 12gt (a) EL Transient EL (b)

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자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

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구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

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2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

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을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

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정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

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낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

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접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

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해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

- 32 -

공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

- 33 -

그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

- 34 -

로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

- 35 -

전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

- 36 -

유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

- 37 -

은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

- 38 -

등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

- 39 -

과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

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유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

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전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

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결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

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- 54 -

- 8 -

대만의 등의 업체는 소형RiT-Display AU Optronics Opto Tech PM

휴대폰 및 기타 의 상용화에 성공하여 시장선OLED ( Mobile Application)

점에 앞서있는 추세이며 선두업체인 는 게임 용 RiTDisplay Mobile PDA

카오디오용 디스플레이를 개발 중이고 현재 와Full Color Mono Color

제품을 합해 월 만개 규모의 양산라인을 가동하고 있음Multi Color 80

와 의 합작사인 은CMO(Chimei OptoElectronics) IBM Japan IDTech

년 최초로 비정질실리콘 를 사용하여 의 시2003 (a-Si) TFT 20 AM OLEDPrime

제품 개발에 성공하여 대규모 신규 투자없이 기존의 기술을 기a-Si TFT

반으로 저가 중대형 가 성공적으로 도입 되었을 경우 및 모니터OLED TV

용 시장이 활성화 될 것으로 예상됨 대면적 의 기OLED a-Si AM OLED

술적성과는 가 제품구현이 훨씬 어려운 보다도 가 대부OLED TV 14 ~17Prime Prime

분인 모니터 시장을 공략하여 저가형 대면적 가 활성화된다PC AM OLED

면 상대적으로 고가이며 기술적으로 어려운 저온폴리실리콘 기술의(LTPS)

한계를 극복할 수 있을것으로 예상됨

대학의 교수는 년 단위소자를 수직으로Yamagata J Kido 2003 OLED

여러 층을 적층하여 전기적으로 연결한 구조를 개발하여 발광효율tandem

이 적층수에 비례하는 것을 보였으며 형의 multiphoton generation OLED

그림 의lt 3gt Philips Polymer

를 채용한 전기 면도기OLED

- 9 -

를 이용해서 를 도핑한 녹색 의 효율이 까지 되는 것C545T O LED 48cdA

을 발표했음

재료측면에서 볼 때 화학 등 몇몇 업체는 고분자재료를 개발Sumitomo

중이며 Idemitsu Kosan Toyo Ink Chemi Pro Bando Chemical Kyushu

대학 대학 대학 등이 저분자소재 개발을 진행하고 있 Yamagata Osaka

음

한편 기계장치 및 제조설비의 선진기술을 다양하게 갖추고 있는 일본은

연구단계에서 양산에 이르기까지 의 산업화를 위해 본격적인 장비기OLED

술을 확보해 나가고 있으며 대표적인 장비회사인 등은 자국 Tokki Ulvac

내 뿐만 아니라 한국 대만 북미 유럽에 이르기까지 다양한 판로를 개척

해 놓은 상태임

또한 은 법을 이용한Axitron OVPD(Organic Vapor Phase Deposition)

장비를 개발하고 있으며 와 투습 방지막에 대한 연구를 진행하고 있 Vitex

음 또한 인광재료를 앞세워 전략적으로 및 제조업체와의 AM PM OLED

공동프로그램을 활성화하고 있음

사는 기판상에 저분자 를 집적화시켜 마이크로 디스플eMagin Si OLED

레이를 구현하였으며 사는 최근 세계 최초 MED(Micro Emissive Displays)

로 고분자 를 사용한 마이크로 디스플레이를 공개함 마이크로 디스OLED

플레이는 현재 적용되는 분야와 시장규모의 측면에 있어서 제한이 있지만

상용화될 경우 특수 분야 게임기 및 기타 오락용 적용 분야에 있어서 유

망할 것으로 기대됨

국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향132132132132

국내 기술은 아직 원천기술이 부족하고 성장기반이 미약하며 OLED

관련 인프라도 취약한 실정이나 짧은 기간 동안 빠른 속도로 발전하여 양

산 및 제품화 기술에 있어서는 세계적인 수준에 도달하고 있는 것으로 평

- 10 -

가받고 있음

국내에서는 전자 삼성 오리온전기 등에서 상용화를 위해 많은LG SDI

연구개발을 진행하고 있으며 표 에 국내 기업들의 유기 소재 개발 [ 11] EL

동향을 나타내었다 저분자 유기 재료에 대해서는 화학 및 전자 EL LG LG

기술원 삼성 네스디스플레이 경상대 홍익대 서울대 등에서 일부 연 SDI

구개발이 이루어지고 있으나 대부분의 원천기술특허는 일본과 미국에서

확보하고 있다 고분자 재료물질은 와 등에서 국내 및 국제 KIST KAIST

표 국내 소재 개발동향lt 1gt

- 11 -

물질특허를 갖고 있으나 대부분의 원천기술특허를 Dow Covion Unix

등과 같은 외국업체들이 선점하고 있다 국내에서도 유기 관련CDT EL

특허의 적극적인 출원을 통해 상품화에 대비하고 있으나 아직은 해외 경쟁

사에 비해 미미한 수준이며 특히 신소재에 대한 연구개발은 일부 출연연

구소 및 대학에 국한되어 있다

유기 의 제품화에 박차를 가하고 있는 기업으로는 삼성 와 전자EL SDI LG

등의 대기업과 엘리아테크 네스 네오디스플레이 등의 벤LG-Philips LCD

처기업이 있다 삼성 의 경우 이동전화 및 SDI CNS(Car Navigation

용 양산라인을 보유하고 있으며 년 하반기부터는 인치급 컬System) 2001 2

러 유기 을 생산하고 있다 전자의 경우 유기 을 이동전화 단말기EL LG EL

상용 모델에 적용한 사례가 있으며 구미 공장에서 연간 만개 정도를 1200

생산하고 있다 이 외에도 는 유기 연구개발팀을 구성 LG-Philips LCD EL

하여 생산화를 위한 작업을 시작하였으며 네스 네오디스플레이 등에서도

년부터 인치급 이동통신 단말기용 유기 패널을 공급하고 있다2001 15 EL

[3]

표 국내 주요 업체의 개발 현황lt 2gt OLED

- 12 -

본론본론본론본론2222

의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리21 OLED21 OLED21 OLED21 OLED

적층구조적층구조적층구조적층구조1)1)1)1)

유기 는 기본적으로 그림 과 같이 기판 유리 플라스틱 등 과 상부LED lt 4gt ( )

및 하부전극 양극과 음극 그리고 두 전극 내에 유기 발광층이 삽입되어( )

있는 구조로 되어 있다 유기 의 적층 구조는 크게 단층 과 EL (single-layer)

다층 으로 나눌 수 있는데 그림 의 와 같이 한 개의 유(multi-layer) lt 4gt (A)

기층이 존재한다고 하여 단층 구조라 하며 와 같이 전하의 주입을 더 (B)

욱 활성화시키기 위하여 발광층의 상부 및 하부에 각각 전자 운송층

정공 운송층 등을 적층화(Electron transport layer) (hole transport layer)

한 구조를 다층 구조라고 한다 다층 구조는 캐리어들이 직접 주입되지 않

고 전송층 통과라는 단계 주입 과정을 통해 전압을 낮출 수 있다 또한2

발광층에 주입된 전자와 정공이 발광층을 거쳐 반대편 전극으로 이동시 반

대편 전송층에 막힘으로써 재결합 조절이 가능하며 전자와 정공 재결합에

의해 생성되는 이 전극과 발광층 사이의 경계면에 형성되Singlet excition

어 물질의 발광을 감속하는 현상을 막을 수 있다 이를 통해 발광 효율은

높일 수 있다

(A)

- 13 -

(B)

그림 단층 및 다층 구조의 유기[ 4] (A) (B) LED

발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘2)2)2)2)

먼저 간단하게 그림 을 가지고 발광 메커니즘에 대해 언급하겠다 전lt 5gt

원이 공급되면 전자가 이동하면서 전류가 흐르게 되는데 음극에서는 전자

가 전자 수송층의 도움으로 발광층으로 이동하고 마찬가지로 양극에서(-)

는 홀이 홀 수송층의 도움으로 발광층으로 이동한다 유기 물질인 발광층

에서 만난 전자와 홀은 높은 에너지를 갖는 여기자를 생성하게 되는데 이

때 여기자가 낮은 에너지로 떨어지면서 빛을 발생하게 된다 발광층을 구

성하고 있는 유기 물질이 어떤 것이냐에 따라 빛의 색깔이 달라지게 되며

를 내는 각각의 유기 물질을 이용하여 를 구현할 수 있R G B Full color

다

그림 발광 원리lt 5gt OLED

- 14 -

그림 와 그림 으로 좀 더 자세하게 살펴보자lt 6gt lt 7gt

양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입된다 주입된 전자와

정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자 가 생성되고 여(exicton)

기자는 확산하며 빛이 생성되며 에너지 준위가 낮은 상태가 된다 그림 lt

생성된 빛은 투명한 전극 및 기판 쪽으로 방출된다 소자의 에너지7-(A)gt

준위를 나타내는 그림 에서 보는 것처럼 양극에서는 정공이 주입되lt 7-(B)gt

기 쉽고 음극에서는 전자가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함

수보다 준위가 크기 때문에HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)

정공의 주입에 대한 장벽이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital)

이 존재한다 따라서 유리 소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 EL

및 저자의 주입 장벽이 작아야 함을 쉽게 추론할 수 있다

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

그림 발광 단계lt 6gt OLED

- 15 -

p+ n+i

Ev

Ec

EFp

EFn

(A)

(B)그림 발광 메커니즘lt 7gt

발광 효율발광 효율발광 효율발광 효율3)3)3)3)

유기 소자의 외부양자효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로 방출되EL

는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

times times times - - - - (1)

여기서 는 외부양자효율이며 는 내부양자효율 주입된 전하의 수에(

대한 생성된 광자의 수의 비) 는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으로 나

오는 비율이다 내부양자효율 ( 은 재결합효율) ( 주입된 전하의 수에

대한 생성된 여기자의 수의 비 과광자효율) ( 로 표시된다 광자효율은 뒤)

에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비 물질의 양자효율 PL

여기자의 광자생성효율 등에 의해 결정된다(radiative decay efficiency)

- 16 -

따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된전자와정공이재결합EL

될확률을증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사용하고 소자

내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수 있도록 소

자를 디자인 하는 것이 중요하다

전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동(1)(1)(1)(1)

주입된 전자와 정공이 재결합 될 확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전

자와 정공의수가 균형을 이루어야 한다 또한 이와 동시에 소자의 구동전

압을 낮추기 위해선 저 전압에서 충분한 수의 전하가 주입되어야 한다

따라서 전극과 유기물층의 계면에 존재하는 전하주입에 대한장벽을 조절

하는 것이 중요하다 정공의 주입을 위해서는 약 두께의 100 -200nm ITO

박막이 가장 일반적으로 사용된다 박막은 일함수가 약 ITO 44 -45eV

정도인 반면 유기물층의 준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으 LUMO

로 보다 크기 때문에 와 유기물층 사이에 정공주입에 대한 장45eV ITO

벽이 존재하며 이 장벽을 낮추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고

있다 첫째는 의 일함수를 증가시키는 방법이며 나머지는 와 유 ITO ITO

기물층 사이에 의 일함수보다 크고 유기물층의 준위보다는ITO LUMO

작거나 같은 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법( )

이다 전극의 일함수를 증가시키기 위해서 여러 가지 방법이 시도되 ITO

고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 전극의 표면처리를 통해ITO

전극표면의 일함수를 변화시키는 방법이다 표면처리는 기계적인ITO

방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등이 시도되고 있으

며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감소되며 수소 플 ITO

라즈마 처리방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장 효율적인 일함

수 증가방법은 에 의한 표면식각 및 산소 플라즈마 처리Aquaregia ITO

방법 등이 있다 이러한 표면처리에 의한 일함수 변화는 표면의 산 ITO

화 및 환원과 관계가 있는듯하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규명되지

않았다

전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송ITO (

층 을 삽입하는 방법 또한 정공주입 효율을 증가시키기 위해 많은 연구)

- 17 -

가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 정도의 산 1-5nm

화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의 경우

혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우 혹PANI PEDOT MTDATA

은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되CuPc 50 eV LUMO

고 있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기

때문에 이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수TPD NPD

송층이 유기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다

그림 는 고분자 유기 소자에서 산소표면처리 및 정공lt 8gt PPV EL ITO

주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림에서 는 표면처리와 정공 주입층 B

의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경우 그림 보다 효율 및 최lt 8-Agt

대 휘도가 약 배 이상 증가한다5

전자의 효율적인 주입을 위해서 일함수가 작은Ca Mg MgLi MgAg

등의 금속박막이 주로 음극으로 사용된다 이러한 금속박막과 유기발광층

의 계면에도 전자의 주입장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키

기 위해서 등의 무기 산화막을 금속과 유기물층 사이에 삽입하는 방LiF

법 혹은 유기전자 주입층을 삽입하는 방법 등이 연구 되고 있다 특히

박막의 삽입에 관한 연구가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인LiF

그림 고분자 유기 소자에서lt 8gt PPV EL ITO

표면처리 및 정공 주입층의 효과

- 18 -

역시 어느 정도 규명되고 있다

발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자(2) EL(2) EL(2) EL(2) EL

그림 에 전자와 정공의 재결합 및 발광기구의 에너지 준위도를 나타lt 9gt

내었다 전자와 정공의 재결합에 의해 전자스핀이 배열되는 방법에 따라

약 의 일중항 과 약 의 삼중항 의 여기자가 생성25 (singlet ) 75 (triplet)

된다 일반적인 유기물질의 경우 일중항이 기저상태 로 돌 (ground state)

아올 때 빛이 생성되며 삼중항은 빛이 생성되지 않고 열 등의 형태로 에

너지가 분산된다 일중항의 감쇠시간 은 수 나노 초 이 (decay time) (nano)

하이며 이러한 물질을 유기형광체라 한다 반면 삼중항도 발광에 참여하

는 물질이 있으며 이때의 감쇠시간은 수 마이크로 초에서 수 밀리 (micro)

초 정도이며 이러한 물질을 유기인광물질이라 한다 삼중항이 발광(milli)

에 참여하는 경우 이론적인 내부양자효율은 가 되며 이론 외부양자100

효율은 약 가 된다20

수식 의 외부양자효율은 수식 와 같이 나타낼 수 있다(1) (2)

- - - - (2)

그림 전자와 정공의 재결합 및lt 9gt

발광기구의 에너지준위도

- 19 -

여기서 는 재결합에 의해 생성된 일중항의 비율 는 형광체의 PL

양자효율 은 일중항의 광자생성효율 이(radiative decay efficiency)

며 는 삼중항의 비율 는 인광체의 양자효율PL 는 삼중항의

광자생성효율이다

양자효율이 높은 물질을 발광층에 도핑함에 의해 유기 소자의 효PL EL

율을 증가시키며 색을 변화시킬 수 있다 일반적으로 사용되는 형광도판

트는 등이 있으며 인광도판트coumarin6 rubrene DCJTB DSA armine

는 등이 있다 형광도판트를 사용하는 형광 유기 소Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

자는 문제점으로 지적되어온 소자의 수명 및 적색소자의 효율 등의 급속

히 개선되고 있어 실용화에 근접해있다 인광 유기 소자 역시 개발 EL

기간이 짧음에도 불구하고 급속히 진전되고 있어 현재 외부양자효율이

내부양자효율 약 의 녹색 인광 유기 소자가 발표되고 있21( 100) EL

다 인광 유기 소자 구조는 기존의 형광 유기 소자와는 달리 발광 EL EL

층으로 밴드갭이 큰 청색 물질을 일반적으로 사용PL(photoluminescence)

하며 이러한 물질들은 준위가 크기 때문에 정공 이동 제어층을HOMO

발광층과 전자 수송층 사이에 삽입하여 정공을 발광층에 포집시킨다 또

한 발광층의 전자이동성이 나쁘기 때문에 구동전압이 형광소자에 비해

약간 크다

인광 유기 소자는 감쇠시간이 길기 때문에 소자를 통해 흐르는 전류EL

가 증가하면 삼중항 삼중항소멸 기구에 - (Triplet -Triplet Annihilation)

의해 양자효율이 감소하는 현상이 있으며 이를 개선하기 위해 감쇠시간

이 작은 물질이 개발되고 있다 특히 적색발광체인 는 감쇠시간 Pt(OEP)

이 약 정도로 아주 크기 때문에 감쇠시간이 약 정도인100 sec 1 secμ μ

를 중심으로 연구개발이 진행되고 있으며 최근에는 효율이 높Ir-complex

은 청색 인광 유기 물질이 개발되고 있어 총천연색 인광 유기 디EL EL

스플레이 개발이 촉진되고 있다 또한 인광 유기 소자는 형광 유기 EL

소자에 비해 수명이 짧은 것으로 알려져 있으며 소자수명은 인광물EL

질 자체 및 도핑매트릭스 발광층 등 물질 및 소자구조에 의해 크게 좌우( )

된다

- 20 -

콘트라스트콘트라스트콘트라스트콘트라스트(3)(3)(3)(3)

유기 소자는 음극으로 일함수가 작은 금속박막을 주로 사용하며 금EL

속박막은 반사율이 크기 때문에 결과적으로 금속박막을 사용하는 유기

소자는 콘트라스트가 좋지 않아 명암비를 향상시키기 위해 주로 편EL

광판을 많이 사용한다 그림 하지만 편광판은 그림 에서 보lt 10(a)gt lt 10(b)gt

는 것처럼 발생된 빛을 약 정도 흡수하기 때문에 소자효율이 감소한50

다 따라서 편광판을사용하지 않고 콘트라스트를 향상시키기 위해 많은

연구가 진행되고 있다 현재까지 알려진 방법은 양극과 정공 수송층 사이

에 을 삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 을carbon black carbon

삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 굴절율을 조절할 수 있는 산

화물을 삽입하는 방법 등이 있다

(a)

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(b)그림 유기 소자의 반사 및 편광판 사용시 효율 변화lt 10gt EL

유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절(4) EL(4) EL(4) EL(4) EL

유기 발광 소자는 무기 발광 소자에 비해 발광하는 빛이 자연스러우며

인간에게 친숙하다 유기 소자의 발광색을 조절하기 위해서 다양한 EL

발광층 재료 및 도핑 재료 등이 연구되고 있다 대부분의 형광 및 인광

소자는 전이로 인하여 발광하는 빛의 스펙트럼이 넓어 색순도를 높- π π

일 필요가 있다

형광 유기 소자의 발광 스펙트럼의 은 약 정도이EL FWHM 80-100nm

며 혹은 등의 인광 유기 소자의 발광 스펙트럼 Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

은 약 정도이다 혹은 등의 란탄족 금속 착화합FWHM 30-70nm Eu Tb

물을 이용한 인 광유기 소자는 발광 스펙트럼 이 이하EL FWHM 10nm

로 색순도가 우수하나 소자효율 소자수명 등이 개선되어야 한다 한편

빛의 간섭효과를 이용하여 형광 및 인광 소자의 색순도를 향상시키기 위

한 연구 역 시진행되고 있다 빛의 간섭효과를 이용하면 그림 에서 lt 11gt

보는 것처럼 발광색의 색순도를 어느 정도 향상 시킬 수 있다

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유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동(5) EL(5) EL(5) EL(5) EL

유기 소자를 디스플레이에 응용하기 위하여 또한 소자의 전하주입EL

및 재결합특성을 연구하기위해 펄스구동특성에 관한 연구가 진행되고 있

다 소자에 펄스를 가하면 빛의 세기는 시간에 따라 지수 함수적으로 증

가하며 소자에 전압을 제거하면 빛은 시간에 따라 지수 함수적으로 감소

한다 시간에 따른 빛의 세기 증가곡선과 세기감소 곡선은 일반적으로 대

칭이 아니다 빛의 세기 증가곡선은 소자의 전하주입특성 구동전압 소자

의 용량 등에 의해 변화하며 일반적으로 전하주입이 용이할(capacitance)

수록 빛의 세기는 시간에 따라 급속히 증가한다 빛의 세기 감소곡선은

감쇠시간 소자의 용량 발광층 재료 등에 의해 좌우되는 것으로 알려PL

져 있다 이러한 현상으로 인해 펄스 구동시 소자의 휘도 Transient EL

는 구동 주파수에 따라 변한다 그림 는 소자의 구동 주파수 특성을 lt 12gt

나타낸 것으로 약 까지는 휘도가 변화하지 않으며 그 이상에서1 KHz

소자가 동작할 경우 휘도는 감소한다[4]

그림 유기 소자 각층에서 빛의lt 11gt EL

간섭현상을 이용한 발광스펙트럼 조절

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의 분류의 분류의 분류의 분류22 OLED22 OLED22 OLED22 OLED

221221221221 재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류 는 발광층을 이루는 재료에 따라 단분자OLED

와 고분자 로 구동 방식에 따라 수동형OLED OLED (PM Passive Matrix

과 능동형 으로 구분된다Type) (AMActive Matrix Type)

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림그림그림그림lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt 구조와 구조구조와 구조구조와 구조구조와 구조(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix

에 사용되는 핵심 소재는 물질 구조적 측면에서 크게 두 가지 즉OELD

색소 분자라 불리는 저분자 유기 소재와 공역의 도전성 고분- (conjugated)π

(a) (b)

그림 유기 소자의 현상과 펄스 구동시 휘도 변화lt 12gt (a) EL Transient EL (b)

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자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

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구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

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2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

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을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

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정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

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낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

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접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

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해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

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공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

- 33 -

그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

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로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

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전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

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은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

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등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

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과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

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공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

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그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

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이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

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유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

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전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

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결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

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5 A Berntsen Y Croonen R Cuijpers B Habets C Liedenbaum H Schoo

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Optical Engineering) Vol 3148314831483148

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9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 9 -

를 이용해서 를 도핑한 녹색 의 효율이 까지 되는 것C545T O LED 48cdA

을 발표했음

재료측면에서 볼 때 화학 등 몇몇 업체는 고분자재료를 개발Sumitomo

중이며 Idemitsu Kosan Toyo Ink Chemi Pro Bando Chemical Kyushu

대학 대학 대학 등이 저분자소재 개발을 진행하고 있 Yamagata Osaka

음

한편 기계장치 및 제조설비의 선진기술을 다양하게 갖추고 있는 일본은

연구단계에서 양산에 이르기까지 의 산업화를 위해 본격적인 장비기OLED

술을 확보해 나가고 있으며 대표적인 장비회사인 등은 자국 Tokki Ulvac

내 뿐만 아니라 한국 대만 북미 유럽에 이르기까지 다양한 판로를 개척

해 놓은 상태임

또한 은 법을 이용한Axitron OVPD(Organic Vapor Phase Deposition)

장비를 개발하고 있으며 와 투습 방지막에 대한 연구를 진행하고 있 Vitex

음 또한 인광재료를 앞세워 전략적으로 및 제조업체와의 AM PM OLED

공동프로그램을 활성화하고 있음

사는 기판상에 저분자 를 집적화시켜 마이크로 디스플eMagin Si OLED

레이를 구현하였으며 사는 최근 세계 최초 MED(Micro Emissive Displays)

로 고분자 를 사용한 마이크로 디스플레이를 공개함 마이크로 디스OLED

플레이는 현재 적용되는 분야와 시장규모의 측면에 있어서 제한이 있지만

상용화될 경우 특수 분야 게임기 및 기타 오락용 적용 분야에 있어서 유

망할 것으로 기대됨

국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향국내 연구 개발 동향132132132132

국내 기술은 아직 원천기술이 부족하고 성장기반이 미약하며 OLED

관련 인프라도 취약한 실정이나 짧은 기간 동안 빠른 속도로 발전하여 양

산 및 제품화 기술에 있어서는 세계적인 수준에 도달하고 있는 것으로 평

- 10 -

가받고 있음

국내에서는 전자 삼성 오리온전기 등에서 상용화를 위해 많은LG SDI

연구개발을 진행하고 있으며 표 에 국내 기업들의 유기 소재 개발 [ 11] EL

동향을 나타내었다 저분자 유기 재료에 대해서는 화학 및 전자 EL LG LG

기술원 삼성 네스디스플레이 경상대 홍익대 서울대 등에서 일부 연 SDI

구개발이 이루어지고 있으나 대부분의 원천기술특허는 일본과 미국에서

확보하고 있다 고분자 재료물질은 와 등에서 국내 및 국제 KIST KAIST

표 국내 소재 개발동향lt 1gt

- 11 -

물질특허를 갖고 있으나 대부분의 원천기술특허를 Dow Covion Unix

등과 같은 외국업체들이 선점하고 있다 국내에서도 유기 관련CDT EL

특허의 적극적인 출원을 통해 상품화에 대비하고 있으나 아직은 해외 경쟁

사에 비해 미미한 수준이며 특히 신소재에 대한 연구개발은 일부 출연연

구소 및 대학에 국한되어 있다

유기 의 제품화에 박차를 가하고 있는 기업으로는 삼성 와 전자EL SDI LG

등의 대기업과 엘리아테크 네스 네오디스플레이 등의 벤LG-Philips LCD

처기업이 있다 삼성 의 경우 이동전화 및 SDI CNS(Car Navigation

용 양산라인을 보유하고 있으며 년 하반기부터는 인치급 컬System) 2001 2

러 유기 을 생산하고 있다 전자의 경우 유기 을 이동전화 단말기EL LG EL

상용 모델에 적용한 사례가 있으며 구미 공장에서 연간 만개 정도를 1200

생산하고 있다 이 외에도 는 유기 연구개발팀을 구성 LG-Philips LCD EL

하여 생산화를 위한 작업을 시작하였으며 네스 네오디스플레이 등에서도

년부터 인치급 이동통신 단말기용 유기 패널을 공급하고 있다2001 15 EL

[3]

표 국내 주요 업체의 개발 현황lt 2gt OLED

- 12 -

본론본론본론본론2222

의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리21 OLED21 OLED21 OLED21 OLED

적층구조적층구조적층구조적층구조1)1)1)1)

유기 는 기본적으로 그림 과 같이 기판 유리 플라스틱 등 과 상부LED lt 4gt ( )

및 하부전극 양극과 음극 그리고 두 전극 내에 유기 발광층이 삽입되어( )

있는 구조로 되어 있다 유기 의 적층 구조는 크게 단층 과 EL (single-layer)

다층 으로 나눌 수 있는데 그림 의 와 같이 한 개의 유(multi-layer) lt 4gt (A)

기층이 존재한다고 하여 단층 구조라 하며 와 같이 전하의 주입을 더 (B)

욱 활성화시키기 위하여 발광층의 상부 및 하부에 각각 전자 운송층

정공 운송층 등을 적층화(Electron transport layer) (hole transport layer)

한 구조를 다층 구조라고 한다 다층 구조는 캐리어들이 직접 주입되지 않

고 전송층 통과라는 단계 주입 과정을 통해 전압을 낮출 수 있다 또한2

발광층에 주입된 전자와 정공이 발광층을 거쳐 반대편 전극으로 이동시 반

대편 전송층에 막힘으로써 재결합 조절이 가능하며 전자와 정공 재결합에

의해 생성되는 이 전극과 발광층 사이의 경계면에 형성되Singlet excition

어 물질의 발광을 감속하는 현상을 막을 수 있다 이를 통해 발광 효율은

높일 수 있다

(A)

- 13 -

(B)

그림 단층 및 다층 구조의 유기[ 4] (A) (B) LED

발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘2)2)2)2)

먼저 간단하게 그림 을 가지고 발광 메커니즘에 대해 언급하겠다 전lt 5gt

원이 공급되면 전자가 이동하면서 전류가 흐르게 되는데 음극에서는 전자

가 전자 수송층의 도움으로 발광층으로 이동하고 마찬가지로 양극에서(-)

는 홀이 홀 수송층의 도움으로 발광층으로 이동한다 유기 물질인 발광층

에서 만난 전자와 홀은 높은 에너지를 갖는 여기자를 생성하게 되는데 이

때 여기자가 낮은 에너지로 떨어지면서 빛을 발생하게 된다 발광층을 구

성하고 있는 유기 물질이 어떤 것이냐에 따라 빛의 색깔이 달라지게 되며

를 내는 각각의 유기 물질을 이용하여 를 구현할 수 있R G B Full color

다

그림 발광 원리lt 5gt OLED

- 14 -

그림 와 그림 으로 좀 더 자세하게 살펴보자lt 6gt lt 7gt

양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입된다 주입된 전자와

정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자 가 생성되고 여(exicton)

기자는 확산하며 빛이 생성되며 에너지 준위가 낮은 상태가 된다 그림 lt

생성된 빛은 투명한 전극 및 기판 쪽으로 방출된다 소자의 에너지7-(A)gt

준위를 나타내는 그림 에서 보는 것처럼 양극에서는 정공이 주입되lt 7-(B)gt

기 쉽고 음극에서는 전자가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함

수보다 준위가 크기 때문에HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)

정공의 주입에 대한 장벽이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital)

이 존재한다 따라서 유리 소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 EL

및 저자의 주입 장벽이 작아야 함을 쉽게 추론할 수 있다

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

그림 발광 단계lt 6gt OLED

- 15 -

p+ n+i

Ev

Ec

EFp

EFn

(A)

(B)그림 발광 메커니즘lt 7gt

발광 효율발광 효율발광 효율발광 효율3)3)3)3)

유기 소자의 외부양자효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로 방출되EL

는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

times times times - - - - (1)

여기서 는 외부양자효율이며 는 내부양자효율 주입된 전하의 수에(

대한 생성된 광자의 수의 비) 는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으로 나

오는 비율이다 내부양자효율 ( 은 재결합효율) ( 주입된 전하의 수에

대한 생성된 여기자의 수의 비 과광자효율) ( 로 표시된다 광자효율은 뒤)

에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비 물질의 양자효율 PL

여기자의 광자생성효율 등에 의해 결정된다(radiative decay efficiency)

- 16 -

따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된전자와정공이재결합EL

될확률을증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사용하고 소자

내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수 있도록 소

자를 디자인 하는 것이 중요하다

전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동(1)(1)(1)(1)

주입된 전자와 정공이 재결합 될 확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전

자와 정공의수가 균형을 이루어야 한다 또한 이와 동시에 소자의 구동전

압을 낮추기 위해선 저 전압에서 충분한 수의 전하가 주입되어야 한다

따라서 전극과 유기물층의 계면에 존재하는 전하주입에 대한장벽을 조절

하는 것이 중요하다 정공의 주입을 위해서는 약 두께의 100 -200nm ITO

박막이 가장 일반적으로 사용된다 박막은 일함수가 약 ITO 44 -45eV

정도인 반면 유기물층의 준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으 LUMO

로 보다 크기 때문에 와 유기물층 사이에 정공주입에 대한 장45eV ITO

벽이 존재하며 이 장벽을 낮추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고

있다 첫째는 의 일함수를 증가시키는 방법이며 나머지는 와 유 ITO ITO

기물층 사이에 의 일함수보다 크고 유기물층의 준위보다는ITO LUMO

작거나 같은 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법( )

이다 전극의 일함수를 증가시키기 위해서 여러 가지 방법이 시도되 ITO

고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 전극의 표면처리를 통해ITO

전극표면의 일함수를 변화시키는 방법이다 표면처리는 기계적인ITO

방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등이 시도되고 있으

며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감소되며 수소 플 ITO

라즈마 처리방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장 효율적인 일함

수 증가방법은 에 의한 표면식각 및 산소 플라즈마 처리Aquaregia ITO

방법 등이 있다 이러한 표면처리에 의한 일함수 변화는 표면의 산 ITO

화 및 환원과 관계가 있는듯하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규명되지

않았다

전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송ITO (

층 을 삽입하는 방법 또한 정공주입 효율을 증가시키기 위해 많은 연구)

- 17 -

가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 정도의 산 1-5nm

화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의 경우

혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우 혹PANI PEDOT MTDATA

은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되CuPc 50 eV LUMO

고 있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기

때문에 이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수TPD NPD

송층이 유기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다

그림 는 고분자 유기 소자에서 산소표면처리 및 정공lt 8gt PPV EL ITO

주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림에서 는 표면처리와 정공 주입층 B

의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경우 그림 보다 효율 및 최lt 8-Agt

대 휘도가 약 배 이상 증가한다5

전자의 효율적인 주입을 위해서 일함수가 작은Ca Mg MgLi MgAg

등의 금속박막이 주로 음극으로 사용된다 이러한 금속박막과 유기발광층

의 계면에도 전자의 주입장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키

기 위해서 등의 무기 산화막을 금속과 유기물층 사이에 삽입하는 방LiF

법 혹은 유기전자 주입층을 삽입하는 방법 등이 연구 되고 있다 특히

박막의 삽입에 관한 연구가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인LiF

그림 고분자 유기 소자에서lt 8gt PPV EL ITO

표면처리 및 정공 주입층의 효과

- 18 -

역시 어느 정도 규명되고 있다

발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자(2) EL(2) EL(2) EL(2) EL

그림 에 전자와 정공의 재결합 및 발광기구의 에너지 준위도를 나타lt 9gt

내었다 전자와 정공의 재결합에 의해 전자스핀이 배열되는 방법에 따라

약 의 일중항 과 약 의 삼중항 의 여기자가 생성25 (singlet ) 75 (triplet)

된다 일반적인 유기물질의 경우 일중항이 기저상태 로 돌 (ground state)

아올 때 빛이 생성되며 삼중항은 빛이 생성되지 않고 열 등의 형태로 에

너지가 분산된다 일중항의 감쇠시간 은 수 나노 초 이 (decay time) (nano)

하이며 이러한 물질을 유기형광체라 한다 반면 삼중항도 발광에 참여하

는 물질이 있으며 이때의 감쇠시간은 수 마이크로 초에서 수 밀리 (micro)

초 정도이며 이러한 물질을 유기인광물질이라 한다 삼중항이 발광(milli)

에 참여하는 경우 이론적인 내부양자효율은 가 되며 이론 외부양자100

효율은 약 가 된다20

수식 의 외부양자효율은 수식 와 같이 나타낼 수 있다(1) (2)

- - - - (2)

그림 전자와 정공의 재결합 및lt 9gt

발광기구의 에너지준위도

- 19 -

여기서 는 재결합에 의해 생성된 일중항의 비율 는 형광체의 PL

양자효율 은 일중항의 광자생성효율 이(radiative decay efficiency)

며 는 삼중항의 비율 는 인광체의 양자효율PL 는 삼중항의

광자생성효율이다

양자효율이 높은 물질을 발광층에 도핑함에 의해 유기 소자의 효PL EL

율을 증가시키며 색을 변화시킬 수 있다 일반적으로 사용되는 형광도판

트는 등이 있으며 인광도판트coumarin6 rubrene DCJTB DSA armine

는 등이 있다 형광도판트를 사용하는 형광 유기 소Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

자는 문제점으로 지적되어온 소자의 수명 및 적색소자의 효율 등의 급속

히 개선되고 있어 실용화에 근접해있다 인광 유기 소자 역시 개발 EL

기간이 짧음에도 불구하고 급속히 진전되고 있어 현재 외부양자효율이

내부양자효율 약 의 녹색 인광 유기 소자가 발표되고 있21( 100) EL

다 인광 유기 소자 구조는 기존의 형광 유기 소자와는 달리 발광 EL EL

층으로 밴드갭이 큰 청색 물질을 일반적으로 사용PL(photoluminescence)

하며 이러한 물질들은 준위가 크기 때문에 정공 이동 제어층을HOMO

발광층과 전자 수송층 사이에 삽입하여 정공을 발광층에 포집시킨다 또

한 발광층의 전자이동성이 나쁘기 때문에 구동전압이 형광소자에 비해

약간 크다

인광 유기 소자는 감쇠시간이 길기 때문에 소자를 통해 흐르는 전류EL

가 증가하면 삼중항 삼중항소멸 기구에 - (Triplet -Triplet Annihilation)

의해 양자효율이 감소하는 현상이 있으며 이를 개선하기 위해 감쇠시간

이 작은 물질이 개발되고 있다 특히 적색발광체인 는 감쇠시간 Pt(OEP)

이 약 정도로 아주 크기 때문에 감쇠시간이 약 정도인100 sec 1 secμ μ

를 중심으로 연구개발이 진행되고 있으며 최근에는 효율이 높Ir-complex

은 청색 인광 유기 물질이 개발되고 있어 총천연색 인광 유기 디EL EL

스플레이 개발이 촉진되고 있다 또한 인광 유기 소자는 형광 유기 EL

소자에 비해 수명이 짧은 것으로 알려져 있으며 소자수명은 인광물EL

질 자체 및 도핑매트릭스 발광층 등 물질 및 소자구조에 의해 크게 좌우( )

된다

- 20 -

콘트라스트콘트라스트콘트라스트콘트라스트(3)(3)(3)(3)

유기 소자는 음극으로 일함수가 작은 금속박막을 주로 사용하며 금EL

속박막은 반사율이 크기 때문에 결과적으로 금속박막을 사용하는 유기

소자는 콘트라스트가 좋지 않아 명암비를 향상시키기 위해 주로 편EL

광판을 많이 사용한다 그림 하지만 편광판은 그림 에서 보lt 10(a)gt lt 10(b)gt

는 것처럼 발생된 빛을 약 정도 흡수하기 때문에 소자효율이 감소한50

다 따라서 편광판을사용하지 않고 콘트라스트를 향상시키기 위해 많은

연구가 진행되고 있다 현재까지 알려진 방법은 양극과 정공 수송층 사이

에 을 삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 을carbon black carbon

삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 굴절율을 조절할 수 있는 산

화물을 삽입하는 방법 등이 있다

(a)

- 21 -

(b)그림 유기 소자의 반사 및 편광판 사용시 효율 변화lt 10gt EL

유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절(4) EL(4) EL(4) EL(4) EL

유기 발광 소자는 무기 발광 소자에 비해 발광하는 빛이 자연스러우며

인간에게 친숙하다 유기 소자의 발광색을 조절하기 위해서 다양한 EL

발광층 재료 및 도핑 재료 등이 연구되고 있다 대부분의 형광 및 인광

소자는 전이로 인하여 발광하는 빛의 스펙트럼이 넓어 색순도를 높- π π

일 필요가 있다

형광 유기 소자의 발광 스펙트럼의 은 약 정도이EL FWHM 80-100nm

며 혹은 등의 인광 유기 소자의 발광 스펙트럼 Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

은 약 정도이다 혹은 등의 란탄족 금속 착화합FWHM 30-70nm Eu Tb

물을 이용한 인 광유기 소자는 발광 스펙트럼 이 이하EL FWHM 10nm

로 색순도가 우수하나 소자효율 소자수명 등이 개선되어야 한다 한편

빛의 간섭효과를 이용하여 형광 및 인광 소자의 색순도를 향상시키기 위

한 연구 역 시진행되고 있다 빛의 간섭효과를 이용하면 그림 에서 lt 11gt

보는 것처럼 발광색의 색순도를 어느 정도 향상 시킬 수 있다

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유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동(5) EL(5) EL(5) EL(5) EL

유기 소자를 디스플레이에 응용하기 위하여 또한 소자의 전하주입EL

및 재결합특성을 연구하기위해 펄스구동특성에 관한 연구가 진행되고 있

다 소자에 펄스를 가하면 빛의 세기는 시간에 따라 지수 함수적으로 증

가하며 소자에 전압을 제거하면 빛은 시간에 따라 지수 함수적으로 감소

한다 시간에 따른 빛의 세기 증가곡선과 세기감소 곡선은 일반적으로 대

칭이 아니다 빛의 세기 증가곡선은 소자의 전하주입특성 구동전압 소자

의 용량 등에 의해 변화하며 일반적으로 전하주입이 용이할(capacitance)

수록 빛의 세기는 시간에 따라 급속히 증가한다 빛의 세기 감소곡선은

감쇠시간 소자의 용량 발광층 재료 등에 의해 좌우되는 것으로 알려PL

져 있다 이러한 현상으로 인해 펄스 구동시 소자의 휘도 Transient EL

는 구동 주파수에 따라 변한다 그림 는 소자의 구동 주파수 특성을 lt 12gt

나타낸 것으로 약 까지는 휘도가 변화하지 않으며 그 이상에서1 KHz

소자가 동작할 경우 휘도는 감소한다[4]

그림 유기 소자 각층에서 빛의lt 11gt EL

간섭현상을 이용한 발광스펙트럼 조절

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의 분류의 분류의 분류의 분류22 OLED22 OLED22 OLED22 OLED

221221221221 재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류 는 발광층을 이루는 재료에 따라 단분자OLED

와 고분자 로 구동 방식에 따라 수동형OLED OLED (PM Passive Matrix

과 능동형 으로 구분된다Type) (AMActive Matrix Type)

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림그림그림그림lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt 구조와 구조구조와 구조구조와 구조구조와 구조(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix

에 사용되는 핵심 소재는 물질 구조적 측면에서 크게 두 가지 즉OELD

색소 분자라 불리는 저분자 유기 소재와 공역의 도전성 고분- (conjugated)π

(a) (b)

그림 유기 소자의 현상과 펄스 구동시 휘도 변화lt 12gt (a) EL Transient EL (b)

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자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

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구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

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2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

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을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

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정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

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낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

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접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

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해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

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공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

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그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

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로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

- 35 -

전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

- 36 -

유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

- 37 -

은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

- 38 -

등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

- 39 -

과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

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전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

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9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 10 -

가받고 있음

국내에서는 전자 삼성 오리온전기 등에서 상용화를 위해 많은LG SDI

연구개발을 진행하고 있으며 표 에 국내 기업들의 유기 소재 개발 [ 11] EL

동향을 나타내었다 저분자 유기 재료에 대해서는 화학 및 전자 EL LG LG

기술원 삼성 네스디스플레이 경상대 홍익대 서울대 등에서 일부 연 SDI

구개발이 이루어지고 있으나 대부분의 원천기술특허는 일본과 미국에서

확보하고 있다 고분자 재료물질은 와 등에서 국내 및 국제 KIST KAIST

표 국내 소재 개발동향lt 1gt

- 11 -

물질특허를 갖고 있으나 대부분의 원천기술특허를 Dow Covion Unix

등과 같은 외국업체들이 선점하고 있다 국내에서도 유기 관련CDT EL

특허의 적극적인 출원을 통해 상품화에 대비하고 있으나 아직은 해외 경쟁

사에 비해 미미한 수준이며 특히 신소재에 대한 연구개발은 일부 출연연

구소 및 대학에 국한되어 있다

유기 의 제품화에 박차를 가하고 있는 기업으로는 삼성 와 전자EL SDI LG

등의 대기업과 엘리아테크 네스 네오디스플레이 등의 벤LG-Philips LCD

처기업이 있다 삼성 의 경우 이동전화 및 SDI CNS(Car Navigation

용 양산라인을 보유하고 있으며 년 하반기부터는 인치급 컬System) 2001 2

러 유기 을 생산하고 있다 전자의 경우 유기 을 이동전화 단말기EL LG EL

상용 모델에 적용한 사례가 있으며 구미 공장에서 연간 만개 정도를 1200

생산하고 있다 이 외에도 는 유기 연구개발팀을 구성 LG-Philips LCD EL

하여 생산화를 위한 작업을 시작하였으며 네스 네오디스플레이 등에서도

년부터 인치급 이동통신 단말기용 유기 패널을 공급하고 있다2001 15 EL

[3]

표 국내 주요 업체의 개발 현황lt 2gt OLED

- 12 -

본론본론본론본론2222

의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리21 OLED21 OLED21 OLED21 OLED

적층구조적층구조적층구조적층구조1)1)1)1)

유기 는 기본적으로 그림 과 같이 기판 유리 플라스틱 등 과 상부LED lt 4gt ( )

및 하부전극 양극과 음극 그리고 두 전극 내에 유기 발광층이 삽입되어( )

있는 구조로 되어 있다 유기 의 적층 구조는 크게 단층 과 EL (single-layer)

다층 으로 나눌 수 있는데 그림 의 와 같이 한 개의 유(multi-layer) lt 4gt (A)

기층이 존재한다고 하여 단층 구조라 하며 와 같이 전하의 주입을 더 (B)

욱 활성화시키기 위하여 발광층의 상부 및 하부에 각각 전자 운송층

정공 운송층 등을 적층화(Electron transport layer) (hole transport layer)

한 구조를 다층 구조라고 한다 다층 구조는 캐리어들이 직접 주입되지 않

고 전송층 통과라는 단계 주입 과정을 통해 전압을 낮출 수 있다 또한2

발광층에 주입된 전자와 정공이 발광층을 거쳐 반대편 전극으로 이동시 반

대편 전송층에 막힘으로써 재결합 조절이 가능하며 전자와 정공 재결합에

의해 생성되는 이 전극과 발광층 사이의 경계면에 형성되Singlet excition

어 물질의 발광을 감속하는 현상을 막을 수 있다 이를 통해 발광 효율은

높일 수 있다

(A)

- 13 -

(B)

그림 단층 및 다층 구조의 유기[ 4] (A) (B) LED

발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘2)2)2)2)

먼저 간단하게 그림 을 가지고 발광 메커니즘에 대해 언급하겠다 전lt 5gt

원이 공급되면 전자가 이동하면서 전류가 흐르게 되는데 음극에서는 전자

가 전자 수송층의 도움으로 발광층으로 이동하고 마찬가지로 양극에서(-)

는 홀이 홀 수송층의 도움으로 발광층으로 이동한다 유기 물질인 발광층

에서 만난 전자와 홀은 높은 에너지를 갖는 여기자를 생성하게 되는데 이

때 여기자가 낮은 에너지로 떨어지면서 빛을 발생하게 된다 발광층을 구

성하고 있는 유기 물질이 어떤 것이냐에 따라 빛의 색깔이 달라지게 되며

를 내는 각각의 유기 물질을 이용하여 를 구현할 수 있R G B Full color

다

그림 발광 원리lt 5gt OLED

- 14 -

그림 와 그림 으로 좀 더 자세하게 살펴보자lt 6gt lt 7gt

양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입된다 주입된 전자와

정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자 가 생성되고 여(exicton)

기자는 확산하며 빛이 생성되며 에너지 준위가 낮은 상태가 된다 그림 lt

생성된 빛은 투명한 전극 및 기판 쪽으로 방출된다 소자의 에너지7-(A)gt

준위를 나타내는 그림 에서 보는 것처럼 양극에서는 정공이 주입되lt 7-(B)gt

기 쉽고 음극에서는 전자가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함

수보다 준위가 크기 때문에HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)

정공의 주입에 대한 장벽이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital)

이 존재한다 따라서 유리 소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 EL

및 저자의 주입 장벽이 작아야 함을 쉽게 추론할 수 있다

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

그림 발광 단계lt 6gt OLED

- 15 -

p+ n+i

Ev

Ec

EFp

EFn

(A)

(B)그림 발광 메커니즘lt 7gt

발광 효율발광 효율발광 효율발광 효율3)3)3)3)

유기 소자의 외부양자효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로 방출되EL

는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

times times times - - - - (1)

여기서 는 외부양자효율이며 는 내부양자효율 주입된 전하의 수에(

대한 생성된 광자의 수의 비) 는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으로 나

오는 비율이다 내부양자효율 ( 은 재결합효율) ( 주입된 전하의 수에

대한 생성된 여기자의 수의 비 과광자효율) ( 로 표시된다 광자효율은 뒤)

에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비 물질의 양자효율 PL

여기자의 광자생성효율 등에 의해 결정된다(radiative decay efficiency)

- 16 -

따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된전자와정공이재결합EL

될확률을증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사용하고 소자

내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수 있도록 소

자를 디자인 하는 것이 중요하다

전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동(1)(1)(1)(1)

주입된 전자와 정공이 재결합 될 확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전

자와 정공의수가 균형을 이루어야 한다 또한 이와 동시에 소자의 구동전

압을 낮추기 위해선 저 전압에서 충분한 수의 전하가 주입되어야 한다

따라서 전극과 유기물층의 계면에 존재하는 전하주입에 대한장벽을 조절

하는 것이 중요하다 정공의 주입을 위해서는 약 두께의 100 -200nm ITO

박막이 가장 일반적으로 사용된다 박막은 일함수가 약 ITO 44 -45eV

정도인 반면 유기물층의 준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으 LUMO

로 보다 크기 때문에 와 유기물층 사이에 정공주입에 대한 장45eV ITO

벽이 존재하며 이 장벽을 낮추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고

있다 첫째는 의 일함수를 증가시키는 방법이며 나머지는 와 유 ITO ITO

기물층 사이에 의 일함수보다 크고 유기물층의 준위보다는ITO LUMO

작거나 같은 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법( )

이다 전극의 일함수를 증가시키기 위해서 여러 가지 방법이 시도되 ITO

고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 전극의 표면처리를 통해ITO

전극표면의 일함수를 변화시키는 방법이다 표면처리는 기계적인ITO

방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등이 시도되고 있으

며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감소되며 수소 플 ITO

라즈마 처리방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장 효율적인 일함

수 증가방법은 에 의한 표면식각 및 산소 플라즈마 처리Aquaregia ITO

방법 등이 있다 이러한 표면처리에 의한 일함수 변화는 표면의 산 ITO

화 및 환원과 관계가 있는듯하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규명되지

않았다

전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송ITO (

층 을 삽입하는 방법 또한 정공주입 효율을 증가시키기 위해 많은 연구)

- 17 -

가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 정도의 산 1-5nm

화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의 경우

혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우 혹PANI PEDOT MTDATA

은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되CuPc 50 eV LUMO

고 있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기

때문에 이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수TPD NPD

송층이 유기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다

그림 는 고분자 유기 소자에서 산소표면처리 및 정공lt 8gt PPV EL ITO

주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림에서 는 표면처리와 정공 주입층 B

의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경우 그림 보다 효율 및 최lt 8-Agt

대 휘도가 약 배 이상 증가한다5

전자의 효율적인 주입을 위해서 일함수가 작은Ca Mg MgLi MgAg

등의 금속박막이 주로 음극으로 사용된다 이러한 금속박막과 유기발광층

의 계면에도 전자의 주입장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키

기 위해서 등의 무기 산화막을 금속과 유기물층 사이에 삽입하는 방LiF

법 혹은 유기전자 주입층을 삽입하는 방법 등이 연구 되고 있다 특히

박막의 삽입에 관한 연구가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인LiF

그림 고분자 유기 소자에서lt 8gt PPV EL ITO

표면처리 및 정공 주입층의 효과

- 18 -

역시 어느 정도 규명되고 있다

발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자(2) EL(2) EL(2) EL(2) EL

그림 에 전자와 정공의 재결합 및 발광기구의 에너지 준위도를 나타lt 9gt

내었다 전자와 정공의 재결합에 의해 전자스핀이 배열되는 방법에 따라

약 의 일중항 과 약 의 삼중항 의 여기자가 생성25 (singlet ) 75 (triplet)

된다 일반적인 유기물질의 경우 일중항이 기저상태 로 돌 (ground state)

아올 때 빛이 생성되며 삼중항은 빛이 생성되지 않고 열 등의 형태로 에

너지가 분산된다 일중항의 감쇠시간 은 수 나노 초 이 (decay time) (nano)

하이며 이러한 물질을 유기형광체라 한다 반면 삼중항도 발광에 참여하

는 물질이 있으며 이때의 감쇠시간은 수 마이크로 초에서 수 밀리 (micro)

초 정도이며 이러한 물질을 유기인광물질이라 한다 삼중항이 발광(milli)

에 참여하는 경우 이론적인 내부양자효율은 가 되며 이론 외부양자100

효율은 약 가 된다20

수식 의 외부양자효율은 수식 와 같이 나타낼 수 있다(1) (2)

- - - - (2)

그림 전자와 정공의 재결합 및lt 9gt

발광기구의 에너지준위도

- 19 -

여기서 는 재결합에 의해 생성된 일중항의 비율 는 형광체의 PL

양자효율 은 일중항의 광자생성효율 이(radiative decay efficiency)

며 는 삼중항의 비율 는 인광체의 양자효율PL 는 삼중항의

광자생성효율이다

양자효율이 높은 물질을 발광층에 도핑함에 의해 유기 소자의 효PL EL

율을 증가시키며 색을 변화시킬 수 있다 일반적으로 사용되는 형광도판

트는 등이 있으며 인광도판트coumarin6 rubrene DCJTB DSA armine

는 등이 있다 형광도판트를 사용하는 형광 유기 소Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

자는 문제점으로 지적되어온 소자의 수명 및 적색소자의 효율 등의 급속

히 개선되고 있어 실용화에 근접해있다 인광 유기 소자 역시 개발 EL

기간이 짧음에도 불구하고 급속히 진전되고 있어 현재 외부양자효율이

내부양자효율 약 의 녹색 인광 유기 소자가 발표되고 있21( 100) EL

다 인광 유기 소자 구조는 기존의 형광 유기 소자와는 달리 발광 EL EL

층으로 밴드갭이 큰 청색 물질을 일반적으로 사용PL(photoluminescence)

하며 이러한 물질들은 준위가 크기 때문에 정공 이동 제어층을HOMO

발광층과 전자 수송층 사이에 삽입하여 정공을 발광층에 포집시킨다 또

한 발광층의 전자이동성이 나쁘기 때문에 구동전압이 형광소자에 비해

약간 크다

인광 유기 소자는 감쇠시간이 길기 때문에 소자를 통해 흐르는 전류EL

가 증가하면 삼중항 삼중항소멸 기구에 - (Triplet -Triplet Annihilation)

의해 양자효율이 감소하는 현상이 있으며 이를 개선하기 위해 감쇠시간

이 작은 물질이 개발되고 있다 특히 적색발광체인 는 감쇠시간 Pt(OEP)

이 약 정도로 아주 크기 때문에 감쇠시간이 약 정도인100 sec 1 secμ μ

를 중심으로 연구개발이 진행되고 있으며 최근에는 효율이 높Ir-complex

은 청색 인광 유기 물질이 개발되고 있어 총천연색 인광 유기 디EL EL

스플레이 개발이 촉진되고 있다 또한 인광 유기 소자는 형광 유기 EL

소자에 비해 수명이 짧은 것으로 알려져 있으며 소자수명은 인광물EL

질 자체 및 도핑매트릭스 발광층 등 물질 및 소자구조에 의해 크게 좌우( )

된다

- 20 -

콘트라스트콘트라스트콘트라스트콘트라스트(3)(3)(3)(3)

유기 소자는 음극으로 일함수가 작은 금속박막을 주로 사용하며 금EL

속박막은 반사율이 크기 때문에 결과적으로 금속박막을 사용하는 유기

소자는 콘트라스트가 좋지 않아 명암비를 향상시키기 위해 주로 편EL

광판을 많이 사용한다 그림 하지만 편광판은 그림 에서 보lt 10(a)gt lt 10(b)gt

는 것처럼 발생된 빛을 약 정도 흡수하기 때문에 소자효율이 감소한50

다 따라서 편광판을사용하지 않고 콘트라스트를 향상시키기 위해 많은

연구가 진행되고 있다 현재까지 알려진 방법은 양극과 정공 수송층 사이

에 을 삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 을carbon black carbon

삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 굴절율을 조절할 수 있는 산

화물을 삽입하는 방법 등이 있다

(a)

- 21 -

(b)그림 유기 소자의 반사 및 편광판 사용시 효율 변화lt 10gt EL

유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절(4) EL(4) EL(4) EL(4) EL

유기 발광 소자는 무기 발광 소자에 비해 발광하는 빛이 자연스러우며

인간에게 친숙하다 유기 소자의 발광색을 조절하기 위해서 다양한 EL

발광층 재료 및 도핑 재료 등이 연구되고 있다 대부분의 형광 및 인광

소자는 전이로 인하여 발광하는 빛의 스펙트럼이 넓어 색순도를 높- π π

일 필요가 있다

형광 유기 소자의 발광 스펙트럼의 은 약 정도이EL FWHM 80-100nm

며 혹은 등의 인광 유기 소자의 발광 스펙트럼 Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

은 약 정도이다 혹은 등의 란탄족 금속 착화합FWHM 30-70nm Eu Tb

물을 이용한 인 광유기 소자는 발광 스펙트럼 이 이하EL FWHM 10nm

로 색순도가 우수하나 소자효율 소자수명 등이 개선되어야 한다 한편

빛의 간섭효과를 이용하여 형광 및 인광 소자의 색순도를 향상시키기 위

한 연구 역 시진행되고 있다 빛의 간섭효과를 이용하면 그림 에서 lt 11gt

보는 것처럼 발광색의 색순도를 어느 정도 향상 시킬 수 있다

- 22 -

유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동(5) EL(5) EL(5) EL(5) EL

유기 소자를 디스플레이에 응용하기 위하여 또한 소자의 전하주입EL

및 재결합특성을 연구하기위해 펄스구동특성에 관한 연구가 진행되고 있

다 소자에 펄스를 가하면 빛의 세기는 시간에 따라 지수 함수적으로 증

가하며 소자에 전압을 제거하면 빛은 시간에 따라 지수 함수적으로 감소

한다 시간에 따른 빛의 세기 증가곡선과 세기감소 곡선은 일반적으로 대

칭이 아니다 빛의 세기 증가곡선은 소자의 전하주입특성 구동전압 소자

의 용량 등에 의해 변화하며 일반적으로 전하주입이 용이할(capacitance)

수록 빛의 세기는 시간에 따라 급속히 증가한다 빛의 세기 감소곡선은

감쇠시간 소자의 용량 발광층 재료 등에 의해 좌우되는 것으로 알려PL

져 있다 이러한 현상으로 인해 펄스 구동시 소자의 휘도 Transient EL

는 구동 주파수에 따라 변한다 그림 는 소자의 구동 주파수 특성을 lt 12gt

나타낸 것으로 약 까지는 휘도가 변화하지 않으며 그 이상에서1 KHz

소자가 동작할 경우 휘도는 감소한다[4]

그림 유기 소자 각층에서 빛의lt 11gt EL

간섭현상을 이용한 발광스펙트럼 조절

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의 분류의 분류의 분류의 분류22 OLED22 OLED22 OLED22 OLED

221221221221 재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류 는 발광층을 이루는 재료에 따라 단분자OLED

와 고분자 로 구동 방식에 따라 수동형OLED OLED (PM Passive Matrix

과 능동형 으로 구분된다Type) (AMActive Matrix Type)

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림그림그림그림lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt 구조와 구조구조와 구조구조와 구조구조와 구조(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix

에 사용되는 핵심 소재는 물질 구조적 측면에서 크게 두 가지 즉OELD

색소 분자라 불리는 저분자 유기 소재와 공역의 도전성 고분- (conjugated)π

(a) (b)

그림 유기 소자의 현상과 펄스 구동시 휘도 변화lt 12gt (a) EL Transient EL (b)

- 24 -

자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

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구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

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2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

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을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

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정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

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낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

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접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

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해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

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공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

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그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

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로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

- 35 -

전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

- 36 -

유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

- 37 -

은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

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등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

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과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

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그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

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그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

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이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

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Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

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주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

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유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

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전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

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결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

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- 54 -

- 11 -

물질특허를 갖고 있으나 대부분의 원천기술특허를 Dow Covion Unix

등과 같은 외국업체들이 선점하고 있다 국내에서도 유기 관련CDT EL

특허의 적극적인 출원을 통해 상품화에 대비하고 있으나 아직은 해외 경쟁

사에 비해 미미한 수준이며 특히 신소재에 대한 연구개발은 일부 출연연

구소 및 대학에 국한되어 있다

유기 의 제품화에 박차를 가하고 있는 기업으로는 삼성 와 전자EL SDI LG

등의 대기업과 엘리아테크 네스 네오디스플레이 등의 벤LG-Philips LCD

처기업이 있다 삼성 의 경우 이동전화 및 SDI CNS(Car Navigation

용 양산라인을 보유하고 있으며 년 하반기부터는 인치급 컬System) 2001 2

러 유기 을 생산하고 있다 전자의 경우 유기 을 이동전화 단말기EL LG EL

상용 모델에 적용한 사례가 있으며 구미 공장에서 연간 만개 정도를 1200

생산하고 있다 이 외에도 는 유기 연구개발팀을 구성 LG-Philips LCD EL

하여 생산화를 위한 작업을 시작하였으며 네스 네오디스플레이 등에서도

년부터 인치급 이동통신 단말기용 유기 패널을 공급하고 있다2001 15 EL

[3]

표 국내 주요 업체의 개발 현황lt 2gt OLED

- 12 -

본론본론본론본론2222

의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리21 OLED21 OLED21 OLED21 OLED

적층구조적층구조적층구조적층구조1)1)1)1)

유기 는 기본적으로 그림 과 같이 기판 유리 플라스틱 등 과 상부LED lt 4gt ( )

및 하부전극 양극과 음극 그리고 두 전극 내에 유기 발광층이 삽입되어( )

있는 구조로 되어 있다 유기 의 적층 구조는 크게 단층 과 EL (single-layer)

다층 으로 나눌 수 있는데 그림 의 와 같이 한 개의 유(multi-layer) lt 4gt (A)

기층이 존재한다고 하여 단층 구조라 하며 와 같이 전하의 주입을 더 (B)

욱 활성화시키기 위하여 발광층의 상부 및 하부에 각각 전자 운송층

정공 운송층 등을 적층화(Electron transport layer) (hole transport layer)

한 구조를 다층 구조라고 한다 다층 구조는 캐리어들이 직접 주입되지 않

고 전송층 통과라는 단계 주입 과정을 통해 전압을 낮출 수 있다 또한2

발광층에 주입된 전자와 정공이 발광층을 거쳐 반대편 전극으로 이동시 반

대편 전송층에 막힘으로써 재결합 조절이 가능하며 전자와 정공 재결합에

의해 생성되는 이 전극과 발광층 사이의 경계면에 형성되Singlet excition

어 물질의 발광을 감속하는 현상을 막을 수 있다 이를 통해 발광 효율은

높일 수 있다

(A)

- 13 -

(B)

그림 단층 및 다층 구조의 유기[ 4] (A) (B) LED

발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘2)2)2)2)

먼저 간단하게 그림 을 가지고 발광 메커니즘에 대해 언급하겠다 전lt 5gt

원이 공급되면 전자가 이동하면서 전류가 흐르게 되는데 음극에서는 전자

가 전자 수송층의 도움으로 발광층으로 이동하고 마찬가지로 양극에서(-)

는 홀이 홀 수송층의 도움으로 발광층으로 이동한다 유기 물질인 발광층

에서 만난 전자와 홀은 높은 에너지를 갖는 여기자를 생성하게 되는데 이

때 여기자가 낮은 에너지로 떨어지면서 빛을 발생하게 된다 발광층을 구

성하고 있는 유기 물질이 어떤 것이냐에 따라 빛의 색깔이 달라지게 되며

를 내는 각각의 유기 물질을 이용하여 를 구현할 수 있R G B Full color

다

그림 발광 원리lt 5gt OLED

- 14 -

그림 와 그림 으로 좀 더 자세하게 살펴보자lt 6gt lt 7gt

양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입된다 주입된 전자와

정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자 가 생성되고 여(exicton)

기자는 확산하며 빛이 생성되며 에너지 준위가 낮은 상태가 된다 그림 lt

생성된 빛은 투명한 전극 및 기판 쪽으로 방출된다 소자의 에너지7-(A)gt

준위를 나타내는 그림 에서 보는 것처럼 양극에서는 정공이 주입되lt 7-(B)gt

기 쉽고 음극에서는 전자가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함

수보다 준위가 크기 때문에HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)

정공의 주입에 대한 장벽이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital)

이 존재한다 따라서 유리 소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 EL

및 저자의 주입 장벽이 작아야 함을 쉽게 추론할 수 있다

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

그림 발광 단계lt 6gt OLED

- 15 -

p+ n+i

Ev

Ec

EFp

EFn

(A)

(B)그림 발광 메커니즘lt 7gt

발광 효율발광 효율발광 효율발광 효율3)3)3)3)

유기 소자의 외부양자효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로 방출되EL

는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

times times times - - - - (1)

여기서 는 외부양자효율이며 는 내부양자효율 주입된 전하의 수에(

대한 생성된 광자의 수의 비) 는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으로 나

오는 비율이다 내부양자효율 ( 은 재결합효율) ( 주입된 전하의 수에

대한 생성된 여기자의 수의 비 과광자효율) ( 로 표시된다 광자효율은 뒤)

에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비 물질의 양자효율 PL

여기자의 광자생성효율 등에 의해 결정된다(radiative decay efficiency)

- 16 -

따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된전자와정공이재결합EL

될확률을증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사용하고 소자

내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수 있도록 소

자를 디자인 하는 것이 중요하다

전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동(1)(1)(1)(1)

주입된 전자와 정공이 재결합 될 확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전

자와 정공의수가 균형을 이루어야 한다 또한 이와 동시에 소자의 구동전

압을 낮추기 위해선 저 전압에서 충분한 수의 전하가 주입되어야 한다

따라서 전극과 유기물층의 계면에 존재하는 전하주입에 대한장벽을 조절

하는 것이 중요하다 정공의 주입을 위해서는 약 두께의 100 -200nm ITO

박막이 가장 일반적으로 사용된다 박막은 일함수가 약 ITO 44 -45eV

정도인 반면 유기물층의 준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으 LUMO

로 보다 크기 때문에 와 유기물층 사이에 정공주입에 대한 장45eV ITO

벽이 존재하며 이 장벽을 낮추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고

있다 첫째는 의 일함수를 증가시키는 방법이며 나머지는 와 유 ITO ITO

기물층 사이에 의 일함수보다 크고 유기물층의 준위보다는ITO LUMO

작거나 같은 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법( )

이다 전극의 일함수를 증가시키기 위해서 여러 가지 방법이 시도되 ITO

고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 전극의 표면처리를 통해ITO

전극표면의 일함수를 변화시키는 방법이다 표면처리는 기계적인ITO

방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등이 시도되고 있으

며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감소되며 수소 플 ITO

라즈마 처리방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장 효율적인 일함

수 증가방법은 에 의한 표면식각 및 산소 플라즈마 처리Aquaregia ITO

방법 등이 있다 이러한 표면처리에 의한 일함수 변화는 표면의 산 ITO

화 및 환원과 관계가 있는듯하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규명되지

않았다

전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송ITO (

층 을 삽입하는 방법 또한 정공주입 효율을 증가시키기 위해 많은 연구)

- 17 -

가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 정도의 산 1-5nm

화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의 경우

혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우 혹PANI PEDOT MTDATA

은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되CuPc 50 eV LUMO

고 있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기

때문에 이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수TPD NPD

송층이 유기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다

그림 는 고분자 유기 소자에서 산소표면처리 및 정공lt 8gt PPV EL ITO

주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림에서 는 표면처리와 정공 주입층 B

의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경우 그림 보다 효율 및 최lt 8-Agt

대 휘도가 약 배 이상 증가한다5

전자의 효율적인 주입을 위해서 일함수가 작은Ca Mg MgLi MgAg

등의 금속박막이 주로 음극으로 사용된다 이러한 금속박막과 유기발광층

의 계면에도 전자의 주입장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키

기 위해서 등의 무기 산화막을 금속과 유기물층 사이에 삽입하는 방LiF

법 혹은 유기전자 주입층을 삽입하는 방법 등이 연구 되고 있다 특히

박막의 삽입에 관한 연구가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인LiF

그림 고분자 유기 소자에서lt 8gt PPV EL ITO

표면처리 및 정공 주입층의 효과

- 18 -

역시 어느 정도 규명되고 있다

발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자(2) EL(2) EL(2) EL(2) EL

그림 에 전자와 정공의 재결합 및 발광기구의 에너지 준위도를 나타lt 9gt

내었다 전자와 정공의 재결합에 의해 전자스핀이 배열되는 방법에 따라

약 의 일중항 과 약 의 삼중항 의 여기자가 생성25 (singlet ) 75 (triplet)

된다 일반적인 유기물질의 경우 일중항이 기저상태 로 돌 (ground state)

아올 때 빛이 생성되며 삼중항은 빛이 생성되지 않고 열 등의 형태로 에

너지가 분산된다 일중항의 감쇠시간 은 수 나노 초 이 (decay time) (nano)

하이며 이러한 물질을 유기형광체라 한다 반면 삼중항도 발광에 참여하

는 물질이 있으며 이때의 감쇠시간은 수 마이크로 초에서 수 밀리 (micro)

초 정도이며 이러한 물질을 유기인광물질이라 한다 삼중항이 발광(milli)

에 참여하는 경우 이론적인 내부양자효율은 가 되며 이론 외부양자100

효율은 약 가 된다20

수식 의 외부양자효율은 수식 와 같이 나타낼 수 있다(1) (2)

- - - - (2)

그림 전자와 정공의 재결합 및lt 9gt

발광기구의 에너지준위도

- 19 -

여기서 는 재결합에 의해 생성된 일중항의 비율 는 형광체의 PL

양자효율 은 일중항의 광자생성효율 이(radiative decay efficiency)

며 는 삼중항의 비율 는 인광체의 양자효율PL 는 삼중항의

광자생성효율이다

양자효율이 높은 물질을 발광층에 도핑함에 의해 유기 소자의 효PL EL

율을 증가시키며 색을 변화시킬 수 있다 일반적으로 사용되는 형광도판

트는 등이 있으며 인광도판트coumarin6 rubrene DCJTB DSA armine

는 등이 있다 형광도판트를 사용하는 형광 유기 소Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

자는 문제점으로 지적되어온 소자의 수명 및 적색소자의 효율 등의 급속

히 개선되고 있어 실용화에 근접해있다 인광 유기 소자 역시 개발 EL

기간이 짧음에도 불구하고 급속히 진전되고 있어 현재 외부양자효율이

내부양자효율 약 의 녹색 인광 유기 소자가 발표되고 있21( 100) EL

다 인광 유기 소자 구조는 기존의 형광 유기 소자와는 달리 발광 EL EL

층으로 밴드갭이 큰 청색 물질을 일반적으로 사용PL(photoluminescence)

하며 이러한 물질들은 준위가 크기 때문에 정공 이동 제어층을HOMO

발광층과 전자 수송층 사이에 삽입하여 정공을 발광층에 포집시킨다 또

한 발광층의 전자이동성이 나쁘기 때문에 구동전압이 형광소자에 비해

약간 크다

인광 유기 소자는 감쇠시간이 길기 때문에 소자를 통해 흐르는 전류EL

가 증가하면 삼중항 삼중항소멸 기구에 - (Triplet -Triplet Annihilation)

의해 양자효율이 감소하는 현상이 있으며 이를 개선하기 위해 감쇠시간

이 작은 물질이 개발되고 있다 특히 적색발광체인 는 감쇠시간 Pt(OEP)

이 약 정도로 아주 크기 때문에 감쇠시간이 약 정도인100 sec 1 secμ μ

를 중심으로 연구개발이 진행되고 있으며 최근에는 효율이 높Ir-complex

은 청색 인광 유기 물질이 개발되고 있어 총천연색 인광 유기 디EL EL

스플레이 개발이 촉진되고 있다 또한 인광 유기 소자는 형광 유기 EL

소자에 비해 수명이 짧은 것으로 알려져 있으며 소자수명은 인광물EL

질 자체 및 도핑매트릭스 발광층 등 물질 및 소자구조에 의해 크게 좌우( )

된다

- 20 -

콘트라스트콘트라스트콘트라스트콘트라스트(3)(3)(3)(3)

유기 소자는 음극으로 일함수가 작은 금속박막을 주로 사용하며 금EL

속박막은 반사율이 크기 때문에 결과적으로 금속박막을 사용하는 유기

소자는 콘트라스트가 좋지 않아 명암비를 향상시키기 위해 주로 편EL

광판을 많이 사용한다 그림 하지만 편광판은 그림 에서 보lt 10(a)gt lt 10(b)gt

는 것처럼 발생된 빛을 약 정도 흡수하기 때문에 소자효율이 감소한50

다 따라서 편광판을사용하지 않고 콘트라스트를 향상시키기 위해 많은

연구가 진행되고 있다 현재까지 알려진 방법은 양극과 정공 수송층 사이

에 을 삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 을carbon black carbon

삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 굴절율을 조절할 수 있는 산

화물을 삽입하는 방법 등이 있다

(a)

- 21 -

(b)그림 유기 소자의 반사 및 편광판 사용시 효율 변화lt 10gt EL

유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절(4) EL(4) EL(4) EL(4) EL

유기 발광 소자는 무기 발광 소자에 비해 발광하는 빛이 자연스러우며

인간에게 친숙하다 유기 소자의 발광색을 조절하기 위해서 다양한 EL

발광층 재료 및 도핑 재료 등이 연구되고 있다 대부분의 형광 및 인광

소자는 전이로 인하여 발광하는 빛의 스펙트럼이 넓어 색순도를 높- π π

일 필요가 있다

형광 유기 소자의 발광 스펙트럼의 은 약 정도이EL FWHM 80-100nm

며 혹은 등의 인광 유기 소자의 발광 스펙트럼 Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

은 약 정도이다 혹은 등의 란탄족 금속 착화합FWHM 30-70nm Eu Tb

물을 이용한 인 광유기 소자는 발광 스펙트럼 이 이하EL FWHM 10nm

로 색순도가 우수하나 소자효율 소자수명 등이 개선되어야 한다 한편

빛의 간섭효과를 이용하여 형광 및 인광 소자의 색순도를 향상시키기 위

한 연구 역 시진행되고 있다 빛의 간섭효과를 이용하면 그림 에서 lt 11gt

보는 것처럼 발광색의 색순도를 어느 정도 향상 시킬 수 있다

- 22 -

유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동(5) EL(5) EL(5) EL(5) EL

유기 소자를 디스플레이에 응용하기 위하여 또한 소자의 전하주입EL

및 재결합특성을 연구하기위해 펄스구동특성에 관한 연구가 진행되고 있

다 소자에 펄스를 가하면 빛의 세기는 시간에 따라 지수 함수적으로 증

가하며 소자에 전압을 제거하면 빛은 시간에 따라 지수 함수적으로 감소

한다 시간에 따른 빛의 세기 증가곡선과 세기감소 곡선은 일반적으로 대

칭이 아니다 빛의 세기 증가곡선은 소자의 전하주입특성 구동전압 소자

의 용량 등에 의해 변화하며 일반적으로 전하주입이 용이할(capacitance)

수록 빛의 세기는 시간에 따라 급속히 증가한다 빛의 세기 감소곡선은

감쇠시간 소자의 용량 발광층 재료 등에 의해 좌우되는 것으로 알려PL

져 있다 이러한 현상으로 인해 펄스 구동시 소자의 휘도 Transient EL

는 구동 주파수에 따라 변한다 그림 는 소자의 구동 주파수 특성을 lt 12gt

나타낸 것으로 약 까지는 휘도가 변화하지 않으며 그 이상에서1 KHz

소자가 동작할 경우 휘도는 감소한다[4]

그림 유기 소자 각층에서 빛의lt 11gt EL

간섭현상을 이용한 발광스펙트럼 조절

- 23 -

의 분류의 분류의 분류의 분류22 OLED22 OLED22 OLED22 OLED

221221221221 재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류 는 발광층을 이루는 재료에 따라 단분자OLED

와 고분자 로 구동 방식에 따라 수동형OLED OLED (PM Passive Matrix

과 능동형 으로 구분된다Type) (AMActive Matrix Type)

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림그림그림그림lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt 구조와 구조구조와 구조구조와 구조구조와 구조(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix

에 사용되는 핵심 소재는 물질 구조적 측면에서 크게 두 가지 즉OELD

색소 분자라 불리는 저분자 유기 소재와 공역의 도전성 고분- (conjugated)π

(a) (b)

그림 유기 소자의 현상과 펄스 구동시 휘도 변화lt 12gt (a) EL Transient EL (b)

- 24 -

자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

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구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

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2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

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을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

- 28 -

정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

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낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

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접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

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해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

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공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

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그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

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로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

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전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

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은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

- 38 -

등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

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과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

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이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

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유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

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전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

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결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

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(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

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- 54 -

- 12 -

본론본론본론본론2222

의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리의 구조 및 동작원리21 OLED21 OLED21 OLED21 OLED

적층구조적층구조적층구조적층구조1)1)1)1)

유기 는 기본적으로 그림 과 같이 기판 유리 플라스틱 등 과 상부LED lt 4gt ( )

및 하부전극 양극과 음극 그리고 두 전극 내에 유기 발광층이 삽입되어( )

있는 구조로 되어 있다 유기 의 적층 구조는 크게 단층 과 EL (single-layer)

다층 으로 나눌 수 있는데 그림 의 와 같이 한 개의 유(multi-layer) lt 4gt (A)

기층이 존재한다고 하여 단층 구조라 하며 와 같이 전하의 주입을 더 (B)

욱 활성화시키기 위하여 발광층의 상부 및 하부에 각각 전자 운송층

정공 운송층 등을 적층화(Electron transport layer) (hole transport layer)

한 구조를 다층 구조라고 한다 다층 구조는 캐리어들이 직접 주입되지 않

고 전송층 통과라는 단계 주입 과정을 통해 전압을 낮출 수 있다 또한2

발광층에 주입된 전자와 정공이 발광층을 거쳐 반대편 전극으로 이동시 반

대편 전송층에 막힘으로써 재결합 조절이 가능하며 전자와 정공 재결합에

의해 생성되는 이 전극과 발광층 사이의 경계면에 형성되Singlet excition

어 물질의 발광을 감속하는 현상을 막을 수 있다 이를 통해 발광 효율은

높일 수 있다

(A)

- 13 -

(B)

그림 단층 및 다층 구조의 유기[ 4] (A) (B) LED

발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘2)2)2)2)

먼저 간단하게 그림 을 가지고 발광 메커니즘에 대해 언급하겠다 전lt 5gt

원이 공급되면 전자가 이동하면서 전류가 흐르게 되는데 음극에서는 전자

가 전자 수송층의 도움으로 발광층으로 이동하고 마찬가지로 양극에서(-)

는 홀이 홀 수송층의 도움으로 발광층으로 이동한다 유기 물질인 발광층

에서 만난 전자와 홀은 높은 에너지를 갖는 여기자를 생성하게 되는데 이

때 여기자가 낮은 에너지로 떨어지면서 빛을 발생하게 된다 발광층을 구

성하고 있는 유기 물질이 어떤 것이냐에 따라 빛의 색깔이 달라지게 되며

를 내는 각각의 유기 물질을 이용하여 를 구현할 수 있R G B Full color

다

그림 발광 원리lt 5gt OLED

- 14 -

그림 와 그림 으로 좀 더 자세하게 살펴보자lt 6gt lt 7gt

양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입된다 주입된 전자와

정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자 가 생성되고 여(exicton)

기자는 확산하며 빛이 생성되며 에너지 준위가 낮은 상태가 된다 그림 lt

생성된 빛은 투명한 전극 및 기판 쪽으로 방출된다 소자의 에너지7-(A)gt

준위를 나타내는 그림 에서 보는 것처럼 양극에서는 정공이 주입되lt 7-(B)gt

기 쉽고 음극에서는 전자가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함

수보다 준위가 크기 때문에HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)

정공의 주입에 대한 장벽이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital)

이 존재한다 따라서 유리 소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 EL

및 저자의 주입 장벽이 작아야 함을 쉽게 추론할 수 있다

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

그림 발광 단계lt 6gt OLED

- 15 -

p+ n+i

Ev

Ec

EFp

EFn

(A)

(B)그림 발광 메커니즘lt 7gt

발광 효율발광 효율발광 효율발광 효율3)3)3)3)

유기 소자의 외부양자효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로 방출되EL

는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

times times times - - - - (1)

여기서 는 외부양자효율이며 는 내부양자효율 주입된 전하의 수에(

대한 생성된 광자의 수의 비) 는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으로 나

오는 비율이다 내부양자효율 ( 은 재결합효율) ( 주입된 전하의 수에

대한 생성된 여기자의 수의 비 과광자효율) ( 로 표시된다 광자효율은 뒤)

에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비 물질의 양자효율 PL

여기자의 광자생성효율 등에 의해 결정된다(radiative decay efficiency)

- 16 -

따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된전자와정공이재결합EL

될확률을증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사용하고 소자

내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수 있도록 소

자를 디자인 하는 것이 중요하다

전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동(1)(1)(1)(1)

주입된 전자와 정공이 재결합 될 확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전

자와 정공의수가 균형을 이루어야 한다 또한 이와 동시에 소자의 구동전

압을 낮추기 위해선 저 전압에서 충분한 수의 전하가 주입되어야 한다

따라서 전극과 유기물층의 계면에 존재하는 전하주입에 대한장벽을 조절

하는 것이 중요하다 정공의 주입을 위해서는 약 두께의 100 -200nm ITO

박막이 가장 일반적으로 사용된다 박막은 일함수가 약 ITO 44 -45eV

정도인 반면 유기물층의 준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으 LUMO

로 보다 크기 때문에 와 유기물층 사이에 정공주입에 대한 장45eV ITO

벽이 존재하며 이 장벽을 낮추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고

있다 첫째는 의 일함수를 증가시키는 방법이며 나머지는 와 유 ITO ITO

기물층 사이에 의 일함수보다 크고 유기물층의 준위보다는ITO LUMO

작거나 같은 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법( )

이다 전극의 일함수를 증가시키기 위해서 여러 가지 방법이 시도되 ITO

고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 전극의 표면처리를 통해ITO

전극표면의 일함수를 변화시키는 방법이다 표면처리는 기계적인ITO

방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등이 시도되고 있으

며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감소되며 수소 플 ITO

라즈마 처리방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장 효율적인 일함

수 증가방법은 에 의한 표면식각 및 산소 플라즈마 처리Aquaregia ITO

방법 등이 있다 이러한 표면처리에 의한 일함수 변화는 표면의 산 ITO

화 및 환원과 관계가 있는듯하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규명되지

않았다

전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송ITO (

층 을 삽입하는 방법 또한 정공주입 효율을 증가시키기 위해 많은 연구)

- 17 -

가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 정도의 산 1-5nm

화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의 경우

혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우 혹PANI PEDOT MTDATA

은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되CuPc 50 eV LUMO

고 있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기

때문에 이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수TPD NPD

송층이 유기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다

그림 는 고분자 유기 소자에서 산소표면처리 및 정공lt 8gt PPV EL ITO

주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림에서 는 표면처리와 정공 주입층 B

의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경우 그림 보다 효율 및 최lt 8-Agt

대 휘도가 약 배 이상 증가한다5

전자의 효율적인 주입을 위해서 일함수가 작은Ca Mg MgLi MgAg

등의 금속박막이 주로 음극으로 사용된다 이러한 금속박막과 유기발광층

의 계면에도 전자의 주입장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키

기 위해서 등의 무기 산화막을 금속과 유기물층 사이에 삽입하는 방LiF

법 혹은 유기전자 주입층을 삽입하는 방법 등이 연구 되고 있다 특히

박막의 삽입에 관한 연구가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인LiF

그림 고분자 유기 소자에서lt 8gt PPV EL ITO

표면처리 및 정공 주입층의 효과

- 18 -

역시 어느 정도 규명되고 있다

발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자(2) EL(2) EL(2) EL(2) EL

그림 에 전자와 정공의 재결합 및 발광기구의 에너지 준위도를 나타lt 9gt

내었다 전자와 정공의 재결합에 의해 전자스핀이 배열되는 방법에 따라

약 의 일중항 과 약 의 삼중항 의 여기자가 생성25 (singlet ) 75 (triplet)

된다 일반적인 유기물질의 경우 일중항이 기저상태 로 돌 (ground state)

아올 때 빛이 생성되며 삼중항은 빛이 생성되지 않고 열 등의 형태로 에

너지가 분산된다 일중항의 감쇠시간 은 수 나노 초 이 (decay time) (nano)

하이며 이러한 물질을 유기형광체라 한다 반면 삼중항도 발광에 참여하

는 물질이 있으며 이때의 감쇠시간은 수 마이크로 초에서 수 밀리 (micro)

초 정도이며 이러한 물질을 유기인광물질이라 한다 삼중항이 발광(milli)

에 참여하는 경우 이론적인 내부양자효율은 가 되며 이론 외부양자100

효율은 약 가 된다20

수식 의 외부양자효율은 수식 와 같이 나타낼 수 있다(1) (2)

- - - - (2)

그림 전자와 정공의 재결합 및lt 9gt

발광기구의 에너지준위도

- 19 -

여기서 는 재결합에 의해 생성된 일중항의 비율 는 형광체의 PL

양자효율 은 일중항의 광자생성효율 이(radiative decay efficiency)

며 는 삼중항의 비율 는 인광체의 양자효율PL 는 삼중항의

광자생성효율이다

양자효율이 높은 물질을 발광층에 도핑함에 의해 유기 소자의 효PL EL

율을 증가시키며 색을 변화시킬 수 있다 일반적으로 사용되는 형광도판

트는 등이 있으며 인광도판트coumarin6 rubrene DCJTB DSA armine

는 등이 있다 형광도판트를 사용하는 형광 유기 소Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

자는 문제점으로 지적되어온 소자의 수명 및 적색소자의 효율 등의 급속

히 개선되고 있어 실용화에 근접해있다 인광 유기 소자 역시 개발 EL

기간이 짧음에도 불구하고 급속히 진전되고 있어 현재 외부양자효율이

내부양자효율 약 의 녹색 인광 유기 소자가 발표되고 있21( 100) EL

다 인광 유기 소자 구조는 기존의 형광 유기 소자와는 달리 발광 EL EL

층으로 밴드갭이 큰 청색 물질을 일반적으로 사용PL(photoluminescence)

하며 이러한 물질들은 준위가 크기 때문에 정공 이동 제어층을HOMO

발광층과 전자 수송층 사이에 삽입하여 정공을 발광층에 포집시킨다 또

한 발광층의 전자이동성이 나쁘기 때문에 구동전압이 형광소자에 비해

약간 크다

인광 유기 소자는 감쇠시간이 길기 때문에 소자를 통해 흐르는 전류EL

가 증가하면 삼중항 삼중항소멸 기구에 - (Triplet -Triplet Annihilation)

의해 양자효율이 감소하는 현상이 있으며 이를 개선하기 위해 감쇠시간

이 작은 물질이 개발되고 있다 특히 적색발광체인 는 감쇠시간 Pt(OEP)

이 약 정도로 아주 크기 때문에 감쇠시간이 약 정도인100 sec 1 secμ μ

를 중심으로 연구개발이 진행되고 있으며 최근에는 효율이 높Ir-complex

은 청색 인광 유기 물질이 개발되고 있어 총천연색 인광 유기 디EL EL

스플레이 개발이 촉진되고 있다 또한 인광 유기 소자는 형광 유기 EL

소자에 비해 수명이 짧은 것으로 알려져 있으며 소자수명은 인광물EL

질 자체 및 도핑매트릭스 발광층 등 물질 및 소자구조에 의해 크게 좌우( )

된다

- 20 -

콘트라스트콘트라스트콘트라스트콘트라스트(3)(3)(3)(3)

유기 소자는 음극으로 일함수가 작은 금속박막을 주로 사용하며 금EL

속박막은 반사율이 크기 때문에 결과적으로 금속박막을 사용하는 유기

소자는 콘트라스트가 좋지 않아 명암비를 향상시키기 위해 주로 편EL

광판을 많이 사용한다 그림 하지만 편광판은 그림 에서 보lt 10(a)gt lt 10(b)gt

는 것처럼 발생된 빛을 약 정도 흡수하기 때문에 소자효율이 감소한50

다 따라서 편광판을사용하지 않고 콘트라스트를 향상시키기 위해 많은

연구가 진행되고 있다 현재까지 알려진 방법은 양극과 정공 수송층 사이

에 을 삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 을carbon black carbon

삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 굴절율을 조절할 수 있는 산

화물을 삽입하는 방법 등이 있다

(a)

- 21 -

(b)그림 유기 소자의 반사 및 편광판 사용시 효율 변화lt 10gt EL

유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절(4) EL(4) EL(4) EL(4) EL

유기 발광 소자는 무기 발광 소자에 비해 발광하는 빛이 자연스러우며

인간에게 친숙하다 유기 소자의 발광색을 조절하기 위해서 다양한 EL

발광층 재료 및 도핑 재료 등이 연구되고 있다 대부분의 형광 및 인광

소자는 전이로 인하여 발광하는 빛의 스펙트럼이 넓어 색순도를 높- π π

일 필요가 있다

형광 유기 소자의 발광 스펙트럼의 은 약 정도이EL FWHM 80-100nm

며 혹은 등의 인광 유기 소자의 발광 스펙트럼 Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

은 약 정도이다 혹은 등의 란탄족 금속 착화합FWHM 30-70nm Eu Tb

물을 이용한 인 광유기 소자는 발광 스펙트럼 이 이하EL FWHM 10nm

로 색순도가 우수하나 소자효율 소자수명 등이 개선되어야 한다 한편

빛의 간섭효과를 이용하여 형광 및 인광 소자의 색순도를 향상시키기 위

한 연구 역 시진행되고 있다 빛의 간섭효과를 이용하면 그림 에서 lt 11gt

보는 것처럼 발광색의 색순도를 어느 정도 향상 시킬 수 있다

- 22 -

유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동(5) EL(5) EL(5) EL(5) EL

유기 소자를 디스플레이에 응용하기 위하여 또한 소자의 전하주입EL

및 재결합특성을 연구하기위해 펄스구동특성에 관한 연구가 진행되고 있

다 소자에 펄스를 가하면 빛의 세기는 시간에 따라 지수 함수적으로 증

가하며 소자에 전압을 제거하면 빛은 시간에 따라 지수 함수적으로 감소

한다 시간에 따른 빛의 세기 증가곡선과 세기감소 곡선은 일반적으로 대

칭이 아니다 빛의 세기 증가곡선은 소자의 전하주입특성 구동전압 소자

의 용량 등에 의해 변화하며 일반적으로 전하주입이 용이할(capacitance)

수록 빛의 세기는 시간에 따라 급속히 증가한다 빛의 세기 감소곡선은

감쇠시간 소자의 용량 발광층 재료 등에 의해 좌우되는 것으로 알려PL

져 있다 이러한 현상으로 인해 펄스 구동시 소자의 휘도 Transient EL

는 구동 주파수에 따라 변한다 그림 는 소자의 구동 주파수 특성을 lt 12gt

나타낸 것으로 약 까지는 휘도가 변화하지 않으며 그 이상에서1 KHz

소자가 동작할 경우 휘도는 감소한다[4]

그림 유기 소자 각층에서 빛의lt 11gt EL

간섭현상을 이용한 발광스펙트럼 조절

- 23 -

의 분류의 분류의 분류의 분류22 OLED22 OLED22 OLED22 OLED

221221221221 재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류 는 발광층을 이루는 재료에 따라 단분자OLED

와 고분자 로 구동 방식에 따라 수동형OLED OLED (PM Passive Matrix

과 능동형 으로 구분된다Type) (AMActive Matrix Type)

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림그림그림그림lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt 구조와 구조구조와 구조구조와 구조구조와 구조(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix

에 사용되는 핵심 소재는 물질 구조적 측면에서 크게 두 가지 즉OELD

색소 분자라 불리는 저분자 유기 소재와 공역의 도전성 고분- (conjugated)π

(a) (b)

그림 유기 소자의 현상과 펄스 구동시 휘도 변화lt 12gt (a) EL Transient EL (b)

- 24 -

자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

- 25 -

구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

- 26 -

2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

- 27 -

을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

- 28 -

정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

- 29 -

낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

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접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

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해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

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공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

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그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

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로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

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전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

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은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

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등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

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과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

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- 54 -

- 13 -

(B)

그림 단층 및 다층 구조의 유기[ 4] (A) (B) LED

발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘발광 메커니즘2)2)2)2)

먼저 간단하게 그림 을 가지고 발광 메커니즘에 대해 언급하겠다 전lt 5gt

원이 공급되면 전자가 이동하면서 전류가 흐르게 되는데 음극에서는 전자

가 전자 수송층의 도움으로 발광층으로 이동하고 마찬가지로 양극에서(-)

는 홀이 홀 수송층의 도움으로 발광층으로 이동한다 유기 물질인 발광층

에서 만난 전자와 홀은 높은 에너지를 갖는 여기자를 생성하게 되는데 이

때 여기자가 낮은 에너지로 떨어지면서 빛을 발생하게 된다 발광층을 구

성하고 있는 유기 물질이 어떤 것이냐에 따라 빛의 색깔이 달라지게 되며

를 내는 각각의 유기 물질을 이용하여 를 구현할 수 있R G B Full color

다

그림 발광 원리lt 5gt OLED

- 14 -

그림 와 그림 으로 좀 더 자세하게 살펴보자lt 6gt lt 7gt

양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입된다 주입된 전자와

정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자 가 생성되고 여(exicton)

기자는 확산하며 빛이 생성되며 에너지 준위가 낮은 상태가 된다 그림 lt

생성된 빛은 투명한 전극 및 기판 쪽으로 방출된다 소자의 에너지7-(A)gt

준위를 나타내는 그림 에서 보는 것처럼 양극에서는 정공이 주입되lt 7-(B)gt

기 쉽고 음극에서는 전자가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함

수보다 준위가 크기 때문에HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)

정공의 주입에 대한 장벽이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital)

이 존재한다 따라서 유리 소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 EL

및 저자의 주입 장벽이 작아야 함을 쉽게 추론할 수 있다

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

그림 발광 단계lt 6gt OLED

- 15 -

p+ n+i

Ev

Ec

EFp

EFn

(A)

(B)그림 발광 메커니즘lt 7gt

발광 효율발광 효율발광 효율발광 효율3)3)3)3)

유기 소자의 외부양자효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로 방출되EL

는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

times times times - - - - (1)

여기서 는 외부양자효율이며 는 내부양자효율 주입된 전하의 수에(

대한 생성된 광자의 수의 비) 는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으로 나

오는 비율이다 내부양자효율 ( 은 재결합효율) ( 주입된 전하의 수에

대한 생성된 여기자의 수의 비 과광자효율) ( 로 표시된다 광자효율은 뒤)

에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비 물질의 양자효율 PL

여기자의 광자생성효율 등에 의해 결정된다(radiative decay efficiency)

- 16 -

따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된전자와정공이재결합EL

될확률을증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사용하고 소자

내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수 있도록 소

자를 디자인 하는 것이 중요하다

전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동(1)(1)(1)(1)

주입된 전자와 정공이 재결합 될 확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전

자와 정공의수가 균형을 이루어야 한다 또한 이와 동시에 소자의 구동전

압을 낮추기 위해선 저 전압에서 충분한 수의 전하가 주입되어야 한다

따라서 전극과 유기물층의 계면에 존재하는 전하주입에 대한장벽을 조절

하는 것이 중요하다 정공의 주입을 위해서는 약 두께의 100 -200nm ITO

박막이 가장 일반적으로 사용된다 박막은 일함수가 약 ITO 44 -45eV

정도인 반면 유기물층의 준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으 LUMO

로 보다 크기 때문에 와 유기물층 사이에 정공주입에 대한 장45eV ITO

벽이 존재하며 이 장벽을 낮추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고

있다 첫째는 의 일함수를 증가시키는 방법이며 나머지는 와 유 ITO ITO

기물층 사이에 의 일함수보다 크고 유기물층의 준위보다는ITO LUMO

작거나 같은 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법( )

이다 전극의 일함수를 증가시키기 위해서 여러 가지 방법이 시도되 ITO

고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 전극의 표면처리를 통해ITO

전극표면의 일함수를 변화시키는 방법이다 표면처리는 기계적인ITO

방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등이 시도되고 있으

며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감소되며 수소 플 ITO

라즈마 처리방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장 효율적인 일함

수 증가방법은 에 의한 표면식각 및 산소 플라즈마 처리Aquaregia ITO

방법 등이 있다 이러한 표면처리에 의한 일함수 변화는 표면의 산 ITO

화 및 환원과 관계가 있는듯하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규명되지

않았다

전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송ITO (

층 을 삽입하는 방법 또한 정공주입 효율을 증가시키기 위해 많은 연구)

- 17 -

가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 정도의 산 1-5nm

화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의 경우

혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우 혹PANI PEDOT MTDATA

은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되CuPc 50 eV LUMO

고 있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기

때문에 이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수TPD NPD

송층이 유기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다

그림 는 고분자 유기 소자에서 산소표면처리 및 정공lt 8gt PPV EL ITO

주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림에서 는 표면처리와 정공 주입층 B

의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경우 그림 보다 효율 및 최lt 8-Agt

대 휘도가 약 배 이상 증가한다5

전자의 효율적인 주입을 위해서 일함수가 작은Ca Mg MgLi MgAg

등의 금속박막이 주로 음극으로 사용된다 이러한 금속박막과 유기발광층

의 계면에도 전자의 주입장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키

기 위해서 등의 무기 산화막을 금속과 유기물층 사이에 삽입하는 방LiF

법 혹은 유기전자 주입층을 삽입하는 방법 등이 연구 되고 있다 특히

박막의 삽입에 관한 연구가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인LiF

그림 고분자 유기 소자에서lt 8gt PPV EL ITO

표면처리 및 정공 주입층의 효과

- 18 -

역시 어느 정도 규명되고 있다

발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자(2) EL(2) EL(2) EL(2) EL

그림 에 전자와 정공의 재결합 및 발광기구의 에너지 준위도를 나타lt 9gt

내었다 전자와 정공의 재결합에 의해 전자스핀이 배열되는 방법에 따라

약 의 일중항 과 약 의 삼중항 의 여기자가 생성25 (singlet ) 75 (triplet)

된다 일반적인 유기물질의 경우 일중항이 기저상태 로 돌 (ground state)

아올 때 빛이 생성되며 삼중항은 빛이 생성되지 않고 열 등의 형태로 에

너지가 분산된다 일중항의 감쇠시간 은 수 나노 초 이 (decay time) (nano)

하이며 이러한 물질을 유기형광체라 한다 반면 삼중항도 발광에 참여하

는 물질이 있으며 이때의 감쇠시간은 수 마이크로 초에서 수 밀리 (micro)

초 정도이며 이러한 물질을 유기인광물질이라 한다 삼중항이 발광(milli)

에 참여하는 경우 이론적인 내부양자효율은 가 되며 이론 외부양자100

효율은 약 가 된다20

수식 의 외부양자효율은 수식 와 같이 나타낼 수 있다(1) (2)

- - - - (2)

그림 전자와 정공의 재결합 및lt 9gt

발광기구의 에너지준위도

- 19 -

여기서 는 재결합에 의해 생성된 일중항의 비율 는 형광체의 PL

양자효율 은 일중항의 광자생성효율 이(radiative decay efficiency)

며 는 삼중항의 비율 는 인광체의 양자효율PL 는 삼중항의

광자생성효율이다

양자효율이 높은 물질을 발광층에 도핑함에 의해 유기 소자의 효PL EL

율을 증가시키며 색을 변화시킬 수 있다 일반적으로 사용되는 형광도판

트는 등이 있으며 인광도판트coumarin6 rubrene DCJTB DSA armine

는 등이 있다 형광도판트를 사용하는 형광 유기 소Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

자는 문제점으로 지적되어온 소자의 수명 및 적색소자의 효율 등의 급속

히 개선되고 있어 실용화에 근접해있다 인광 유기 소자 역시 개발 EL

기간이 짧음에도 불구하고 급속히 진전되고 있어 현재 외부양자효율이

내부양자효율 약 의 녹색 인광 유기 소자가 발표되고 있21( 100) EL

다 인광 유기 소자 구조는 기존의 형광 유기 소자와는 달리 발광 EL EL

층으로 밴드갭이 큰 청색 물질을 일반적으로 사용PL(photoluminescence)

하며 이러한 물질들은 준위가 크기 때문에 정공 이동 제어층을HOMO

발광층과 전자 수송층 사이에 삽입하여 정공을 발광층에 포집시킨다 또

한 발광층의 전자이동성이 나쁘기 때문에 구동전압이 형광소자에 비해

약간 크다

인광 유기 소자는 감쇠시간이 길기 때문에 소자를 통해 흐르는 전류EL

가 증가하면 삼중항 삼중항소멸 기구에 - (Triplet -Triplet Annihilation)

의해 양자효율이 감소하는 현상이 있으며 이를 개선하기 위해 감쇠시간

이 작은 물질이 개발되고 있다 특히 적색발광체인 는 감쇠시간 Pt(OEP)

이 약 정도로 아주 크기 때문에 감쇠시간이 약 정도인100 sec 1 secμ μ

를 중심으로 연구개발이 진행되고 있으며 최근에는 효율이 높Ir-complex

은 청색 인광 유기 물질이 개발되고 있어 총천연색 인광 유기 디EL EL

스플레이 개발이 촉진되고 있다 또한 인광 유기 소자는 형광 유기 EL

소자에 비해 수명이 짧은 것으로 알려져 있으며 소자수명은 인광물EL

질 자체 및 도핑매트릭스 발광층 등 물질 및 소자구조에 의해 크게 좌우( )

된다

- 20 -

콘트라스트콘트라스트콘트라스트콘트라스트(3)(3)(3)(3)

유기 소자는 음극으로 일함수가 작은 금속박막을 주로 사용하며 금EL

속박막은 반사율이 크기 때문에 결과적으로 금속박막을 사용하는 유기

소자는 콘트라스트가 좋지 않아 명암비를 향상시키기 위해 주로 편EL

광판을 많이 사용한다 그림 하지만 편광판은 그림 에서 보lt 10(a)gt lt 10(b)gt

는 것처럼 발생된 빛을 약 정도 흡수하기 때문에 소자효율이 감소한50

다 따라서 편광판을사용하지 않고 콘트라스트를 향상시키기 위해 많은

연구가 진행되고 있다 현재까지 알려진 방법은 양극과 정공 수송층 사이

에 을 삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 을carbon black carbon

삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 굴절율을 조절할 수 있는 산

화물을 삽입하는 방법 등이 있다

(a)

- 21 -

(b)그림 유기 소자의 반사 및 편광판 사용시 효율 변화lt 10gt EL

유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절(4) EL(4) EL(4) EL(4) EL

유기 발광 소자는 무기 발광 소자에 비해 발광하는 빛이 자연스러우며

인간에게 친숙하다 유기 소자의 발광색을 조절하기 위해서 다양한 EL

발광층 재료 및 도핑 재료 등이 연구되고 있다 대부분의 형광 및 인광

소자는 전이로 인하여 발광하는 빛의 스펙트럼이 넓어 색순도를 높- π π

일 필요가 있다

형광 유기 소자의 발광 스펙트럼의 은 약 정도이EL FWHM 80-100nm

며 혹은 등의 인광 유기 소자의 발광 스펙트럼 Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

은 약 정도이다 혹은 등의 란탄족 금속 착화합FWHM 30-70nm Eu Tb

물을 이용한 인 광유기 소자는 발광 스펙트럼 이 이하EL FWHM 10nm

로 색순도가 우수하나 소자효율 소자수명 등이 개선되어야 한다 한편

빛의 간섭효과를 이용하여 형광 및 인광 소자의 색순도를 향상시키기 위

한 연구 역 시진행되고 있다 빛의 간섭효과를 이용하면 그림 에서 lt 11gt

보는 것처럼 발광색의 색순도를 어느 정도 향상 시킬 수 있다

- 22 -

유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동(5) EL(5) EL(5) EL(5) EL

유기 소자를 디스플레이에 응용하기 위하여 또한 소자의 전하주입EL

및 재결합특성을 연구하기위해 펄스구동특성에 관한 연구가 진행되고 있

다 소자에 펄스를 가하면 빛의 세기는 시간에 따라 지수 함수적으로 증

가하며 소자에 전압을 제거하면 빛은 시간에 따라 지수 함수적으로 감소

한다 시간에 따른 빛의 세기 증가곡선과 세기감소 곡선은 일반적으로 대

칭이 아니다 빛의 세기 증가곡선은 소자의 전하주입특성 구동전압 소자

의 용량 등에 의해 변화하며 일반적으로 전하주입이 용이할(capacitance)

수록 빛의 세기는 시간에 따라 급속히 증가한다 빛의 세기 감소곡선은

감쇠시간 소자의 용량 발광층 재료 등에 의해 좌우되는 것으로 알려PL

져 있다 이러한 현상으로 인해 펄스 구동시 소자의 휘도 Transient EL

는 구동 주파수에 따라 변한다 그림 는 소자의 구동 주파수 특성을 lt 12gt

나타낸 것으로 약 까지는 휘도가 변화하지 않으며 그 이상에서1 KHz

소자가 동작할 경우 휘도는 감소한다[4]

그림 유기 소자 각층에서 빛의lt 11gt EL

간섭현상을 이용한 발광스펙트럼 조절

- 23 -

의 분류의 분류의 분류의 분류22 OLED22 OLED22 OLED22 OLED

221221221221 재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류 는 발광층을 이루는 재료에 따라 단분자OLED

와 고분자 로 구동 방식에 따라 수동형OLED OLED (PM Passive Matrix

과 능동형 으로 구분된다Type) (AMActive Matrix Type)

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림그림그림그림lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt 구조와 구조구조와 구조구조와 구조구조와 구조(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix

에 사용되는 핵심 소재는 물질 구조적 측면에서 크게 두 가지 즉OELD

색소 분자라 불리는 저분자 유기 소재와 공역의 도전성 고분- (conjugated)π

(a) (b)

그림 유기 소자의 현상과 펄스 구동시 휘도 변화lt 12gt (a) EL Transient EL (b)

- 24 -

자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

- 25 -

구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

- 26 -

2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

- 27 -

을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

- 28 -

정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

- 29 -

낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

- 30 -

접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

- 31 -

해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

- 32 -

공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

- 33 -

그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

- 34 -

로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

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전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

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은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

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등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

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과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

4 F Furakawa Y Terasaka H Ueda and M Matuura 29-a-NK-3

5 A Berntsen Y Croonen R Cuijpers B Habets C Liedenbaum H Schoo

RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

Optical Engineering) Vol 3148314831483148

6 C W Tang S A Vanslyke and C H Chen J Appl Phys 1989198919891989 65 3610

7 K Yamashita T Mori and T Mizutani 3-a-2Q-12 58th Academic Lecture

of Applied Physics

8 OPTICS LETTERS Vol 22 No 6 March 15 1997

9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 14 -

그림 와 그림 으로 좀 더 자세하게 살펴보자lt 6gt lt 7gt

양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입된다 주입된 전자와

정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자 가 생성되고 여(exicton)

기자는 확산하며 빛이 생성되며 에너지 준위가 낮은 상태가 된다 그림 lt

생성된 빛은 투명한 전극 및 기판 쪽으로 방출된다 소자의 에너지7-(A)gt

준위를 나타내는 그림 에서 보는 것처럼 양극에서는 정공이 주입되lt 7-(B)gt

기 쉽고 음극에서는 전자가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함

수보다 준위가 크기 때문에HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)

정공의 주입에 대한 장벽이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital)

이 존재한다 따라서 유리 소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 EL

및 저자의 주입 장벽이 작아야 함을 쉽게 추론할 수 있다

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

HTLHTL

Transparent

anode

holes

Low work function

cathode

ETLETLEMLEML

electrons

그림 발광 단계lt 6gt OLED

- 15 -

p+ n+i

Ev

Ec

EFp

EFn

(A)

(B)그림 발광 메커니즘lt 7gt

발광 효율발광 효율발광 효율발광 효율3)3)3)3)

유기 소자의 외부양자효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로 방출되EL

는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

times times times - - - - (1)

여기서 는 외부양자효율이며 는 내부양자효율 주입된 전하의 수에(

대한 생성된 광자의 수의 비) 는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으로 나

오는 비율이다 내부양자효율 ( 은 재결합효율) ( 주입된 전하의 수에

대한 생성된 여기자의 수의 비 과광자효율) ( 로 표시된다 광자효율은 뒤)

에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비 물질의 양자효율 PL

여기자의 광자생성효율 등에 의해 결정된다(radiative decay efficiency)

- 16 -

따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된전자와정공이재결합EL

될확률을증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사용하고 소자

내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수 있도록 소

자를 디자인 하는 것이 중요하다

전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동(1)(1)(1)(1)

주입된 전자와 정공이 재결합 될 확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전

자와 정공의수가 균형을 이루어야 한다 또한 이와 동시에 소자의 구동전

압을 낮추기 위해선 저 전압에서 충분한 수의 전하가 주입되어야 한다

따라서 전극과 유기물층의 계면에 존재하는 전하주입에 대한장벽을 조절

하는 것이 중요하다 정공의 주입을 위해서는 약 두께의 100 -200nm ITO

박막이 가장 일반적으로 사용된다 박막은 일함수가 약 ITO 44 -45eV

정도인 반면 유기물층의 준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으 LUMO

로 보다 크기 때문에 와 유기물층 사이에 정공주입에 대한 장45eV ITO

벽이 존재하며 이 장벽을 낮추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고

있다 첫째는 의 일함수를 증가시키는 방법이며 나머지는 와 유 ITO ITO

기물층 사이에 의 일함수보다 크고 유기물층의 준위보다는ITO LUMO

작거나 같은 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법( )

이다 전극의 일함수를 증가시키기 위해서 여러 가지 방법이 시도되 ITO

고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 전극의 표면처리를 통해ITO

전극표면의 일함수를 변화시키는 방법이다 표면처리는 기계적인ITO

방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등이 시도되고 있으

며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감소되며 수소 플 ITO

라즈마 처리방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장 효율적인 일함

수 증가방법은 에 의한 표면식각 및 산소 플라즈마 처리Aquaregia ITO

방법 등이 있다 이러한 표면처리에 의한 일함수 변화는 표면의 산 ITO

화 및 환원과 관계가 있는듯하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규명되지

않았다

전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송ITO (

층 을 삽입하는 방법 또한 정공주입 효율을 증가시키기 위해 많은 연구)

- 17 -

가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 정도의 산 1-5nm

화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의 경우

혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우 혹PANI PEDOT MTDATA

은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되CuPc 50 eV LUMO

고 있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기

때문에 이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수TPD NPD

송층이 유기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다

그림 는 고분자 유기 소자에서 산소표면처리 및 정공lt 8gt PPV EL ITO

주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림에서 는 표면처리와 정공 주입층 B

의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경우 그림 보다 효율 및 최lt 8-Agt

대 휘도가 약 배 이상 증가한다5

전자의 효율적인 주입을 위해서 일함수가 작은Ca Mg MgLi MgAg

등의 금속박막이 주로 음극으로 사용된다 이러한 금속박막과 유기발광층

의 계면에도 전자의 주입장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키

기 위해서 등의 무기 산화막을 금속과 유기물층 사이에 삽입하는 방LiF

법 혹은 유기전자 주입층을 삽입하는 방법 등이 연구 되고 있다 특히

박막의 삽입에 관한 연구가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인LiF

그림 고분자 유기 소자에서lt 8gt PPV EL ITO

표면처리 및 정공 주입층의 효과

- 18 -

역시 어느 정도 규명되고 있다

발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자(2) EL(2) EL(2) EL(2) EL

그림 에 전자와 정공의 재결합 및 발광기구의 에너지 준위도를 나타lt 9gt

내었다 전자와 정공의 재결합에 의해 전자스핀이 배열되는 방법에 따라

약 의 일중항 과 약 의 삼중항 의 여기자가 생성25 (singlet ) 75 (triplet)

된다 일반적인 유기물질의 경우 일중항이 기저상태 로 돌 (ground state)

아올 때 빛이 생성되며 삼중항은 빛이 생성되지 않고 열 등의 형태로 에

너지가 분산된다 일중항의 감쇠시간 은 수 나노 초 이 (decay time) (nano)

하이며 이러한 물질을 유기형광체라 한다 반면 삼중항도 발광에 참여하

는 물질이 있으며 이때의 감쇠시간은 수 마이크로 초에서 수 밀리 (micro)

초 정도이며 이러한 물질을 유기인광물질이라 한다 삼중항이 발광(milli)

에 참여하는 경우 이론적인 내부양자효율은 가 되며 이론 외부양자100

효율은 약 가 된다20

수식 의 외부양자효율은 수식 와 같이 나타낼 수 있다(1) (2)

- - - - (2)

그림 전자와 정공의 재결합 및lt 9gt

발광기구의 에너지준위도

- 19 -

여기서 는 재결합에 의해 생성된 일중항의 비율 는 형광체의 PL

양자효율 은 일중항의 광자생성효율 이(radiative decay efficiency)

며 는 삼중항의 비율 는 인광체의 양자효율PL 는 삼중항의

광자생성효율이다

양자효율이 높은 물질을 발광층에 도핑함에 의해 유기 소자의 효PL EL

율을 증가시키며 색을 변화시킬 수 있다 일반적으로 사용되는 형광도판

트는 등이 있으며 인광도판트coumarin6 rubrene DCJTB DSA armine

는 등이 있다 형광도판트를 사용하는 형광 유기 소Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

자는 문제점으로 지적되어온 소자의 수명 및 적색소자의 효율 등의 급속

히 개선되고 있어 실용화에 근접해있다 인광 유기 소자 역시 개발 EL

기간이 짧음에도 불구하고 급속히 진전되고 있어 현재 외부양자효율이

내부양자효율 약 의 녹색 인광 유기 소자가 발표되고 있21( 100) EL

다 인광 유기 소자 구조는 기존의 형광 유기 소자와는 달리 발광 EL EL

층으로 밴드갭이 큰 청색 물질을 일반적으로 사용PL(photoluminescence)

하며 이러한 물질들은 준위가 크기 때문에 정공 이동 제어층을HOMO

발광층과 전자 수송층 사이에 삽입하여 정공을 발광층에 포집시킨다 또

한 발광층의 전자이동성이 나쁘기 때문에 구동전압이 형광소자에 비해

약간 크다

인광 유기 소자는 감쇠시간이 길기 때문에 소자를 통해 흐르는 전류EL

가 증가하면 삼중항 삼중항소멸 기구에 - (Triplet -Triplet Annihilation)

의해 양자효율이 감소하는 현상이 있으며 이를 개선하기 위해 감쇠시간

이 작은 물질이 개발되고 있다 특히 적색발광체인 는 감쇠시간 Pt(OEP)

이 약 정도로 아주 크기 때문에 감쇠시간이 약 정도인100 sec 1 secμ μ

를 중심으로 연구개발이 진행되고 있으며 최근에는 효율이 높Ir-complex

은 청색 인광 유기 물질이 개발되고 있어 총천연색 인광 유기 디EL EL

스플레이 개발이 촉진되고 있다 또한 인광 유기 소자는 형광 유기 EL

소자에 비해 수명이 짧은 것으로 알려져 있으며 소자수명은 인광물EL

질 자체 및 도핑매트릭스 발광층 등 물질 및 소자구조에 의해 크게 좌우( )

된다

- 20 -

콘트라스트콘트라스트콘트라스트콘트라스트(3)(3)(3)(3)

유기 소자는 음극으로 일함수가 작은 금속박막을 주로 사용하며 금EL

속박막은 반사율이 크기 때문에 결과적으로 금속박막을 사용하는 유기

소자는 콘트라스트가 좋지 않아 명암비를 향상시키기 위해 주로 편EL

광판을 많이 사용한다 그림 하지만 편광판은 그림 에서 보lt 10(a)gt lt 10(b)gt

는 것처럼 발생된 빛을 약 정도 흡수하기 때문에 소자효율이 감소한50

다 따라서 편광판을사용하지 않고 콘트라스트를 향상시키기 위해 많은

연구가 진행되고 있다 현재까지 알려진 방법은 양극과 정공 수송층 사이

에 을 삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 을carbon black carbon

삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 굴절율을 조절할 수 있는 산

화물을 삽입하는 방법 등이 있다

(a)

- 21 -

(b)그림 유기 소자의 반사 및 편광판 사용시 효율 변화lt 10gt EL

유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절(4) EL(4) EL(4) EL(4) EL

유기 발광 소자는 무기 발광 소자에 비해 발광하는 빛이 자연스러우며

인간에게 친숙하다 유기 소자의 발광색을 조절하기 위해서 다양한 EL

발광층 재료 및 도핑 재료 등이 연구되고 있다 대부분의 형광 및 인광

소자는 전이로 인하여 발광하는 빛의 스펙트럼이 넓어 색순도를 높- π π

일 필요가 있다

형광 유기 소자의 발광 스펙트럼의 은 약 정도이EL FWHM 80-100nm

며 혹은 등의 인광 유기 소자의 발광 스펙트럼 Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

은 약 정도이다 혹은 등의 란탄족 금속 착화합FWHM 30-70nm Eu Tb

물을 이용한 인 광유기 소자는 발광 스펙트럼 이 이하EL FWHM 10nm

로 색순도가 우수하나 소자효율 소자수명 등이 개선되어야 한다 한편

빛의 간섭효과를 이용하여 형광 및 인광 소자의 색순도를 향상시키기 위

한 연구 역 시진행되고 있다 빛의 간섭효과를 이용하면 그림 에서 lt 11gt

보는 것처럼 발광색의 색순도를 어느 정도 향상 시킬 수 있다

- 22 -

유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동(5) EL(5) EL(5) EL(5) EL

유기 소자를 디스플레이에 응용하기 위하여 또한 소자의 전하주입EL

및 재결합특성을 연구하기위해 펄스구동특성에 관한 연구가 진행되고 있

다 소자에 펄스를 가하면 빛의 세기는 시간에 따라 지수 함수적으로 증

가하며 소자에 전압을 제거하면 빛은 시간에 따라 지수 함수적으로 감소

한다 시간에 따른 빛의 세기 증가곡선과 세기감소 곡선은 일반적으로 대

칭이 아니다 빛의 세기 증가곡선은 소자의 전하주입특성 구동전압 소자

의 용량 등에 의해 변화하며 일반적으로 전하주입이 용이할(capacitance)

수록 빛의 세기는 시간에 따라 급속히 증가한다 빛의 세기 감소곡선은

감쇠시간 소자의 용량 발광층 재료 등에 의해 좌우되는 것으로 알려PL

져 있다 이러한 현상으로 인해 펄스 구동시 소자의 휘도 Transient EL

는 구동 주파수에 따라 변한다 그림 는 소자의 구동 주파수 특성을 lt 12gt

나타낸 것으로 약 까지는 휘도가 변화하지 않으며 그 이상에서1 KHz

소자가 동작할 경우 휘도는 감소한다[4]

그림 유기 소자 각층에서 빛의lt 11gt EL

간섭현상을 이용한 발광스펙트럼 조절

- 23 -

의 분류의 분류의 분류의 분류22 OLED22 OLED22 OLED22 OLED

221221221221 재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류 는 발광층을 이루는 재료에 따라 단분자OLED

와 고분자 로 구동 방식에 따라 수동형OLED OLED (PM Passive Matrix

과 능동형 으로 구분된다Type) (AMActive Matrix Type)

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림그림그림그림lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt 구조와 구조구조와 구조구조와 구조구조와 구조(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix

에 사용되는 핵심 소재는 물질 구조적 측면에서 크게 두 가지 즉OELD

색소 분자라 불리는 저분자 유기 소재와 공역의 도전성 고분- (conjugated)π

(a) (b)

그림 유기 소자의 현상과 펄스 구동시 휘도 변화lt 12gt (a) EL Transient EL (b)

- 24 -

자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

- 25 -

구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

- 26 -

2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

- 27 -

을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

- 28 -

정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

- 29 -

낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

- 30 -

접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

- 31 -

해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

- 32 -

공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

- 33 -

그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

- 34 -

로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

- 35 -

전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

- 37 -

은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

- 38 -

등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

- 39 -

과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

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공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

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10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 15 -

p+ n+i

Ev

Ec

EFp

EFn

(A)

(B)그림 발광 메커니즘lt 7gt

발광 효율발광 효율발광 효율발광 효율3)3)3)3)

유기 소자의 외부양자효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로 방출되EL

는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

times times times - - - - (1)

여기서 는 외부양자효율이며 는 내부양자효율 주입된 전하의 수에(

대한 생성된 광자의 수의 비) 는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으로 나

오는 비율이다 내부양자효율 ( 은 재결합효율) ( 주입된 전하의 수에

대한 생성된 여기자의 수의 비 과광자효율) ( 로 표시된다 광자효율은 뒤)

에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비 물질의 양자효율 PL

여기자의 광자생성효율 등에 의해 결정된다(radiative decay efficiency)

- 16 -

따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된전자와정공이재결합EL

될확률을증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사용하고 소자

내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수 있도록 소

자를 디자인 하는 것이 중요하다

전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동(1)(1)(1)(1)

주입된 전자와 정공이 재결합 될 확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전

자와 정공의수가 균형을 이루어야 한다 또한 이와 동시에 소자의 구동전

압을 낮추기 위해선 저 전압에서 충분한 수의 전하가 주입되어야 한다

따라서 전극과 유기물층의 계면에 존재하는 전하주입에 대한장벽을 조절

하는 것이 중요하다 정공의 주입을 위해서는 약 두께의 100 -200nm ITO

박막이 가장 일반적으로 사용된다 박막은 일함수가 약 ITO 44 -45eV

정도인 반면 유기물층의 준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으 LUMO

로 보다 크기 때문에 와 유기물층 사이에 정공주입에 대한 장45eV ITO

벽이 존재하며 이 장벽을 낮추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고

있다 첫째는 의 일함수를 증가시키는 방법이며 나머지는 와 유 ITO ITO

기물층 사이에 의 일함수보다 크고 유기물층의 준위보다는ITO LUMO

작거나 같은 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법( )

이다 전극의 일함수를 증가시키기 위해서 여러 가지 방법이 시도되 ITO

고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 전극의 표면처리를 통해ITO

전극표면의 일함수를 변화시키는 방법이다 표면처리는 기계적인ITO

방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등이 시도되고 있으

며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감소되며 수소 플 ITO

라즈마 처리방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장 효율적인 일함

수 증가방법은 에 의한 표면식각 및 산소 플라즈마 처리Aquaregia ITO

방법 등이 있다 이러한 표면처리에 의한 일함수 변화는 표면의 산 ITO

화 및 환원과 관계가 있는듯하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규명되지

않았다

전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송ITO (

층 을 삽입하는 방법 또한 정공주입 효율을 증가시키기 위해 많은 연구)

- 17 -

가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 정도의 산 1-5nm

화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의 경우

혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우 혹PANI PEDOT MTDATA

은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되CuPc 50 eV LUMO

고 있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기

때문에 이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수TPD NPD

송층이 유기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다

그림 는 고분자 유기 소자에서 산소표면처리 및 정공lt 8gt PPV EL ITO

주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림에서 는 표면처리와 정공 주입층 B

의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경우 그림 보다 효율 및 최lt 8-Agt

대 휘도가 약 배 이상 증가한다5

전자의 효율적인 주입을 위해서 일함수가 작은Ca Mg MgLi MgAg

등의 금속박막이 주로 음극으로 사용된다 이러한 금속박막과 유기발광층

의 계면에도 전자의 주입장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키

기 위해서 등의 무기 산화막을 금속과 유기물층 사이에 삽입하는 방LiF

법 혹은 유기전자 주입층을 삽입하는 방법 등이 연구 되고 있다 특히

박막의 삽입에 관한 연구가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인LiF

그림 고분자 유기 소자에서lt 8gt PPV EL ITO

표면처리 및 정공 주입층의 효과

- 18 -

역시 어느 정도 규명되고 있다

발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자(2) EL(2) EL(2) EL(2) EL

그림 에 전자와 정공의 재결합 및 발광기구의 에너지 준위도를 나타lt 9gt

내었다 전자와 정공의 재결합에 의해 전자스핀이 배열되는 방법에 따라

약 의 일중항 과 약 의 삼중항 의 여기자가 생성25 (singlet ) 75 (triplet)

된다 일반적인 유기물질의 경우 일중항이 기저상태 로 돌 (ground state)

아올 때 빛이 생성되며 삼중항은 빛이 생성되지 않고 열 등의 형태로 에

너지가 분산된다 일중항의 감쇠시간 은 수 나노 초 이 (decay time) (nano)

하이며 이러한 물질을 유기형광체라 한다 반면 삼중항도 발광에 참여하

는 물질이 있으며 이때의 감쇠시간은 수 마이크로 초에서 수 밀리 (micro)

초 정도이며 이러한 물질을 유기인광물질이라 한다 삼중항이 발광(milli)

에 참여하는 경우 이론적인 내부양자효율은 가 되며 이론 외부양자100

효율은 약 가 된다20

수식 의 외부양자효율은 수식 와 같이 나타낼 수 있다(1) (2)

- - - - (2)

그림 전자와 정공의 재결합 및lt 9gt

발광기구의 에너지준위도

- 19 -

여기서 는 재결합에 의해 생성된 일중항의 비율 는 형광체의 PL

양자효율 은 일중항의 광자생성효율 이(radiative decay efficiency)

며 는 삼중항의 비율 는 인광체의 양자효율PL 는 삼중항의

광자생성효율이다

양자효율이 높은 물질을 발광층에 도핑함에 의해 유기 소자의 효PL EL

율을 증가시키며 색을 변화시킬 수 있다 일반적으로 사용되는 형광도판

트는 등이 있으며 인광도판트coumarin6 rubrene DCJTB DSA armine

는 등이 있다 형광도판트를 사용하는 형광 유기 소Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

자는 문제점으로 지적되어온 소자의 수명 및 적색소자의 효율 등의 급속

히 개선되고 있어 실용화에 근접해있다 인광 유기 소자 역시 개발 EL

기간이 짧음에도 불구하고 급속히 진전되고 있어 현재 외부양자효율이

내부양자효율 약 의 녹색 인광 유기 소자가 발표되고 있21( 100) EL

다 인광 유기 소자 구조는 기존의 형광 유기 소자와는 달리 발광 EL EL

층으로 밴드갭이 큰 청색 물질을 일반적으로 사용PL(photoluminescence)

하며 이러한 물질들은 준위가 크기 때문에 정공 이동 제어층을HOMO

발광층과 전자 수송층 사이에 삽입하여 정공을 발광층에 포집시킨다 또

한 발광층의 전자이동성이 나쁘기 때문에 구동전압이 형광소자에 비해

약간 크다

인광 유기 소자는 감쇠시간이 길기 때문에 소자를 통해 흐르는 전류EL

가 증가하면 삼중항 삼중항소멸 기구에 - (Triplet -Triplet Annihilation)

의해 양자효율이 감소하는 현상이 있으며 이를 개선하기 위해 감쇠시간

이 작은 물질이 개발되고 있다 특히 적색발광체인 는 감쇠시간 Pt(OEP)

이 약 정도로 아주 크기 때문에 감쇠시간이 약 정도인100 sec 1 secμ μ

를 중심으로 연구개발이 진행되고 있으며 최근에는 효율이 높Ir-complex

은 청색 인광 유기 물질이 개발되고 있어 총천연색 인광 유기 디EL EL

스플레이 개발이 촉진되고 있다 또한 인광 유기 소자는 형광 유기 EL

소자에 비해 수명이 짧은 것으로 알려져 있으며 소자수명은 인광물EL

질 자체 및 도핑매트릭스 발광층 등 물질 및 소자구조에 의해 크게 좌우( )

된다

- 20 -

콘트라스트콘트라스트콘트라스트콘트라스트(3)(3)(3)(3)

유기 소자는 음극으로 일함수가 작은 금속박막을 주로 사용하며 금EL

속박막은 반사율이 크기 때문에 결과적으로 금속박막을 사용하는 유기

소자는 콘트라스트가 좋지 않아 명암비를 향상시키기 위해 주로 편EL

광판을 많이 사용한다 그림 하지만 편광판은 그림 에서 보lt 10(a)gt lt 10(b)gt

는 것처럼 발생된 빛을 약 정도 흡수하기 때문에 소자효율이 감소한50

다 따라서 편광판을사용하지 않고 콘트라스트를 향상시키기 위해 많은

연구가 진행되고 있다 현재까지 알려진 방법은 양극과 정공 수송층 사이

에 을 삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 을carbon black carbon

삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 굴절율을 조절할 수 있는 산

화물을 삽입하는 방법 등이 있다

(a)

- 21 -

(b)그림 유기 소자의 반사 및 편광판 사용시 효율 변화lt 10gt EL

유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절(4) EL(4) EL(4) EL(4) EL

유기 발광 소자는 무기 발광 소자에 비해 발광하는 빛이 자연스러우며

인간에게 친숙하다 유기 소자의 발광색을 조절하기 위해서 다양한 EL

발광층 재료 및 도핑 재료 등이 연구되고 있다 대부분의 형광 및 인광

소자는 전이로 인하여 발광하는 빛의 스펙트럼이 넓어 색순도를 높- π π

일 필요가 있다

형광 유기 소자의 발광 스펙트럼의 은 약 정도이EL FWHM 80-100nm

며 혹은 등의 인광 유기 소자의 발광 스펙트럼 Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

은 약 정도이다 혹은 등의 란탄족 금속 착화합FWHM 30-70nm Eu Tb

물을 이용한 인 광유기 소자는 발광 스펙트럼 이 이하EL FWHM 10nm

로 색순도가 우수하나 소자효율 소자수명 등이 개선되어야 한다 한편

빛의 간섭효과를 이용하여 형광 및 인광 소자의 색순도를 향상시키기 위

한 연구 역 시진행되고 있다 빛의 간섭효과를 이용하면 그림 에서 lt 11gt

보는 것처럼 발광색의 색순도를 어느 정도 향상 시킬 수 있다

- 22 -

유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동(5) EL(5) EL(5) EL(5) EL

유기 소자를 디스플레이에 응용하기 위하여 또한 소자의 전하주입EL

및 재결합특성을 연구하기위해 펄스구동특성에 관한 연구가 진행되고 있

다 소자에 펄스를 가하면 빛의 세기는 시간에 따라 지수 함수적으로 증

가하며 소자에 전압을 제거하면 빛은 시간에 따라 지수 함수적으로 감소

한다 시간에 따른 빛의 세기 증가곡선과 세기감소 곡선은 일반적으로 대

칭이 아니다 빛의 세기 증가곡선은 소자의 전하주입특성 구동전압 소자

의 용량 등에 의해 변화하며 일반적으로 전하주입이 용이할(capacitance)

수록 빛의 세기는 시간에 따라 급속히 증가한다 빛의 세기 감소곡선은

감쇠시간 소자의 용량 발광층 재료 등에 의해 좌우되는 것으로 알려PL

져 있다 이러한 현상으로 인해 펄스 구동시 소자의 휘도 Transient EL

는 구동 주파수에 따라 변한다 그림 는 소자의 구동 주파수 특성을 lt 12gt

나타낸 것으로 약 까지는 휘도가 변화하지 않으며 그 이상에서1 KHz

소자가 동작할 경우 휘도는 감소한다[4]

그림 유기 소자 각층에서 빛의lt 11gt EL

간섭현상을 이용한 발광스펙트럼 조절

- 23 -

의 분류의 분류의 분류의 분류22 OLED22 OLED22 OLED22 OLED

221221221221 재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류 는 발광층을 이루는 재료에 따라 단분자OLED

와 고분자 로 구동 방식에 따라 수동형OLED OLED (PM Passive Matrix

과 능동형 으로 구분된다Type) (AMActive Matrix Type)

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림그림그림그림lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt 구조와 구조구조와 구조구조와 구조구조와 구조(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix

에 사용되는 핵심 소재는 물질 구조적 측면에서 크게 두 가지 즉OELD

색소 분자라 불리는 저분자 유기 소재와 공역의 도전성 고분- (conjugated)π

(a) (b)

그림 유기 소자의 현상과 펄스 구동시 휘도 변화lt 12gt (a) EL Transient EL (b)

- 24 -

자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

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구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

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2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

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을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

- 28 -

정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

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낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

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접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

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해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

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공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

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그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

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로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

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전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

- 37 -

은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

- 38 -

등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

- 39 -

과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

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결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

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결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

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참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

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월호9

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9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 16 -

따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된전자와정공이재결합EL

될확률을증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사용하고 소자

내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수 있도록 소

자를 디자인 하는 것이 중요하다

전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동전하의 주입 및 이동(1)(1)(1)(1)

주입된 전자와 정공이 재결합 될 확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전

자와 정공의수가 균형을 이루어야 한다 또한 이와 동시에 소자의 구동전

압을 낮추기 위해선 저 전압에서 충분한 수의 전하가 주입되어야 한다

따라서 전극과 유기물층의 계면에 존재하는 전하주입에 대한장벽을 조절

하는 것이 중요하다 정공의 주입을 위해서는 약 두께의 100 -200nm ITO

박막이 가장 일반적으로 사용된다 박막은 일함수가 약 ITO 44 -45eV

정도인 반면 유기물층의 준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으 LUMO

로 보다 크기 때문에 와 유기물층 사이에 정공주입에 대한 장45eV ITO

벽이 존재하며 이 장벽을 낮추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고

있다 첫째는 의 일함수를 증가시키는 방법이며 나머지는 와 유 ITO ITO

기물층 사이에 의 일함수보다 크고 유기물층의 준위보다는ITO LUMO

작거나 같은 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법( )

이다 전극의 일함수를 증가시키기 위해서 여러 가지 방법이 시도되 ITO

고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 전극의 표면처리를 통해ITO

전극표면의 일함수를 변화시키는 방법이다 표면처리는 기계적인ITO

방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등이 시도되고 있으

며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감소되며 수소 플 ITO

라즈마 처리방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장 효율적인 일함

수 증가방법은 에 의한 표면식각 및 산소 플라즈마 처리Aquaregia ITO

방법 등이 있다 이러한 표면처리에 의한 일함수 변화는 표면의 산 ITO

화 및 환원과 관계가 있는듯하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규명되지

않았다

전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입층 혹은 수송ITO (

층 을 삽입하는 방법 또한 정공주입 효율을 증가시키기 위해 많은 연구)

- 17 -

가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 정도의 산 1-5nm

화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의 경우

혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우 혹PANI PEDOT MTDATA

은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되CuPc 50 eV LUMO

고 있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기

때문에 이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수TPD NPD

송층이 유기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다

그림 는 고분자 유기 소자에서 산소표면처리 및 정공lt 8gt PPV EL ITO

주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림에서 는 표면처리와 정공 주입층 B

의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경우 그림 보다 효율 및 최lt 8-Agt

대 휘도가 약 배 이상 증가한다5

전자의 효율적인 주입을 위해서 일함수가 작은Ca Mg MgLi MgAg

등의 금속박막이 주로 음극으로 사용된다 이러한 금속박막과 유기발광층

의 계면에도 전자의 주입장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키

기 위해서 등의 무기 산화막을 금속과 유기물층 사이에 삽입하는 방LiF

법 혹은 유기전자 주입층을 삽입하는 방법 등이 연구 되고 있다 특히

박막의 삽입에 관한 연구가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인LiF

그림 고분자 유기 소자에서lt 8gt PPV EL ITO

표면처리 및 정공 주입층의 효과

- 18 -

역시 어느 정도 규명되고 있다

발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자(2) EL(2) EL(2) EL(2) EL

그림 에 전자와 정공의 재결합 및 발광기구의 에너지 준위도를 나타lt 9gt

내었다 전자와 정공의 재결합에 의해 전자스핀이 배열되는 방법에 따라

약 의 일중항 과 약 의 삼중항 의 여기자가 생성25 (singlet ) 75 (triplet)

된다 일반적인 유기물질의 경우 일중항이 기저상태 로 돌 (ground state)

아올 때 빛이 생성되며 삼중항은 빛이 생성되지 않고 열 등의 형태로 에

너지가 분산된다 일중항의 감쇠시간 은 수 나노 초 이 (decay time) (nano)

하이며 이러한 물질을 유기형광체라 한다 반면 삼중항도 발광에 참여하

는 물질이 있으며 이때의 감쇠시간은 수 마이크로 초에서 수 밀리 (micro)

초 정도이며 이러한 물질을 유기인광물질이라 한다 삼중항이 발광(milli)

에 참여하는 경우 이론적인 내부양자효율은 가 되며 이론 외부양자100

효율은 약 가 된다20

수식 의 외부양자효율은 수식 와 같이 나타낼 수 있다(1) (2)

- - - - (2)

그림 전자와 정공의 재결합 및lt 9gt

발광기구의 에너지준위도

- 19 -

여기서 는 재결합에 의해 생성된 일중항의 비율 는 형광체의 PL

양자효율 은 일중항의 광자생성효율 이(radiative decay efficiency)

며 는 삼중항의 비율 는 인광체의 양자효율PL 는 삼중항의

광자생성효율이다

양자효율이 높은 물질을 발광층에 도핑함에 의해 유기 소자의 효PL EL

율을 증가시키며 색을 변화시킬 수 있다 일반적으로 사용되는 형광도판

트는 등이 있으며 인광도판트coumarin6 rubrene DCJTB DSA armine

는 등이 있다 형광도판트를 사용하는 형광 유기 소Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

자는 문제점으로 지적되어온 소자의 수명 및 적색소자의 효율 등의 급속

히 개선되고 있어 실용화에 근접해있다 인광 유기 소자 역시 개발 EL

기간이 짧음에도 불구하고 급속히 진전되고 있어 현재 외부양자효율이

내부양자효율 약 의 녹색 인광 유기 소자가 발표되고 있21( 100) EL

다 인광 유기 소자 구조는 기존의 형광 유기 소자와는 달리 발광 EL EL

층으로 밴드갭이 큰 청색 물질을 일반적으로 사용PL(photoluminescence)

하며 이러한 물질들은 준위가 크기 때문에 정공 이동 제어층을HOMO

발광층과 전자 수송층 사이에 삽입하여 정공을 발광층에 포집시킨다 또

한 발광층의 전자이동성이 나쁘기 때문에 구동전압이 형광소자에 비해

약간 크다

인광 유기 소자는 감쇠시간이 길기 때문에 소자를 통해 흐르는 전류EL

가 증가하면 삼중항 삼중항소멸 기구에 - (Triplet -Triplet Annihilation)

의해 양자효율이 감소하는 현상이 있으며 이를 개선하기 위해 감쇠시간

이 작은 물질이 개발되고 있다 특히 적색발광체인 는 감쇠시간 Pt(OEP)

이 약 정도로 아주 크기 때문에 감쇠시간이 약 정도인100 sec 1 secμ μ

를 중심으로 연구개발이 진행되고 있으며 최근에는 효율이 높Ir-complex

은 청색 인광 유기 물질이 개발되고 있어 총천연색 인광 유기 디EL EL

스플레이 개발이 촉진되고 있다 또한 인광 유기 소자는 형광 유기 EL

소자에 비해 수명이 짧은 것으로 알려져 있으며 소자수명은 인광물EL

질 자체 및 도핑매트릭스 발광층 등 물질 및 소자구조에 의해 크게 좌우( )

된다

- 20 -

콘트라스트콘트라스트콘트라스트콘트라스트(3)(3)(3)(3)

유기 소자는 음극으로 일함수가 작은 금속박막을 주로 사용하며 금EL

속박막은 반사율이 크기 때문에 결과적으로 금속박막을 사용하는 유기

소자는 콘트라스트가 좋지 않아 명암비를 향상시키기 위해 주로 편EL

광판을 많이 사용한다 그림 하지만 편광판은 그림 에서 보lt 10(a)gt lt 10(b)gt

는 것처럼 발생된 빛을 약 정도 흡수하기 때문에 소자효율이 감소한50

다 따라서 편광판을사용하지 않고 콘트라스트를 향상시키기 위해 많은

연구가 진행되고 있다 현재까지 알려진 방법은 양극과 정공 수송층 사이

에 을 삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 을carbon black carbon

삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 굴절율을 조절할 수 있는 산

화물을 삽입하는 방법 등이 있다

(a)

- 21 -

(b)그림 유기 소자의 반사 및 편광판 사용시 효율 변화lt 10gt EL

유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절(4) EL(4) EL(4) EL(4) EL

유기 발광 소자는 무기 발광 소자에 비해 발광하는 빛이 자연스러우며

인간에게 친숙하다 유기 소자의 발광색을 조절하기 위해서 다양한 EL

발광층 재료 및 도핑 재료 등이 연구되고 있다 대부분의 형광 및 인광

소자는 전이로 인하여 발광하는 빛의 스펙트럼이 넓어 색순도를 높- π π

일 필요가 있다

형광 유기 소자의 발광 스펙트럼의 은 약 정도이EL FWHM 80-100nm

며 혹은 등의 인광 유기 소자의 발광 스펙트럼 Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

은 약 정도이다 혹은 등의 란탄족 금속 착화합FWHM 30-70nm Eu Tb

물을 이용한 인 광유기 소자는 발광 스펙트럼 이 이하EL FWHM 10nm

로 색순도가 우수하나 소자효율 소자수명 등이 개선되어야 한다 한편

빛의 간섭효과를 이용하여 형광 및 인광 소자의 색순도를 향상시키기 위

한 연구 역 시진행되고 있다 빛의 간섭효과를 이용하면 그림 에서 lt 11gt

보는 것처럼 발광색의 색순도를 어느 정도 향상 시킬 수 있다

- 22 -

유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동(5) EL(5) EL(5) EL(5) EL

유기 소자를 디스플레이에 응용하기 위하여 또한 소자의 전하주입EL

및 재결합특성을 연구하기위해 펄스구동특성에 관한 연구가 진행되고 있

다 소자에 펄스를 가하면 빛의 세기는 시간에 따라 지수 함수적으로 증

가하며 소자에 전압을 제거하면 빛은 시간에 따라 지수 함수적으로 감소

한다 시간에 따른 빛의 세기 증가곡선과 세기감소 곡선은 일반적으로 대

칭이 아니다 빛의 세기 증가곡선은 소자의 전하주입특성 구동전압 소자

의 용량 등에 의해 변화하며 일반적으로 전하주입이 용이할(capacitance)

수록 빛의 세기는 시간에 따라 급속히 증가한다 빛의 세기 감소곡선은

감쇠시간 소자의 용량 발광층 재료 등에 의해 좌우되는 것으로 알려PL

져 있다 이러한 현상으로 인해 펄스 구동시 소자의 휘도 Transient EL

는 구동 주파수에 따라 변한다 그림 는 소자의 구동 주파수 특성을 lt 12gt

나타낸 것으로 약 까지는 휘도가 변화하지 않으며 그 이상에서1 KHz

소자가 동작할 경우 휘도는 감소한다[4]

그림 유기 소자 각층에서 빛의lt 11gt EL

간섭현상을 이용한 발광스펙트럼 조절

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의 분류의 분류의 분류의 분류22 OLED22 OLED22 OLED22 OLED

221221221221 재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류 는 발광층을 이루는 재료에 따라 단분자OLED

와 고분자 로 구동 방식에 따라 수동형OLED OLED (PM Passive Matrix

과 능동형 으로 구분된다Type) (AMActive Matrix Type)

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림그림그림그림lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt 구조와 구조구조와 구조구조와 구조구조와 구조(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix

에 사용되는 핵심 소재는 물질 구조적 측면에서 크게 두 가지 즉OELD

색소 분자라 불리는 저분자 유기 소재와 공역의 도전성 고분- (conjugated)π

(a) (b)

그림 유기 소자의 현상과 펄스 구동시 휘도 변화lt 12gt (a) EL Transient EL (b)

- 24 -

자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

- 25 -

구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

- 26 -

2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

- 27 -

을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

- 28 -

정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

- 29 -

낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

- 30 -

접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

- 31 -

해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

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공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

- 33 -

그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

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로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

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전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

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은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

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등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

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과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

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공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

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2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

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9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 17 -

가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 정도의 산 1-5nm

화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의 경우

혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우 혹PANI PEDOT MTDATA

은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되CuPc 50 eV LUMO

고 있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기

때문에 이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수TPD NPD

송층이 유기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다

그림 는 고분자 유기 소자에서 산소표면처리 및 정공lt 8gt PPV EL ITO

주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림에서 는 표면처리와 정공 주입층 B

의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경우 그림 보다 효율 및 최lt 8-Agt

대 휘도가 약 배 이상 증가한다5

전자의 효율적인 주입을 위해서 일함수가 작은Ca Mg MgLi MgAg

등의 금속박막이 주로 음극으로 사용된다 이러한 금속박막과 유기발광층

의 계면에도 전자의 주입장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키

기 위해서 등의 무기 산화막을 금속과 유기물층 사이에 삽입하는 방LiF

법 혹은 유기전자 주입층을 삽입하는 방법 등이 연구 되고 있다 특히

박막의 삽입에 관한 연구가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인LiF

그림 고분자 유기 소자에서lt 8gt PPV EL ITO

표면처리 및 정공 주입층의 효과

- 18 -

역시 어느 정도 규명되고 있다

발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자(2) EL(2) EL(2) EL(2) EL

그림 에 전자와 정공의 재결합 및 발광기구의 에너지 준위도를 나타lt 9gt

내었다 전자와 정공의 재결합에 의해 전자스핀이 배열되는 방법에 따라

약 의 일중항 과 약 의 삼중항 의 여기자가 생성25 (singlet ) 75 (triplet)

된다 일반적인 유기물질의 경우 일중항이 기저상태 로 돌 (ground state)

아올 때 빛이 생성되며 삼중항은 빛이 생성되지 않고 열 등의 형태로 에

너지가 분산된다 일중항의 감쇠시간 은 수 나노 초 이 (decay time) (nano)

하이며 이러한 물질을 유기형광체라 한다 반면 삼중항도 발광에 참여하

는 물질이 있으며 이때의 감쇠시간은 수 마이크로 초에서 수 밀리 (micro)

초 정도이며 이러한 물질을 유기인광물질이라 한다 삼중항이 발광(milli)

에 참여하는 경우 이론적인 내부양자효율은 가 되며 이론 외부양자100

효율은 약 가 된다20

수식 의 외부양자효율은 수식 와 같이 나타낼 수 있다(1) (2)

- - - - (2)

그림 전자와 정공의 재결합 및lt 9gt

발광기구의 에너지준위도

- 19 -

여기서 는 재결합에 의해 생성된 일중항의 비율 는 형광체의 PL

양자효율 은 일중항의 광자생성효율 이(radiative decay efficiency)

며 는 삼중항의 비율 는 인광체의 양자효율PL 는 삼중항의

광자생성효율이다

양자효율이 높은 물질을 발광층에 도핑함에 의해 유기 소자의 효PL EL

율을 증가시키며 색을 변화시킬 수 있다 일반적으로 사용되는 형광도판

트는 등이 있으며 인광도판트coumarin6 rubrene DCJTB DSA armine

는 등이 있다 형광도판트를 사용하는 형광 유기 소Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

자는 문제점으로 지적되어온 소자의 수명 및 적색소자의 효율 등의 급속

히 개선되고 있어 실용화에 근접해있다 인광 유기 소자 역시 개발 EL

기간이 짧음에도 불구하고 급속히 진전되고 있어 현재 외부양자효율이

내부양자효율 약 의 녹색 인광 유기 소자가 발표되고 있21( 100) EL

다 인광 유기 소자 구조는 기존의 형광 유기 소자와는 달리 발광 EL EL

층으로 밴드갭이 큰 청색 물질을 일반적으로 사용PL(photoluminescence)

하며 이러한 물질들은 준위가 크기 때문에 정공 이동 제어층을HOMO

발광층과 전자 수송층 사이에 삽입하여 정공을 발광층에 포집시킨다 또

한 발광층의 전자이동성이 나쁘기 때문에 구동전압이 형광소자에 비해

약간 크다

인광 유기 소자는 감쇠시간이 길기 때문에 소자를 통해 흐르는 전류EL

가 증가하면 삼중항 삼중항소멸 기구에 - (Triplet -Triplet Annihilation)

의해 양자효율이 감소하는 현상이 있으며 이를 개선하기 위해 감쇠시간

이 작은 물질이 개발되고 있다 특히 적색발광체인 는 감쇠시간 Pt(OEP)

이 약 정도로 아주 크기 때문에 감쇠시간이 약 정도인100 sec 1 secμ μ

를 중심으로 연구개발이 진행되고 있으며 최근에는 효율이 높Ir-complex

은 청색 인광 유기 물질이 개발되고 있어 총천연색 인광 유기 디EL EL

스플레이 개발이 촉진되고 있다 또한 인광 유기 소자는 형광 유기 EL

소자에 비해 수명이 짧은 것으로 알려져 있으며 소자수명은 인광물EL

질 자체 및 도핑매트릭스 발광층 등 물질 및 소자구조에 의해 크게 좌우( )

된다

- 20 -

콘트라스트콘트라스트콘트라스트콘트라스트(3)(3)(3)(3)

유기 소자는 음극으로 일함수가 작은 금속박막을 주로 사용하며 금EL

속박막은 반사율이 크기 때문에 결과적으로 금속박막을 사용하는 유기

소자는 콘트라스트가 좋지 않아 명암비를 향상시키기 위해 주로 편EL

광판을 많이 사용한다 그림 하지만 편광판은 그림 에서 보lt 10(a)gt lt 10(b)gt

는 것처럼 발생된 빛을 약 정도 흡수하기 때문에 소자효율이 감소한50

다 따라서 편광판을사용하지 않고 콘트라스트를 향상시키기 위해 많은

연구가 진행되고 있다 현재까지 알려진 방법은 양극과 정공 수송층 사이

에 을 삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 을carbon black carbon

삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 굴절율을 조절할 수 있는 산

화물을 삽입하는 방법 등이 있다

(a)

- 21 -

(b)그림 유기 소자의 반사 및 편광판 사용시 효율 변화lt 10gt EL

유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절(4) EL(4) EL(4) EL(4) EL

유기 발광 소자는 무기 발광 소자에 비해 발광하는 빛이 자연스러우며

인간에게 친숙하다 유기 소자의 발광색을 조절하기 위해서 다양한 EL

발광층 재료 및 도핑 재료 등이 연구되고 있다 대부분의 형광 및 인광

소자는 전이로 인하여 발광하는 빛의 스펙트럼이 넓어 색순도를 높- π π

일 필요가 있다

형광 유기 소자의 발광 스펙트럼의 은 약 정도이EL FWHM 80-100nm

며 혹은 등의 인광 유기 소자의 발광 스펙트럼 Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

은 약 정도이다 혹은 등의 란탄족 금속 착화합FWHM 30-70nm Eu Tb

물을 이용한 인 광유기 소자는 발광 스펙트럼 이 이하EL FWHM 10nm

로 색순도가 우수하나 소자효율 소자수명 등이 개선되어야 한다 한편

빛의 간섭효과를 이용하여 형광 및 인광 소자의 색순도를 향상시키기 위

한 연구 역 시진행되고 있다 빛의 간섭효과를 이용하면 그림 에서 lt 11gt

보는 것처럼 발광색의 색순도를 어느 정도 향상 시킬 수 있다

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유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동(5) EL(5) EL(5) EL(5) EL

유기 소자를 디스플레이에 응용하기 위하여 또한 소자의 전하주입EL

및 재결합특성을 연구하기위해 펄스구동특성에 관한 연구가 진행되고 있

다 소자에 펄스를 가하면 빛의 세기는 시간에 따라 지수 함수적으로 증

가하며 소자에 전압을 제거하면 빛은 시간에 따라 지수 함수적으로 감소

한다 시간에 따른 빛의 세기 증가곡선과 세기감소 곡선은 일반적으로 대

칭이 아니다 빛의 세기 증가곡선은 소자의 전하주입특성 구동전압 소자

의 용량 등에 의해 변화하며 일반적으로 전하주입이 용이할(capacitance)

수록 빛의 세기는 시간에 따라 급속히 증가한다 빛의 세기 감소곡선은

감쇠시간 소자의 용량 발광층 재료 등에 의해 좌우되는 것으로 알려PL

져 있다 이러한 현상으로 인해 펄스 구동시 소자의 휘도 Transient EL

는 구동 주파수에 따라 변한다 그림 는 소자의 구동 주파수 특성을 lt 12gt

나타낸 것으로 약 까지는 휘도가 변화하지 않으며 그 이상에서1 KHz

소자가 동작할 경우 휘도는 감소한다[4]

그림 유기 소자 각층에서 빛의lt 11gt EL

간섭현상을 이용한 발광스펙트럼 조절

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의 분류의 분류의 분류의 분류22 OLED22 OLED22 OLED22 OLED

221221221221 재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류 는 발광층을 이루는 재료에 따라 단분자OLED

와 고분자 로 구동 방식에 따라 수동형OLED OLED (PM Passive Matrix

과 능동형 으로 구분된다Type) (AMActive Matrix Type)

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림그림그림그림lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt 구조와 구조구조와 구조구조와 구조구조와 구조(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix

에 사용되는 핵심 소재는 물질 구조적 측면에서 크게 두 가지 즉OELD

색소 분자라 불리는 저분자 유기 소재와 공역의 도전성 고분- (conjugated)π

(a) (b)

그림 유기 소자의 현상과 펄스 구동시 휘도 변화lt 12gt (a) EL Transient EL (b)

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자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

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구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

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2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

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을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

- 28 -

정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

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낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

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접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

- 31 -

해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

- 32 -

공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

- 33 -

그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

- 34 -

로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

- 35 -

전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

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은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

- 38 -

등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

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과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

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공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

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유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

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10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 18 -

역시 어느 정도 규명되고 있다

발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자발광 물질 및 인광 유기 소자(2) EL(2) EL(2) EL(2) EL

그림 에 전자와 정공의 재결합 및 발광기구의 에너지 준위도를 나타lt 9gt

내었다 전자와 정공의 재결합에 의해 전자스핀이 배열되는 방법에 따라

약 의 일중항 과 약 의 삼중항 의 여기자가 생성25 (singlet ) 75 (triplet)

된다 일반적인 유기물질의 경우 일중항이 기저상태 로 돌 (ground state)

아올 때 빛이 생성되며 삼중항은 빛이 생성되지 않고 열 등의 형태로 에

너지가 분산된다 일중항의 감쇠시간 은 수 나노 초 이 (decay time) (nano)

하이며 이러한 물질을 유기형광체라 한다 반면 삼중항도 발광에 참여하

는 물질이 있으며 이때의 감쇠시간은 수 마이크로 초에서 수 밀리 (micro)

초 정도이며 이러한 물질을 유기인광물질이라 한다 삼중항이 발광(milli)

에 참여하는 경우 이론적인 내부양자효율은 가 되며 이론 외부양자100

효율은 약 가 된다20

수식 의 외부양자효율은 수식 와 같이 나타낼 수 있다(1) (2)

- - - - (2)

그림 전자와 정공의 재결합 및lt 9gt

발광기구의 에너지준위도

- 19 -

여기서 는 재결합에 의해 생성된 일중항의 비율 는 형광체의 PL

양자효율 은 일중항의 광자생성효율 이(radiative decay efficiency)

며 는 삼중항의 비율 는 인광체의 양자효율PL 는 삼중항의

광자생성효율이다

양자효율이 높은 물질을 발광층에 도핑함에 의해 유기 소자의 효PL EL

율을 증가시키며 색을 변화시킬 수 있다 일반적으로 사용되는 형광도판

트는 등이 있으며 인광도판트coumarin6 rubrene DCJTB DSA armine

는 등이 있다 형광도판트를 사용하는 형광 유기 소Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

자는 문제점으로 지적되어온 소자의 수명 및 적색소자의 효율 등의 급속

히 개선되고 있어 실용화에 근접해있다 인광 유기 소자 역시 개발 EL

기간이 짧음에도 불구하고 급속히 진전되고 있어 현재 외부양자효율이

내부양자효율 약 의 녹색 인광 유기 소자가 발표되고 있21( 100) EL

다 인광 유기 소자 구조는 기존의 형광 유기 소자와는 달리 발광 EL EL

층으로 밴드갭이 큰 청색 물질을 일반적으로 사용PL(photoluminescence)

하며 이러한 물질들은 준위가 크기 때문에 정공 이동 제어층을HOMO

발광층과 전자 수송층 사이에 삽입하여 정공을 발광층에 포집시킨다 또

한 발광층의 전자이동성이 나쁘기 때문에 구동전압이 형광소자에 비해

약간 크다

인광 유기 소자는 감쇠시간이 길기 때문에 소자를 통해 흐르는 전류EL

가 증가하면 삼중항 삼중항소멸 기구에 - (Triplet -Triplet Annihilation)

의해 양자효율이 감소하는 현상이 있으며 이를 개선하기 위해 감쇠시간

이 작은 물질이 개발되고 있다 특히 적색발광체인 는 감쇠시간 Pt(OEP)

이 약 정도로 아주 크기 때문에 감쇠시간이 약 정도인100 sec 1 secμ μ

를 중심으로 연구개발이 진행되고 있으며 최근에는 효율이 높Ir-complex

은 청색 인광 유기 물질이 개발되고 있어 총천연색 인광 유기 디EL EL

스플레이 개발이 촉진되고 있다 또한 인광 유기 소자는 형광 유기 EL

소자에 비해 수명이 짧은 것으로 알려져 있으며 소자수명은 인광물EL

질 자체 및 도핑매트릭스 발광층 등 물질 및 소자구조에 의해 크게 좌우( )

된다

- 20 -

콘트라스트콘트라스트콘트라스트콘트라스트(3)(3)(3)(3)

유기 소자는 음극으로 일함수가 작은 금속박막을 주로 사용하며 금EL

속박막은 반사율이 크기 때문에 결과적으로 금속박막을 사용하는 유기

소자는 콘트라스트가 좋지 않아 명암비를 향상시키기 위해 주로 편EL

광판을 많이 사용한다 그림 하지만 편광판은 그림 에서 보lt 10(a)gt lt 10(b)gt

는 것처럼 발생된 빛을 약 정도 흡수하기 때문에 소자효율이 감소한50

다 따라서 편광판을사용하지 않고 콘트라스트를 향상시키기 위해 많은

연구가 진행되고 있다 현재까지 알려진 방법은 양극과 정공 수송층 사이

에 을 삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 을carbon black carbon

삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 굴절율을 조절할 수 있는 산

화물을 삽입하는 방법 등이 있다

(a)

- 21 -

(b)그림 유기 소자의 반사 및 편광판 사용시 효율 변화lt 10gt EL

유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절(4) EL(4) EL(4) EL(4) EL

유기 발광 소자는 무기 발광 소자에 비해 발광하는 빛이 자연스러우며

인간에게 친숙하다 유기 소자의 발광색을 조절하기 위해서 다양한 EL

발광층 재료 및 도핑 재료 등이 연구되고 있다 대부분의 형광 및 인광

소자는 전이로 인하여 발광하는 빛의 스펙트럼이 넓어 색순도를 높- π π

일 필요가 있다

형광 유기 소자의 발광 스펙트럼의 은 약 정도이EL FWHM 80-100nm

며 혹은 등의 인광 유기 소자의 발광 스펙트럼 Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

은 약 정도이다 혹은 등의 란탄족 금속 착화합FWHM 30-70nm Eu Tb

물을 이용한 인 광유기 소자는 발광 스펙트럼 이 이하EL FWHM 10nm

로 색순도가 우수하나 소자효율 소자수명 등이 개선되어야 한다 한편

빛의 간섭효과를 이용하여 형광 및 인광 소자의 색순도를 향상시키기 위

한 연구 역 시진행되고 있다 빛의 간섭효과를 이용하면 그림 에서 lt 11gt

보는 것처럼 발광색의 색순도를 어느 정도 향상 시킬 수 있다

- 22 -

유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동(5) EL(5) EL(5) EL(5) EL

유기 소자를 디스플레이에 응용하기 위하여 또한 소자의 전하주입EL

및 재결합특성을 연구하기위해 펄스구동특성에 관한 연구가 진행되고 있

다 소자에 펄스를 가하면 빛의 세기는 시간에 따라 지수 함수적으로 증

가하며 소자에 전압을 제거하면 빛은 시간에 따라 지수 함수적으로 감소

한다 시간에 따른 빛의 세기 증가곡선과 세기감소 곡선은 일반적으로 대

칭이 아니다 빛의 세기 증가곡선은 소자의 전하주입특성 구동전압 소자

의 용량 등에 의해 변화하며 일반적으로 전하주입이 용이할(capacitance)

수록 빛의 세기는 시간에 따라 급속히 증가한다 빛의 세기 감소곡선은

감쇠시간 소자의 용량 발광층 재료 등에 의해 좌우되는 것으로 알려PL

져 있다 이러한 현상으로 인해 펄스 구동시 소자의 휘도 Transient EL

는 구동 주파수에 따라 변한다 그림 는 소자의 구동 주파수 특성을 lt 12gt

나타낸 것으로 약 까지는 휘도가 변화하지 않으며 그 이상에서1 KHz

소자가 동작할 경우 휘도는 감소한다[4]

그림 유기 소자 각층에서 빛의lt 11gt EL

간섭현상을 이용한 발광스펙트럼 조절

- 23 -

의 분류의 분류의 분류의 분류22 OLED22 OLED22 OLED22 OLED

221221221221 재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류 는 발광층을 이루는 재료에 따라 단분자OLED

와 고분자 로 구동 방식에 따라 수동형OLED OLED (PM Passive Matrix

과 능동형 으로 구분된다Type) (AMActive Matrix Type)

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림그림그림그림lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt 구조와 구조구조와 구조구조와 구조구조와 구조(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix

에 사용되는 핵심 소재는 물질 구조적 측면에서 크게 두 가지 즉OELD

색소 분자라 불리는 저분자 유기 소재와 공역의 도전성 고분- (conjugated)π

(a) (b)

그림 유기 소자의 현상과 펄스 구동시 휘도 변화lt 12gt (a) EL Transient EL (b)

- 24 -

자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

- 25 -

구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

- 26 -

2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

- 27 -

을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

- 28 -

정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

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낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

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접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

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해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

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공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

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그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

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로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

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전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

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은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

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등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

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과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

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10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 19 -

여기서 는 재결합에 의해 생성된 일중항의 비율 는 형광체의 PL

양자효율 은 일중항의 광자생성효율 이(radiative decay efficiency)

며 는 삼중항의 비율 는 인광체의 양자효율PL 는 삼중항의

광자생성효율이다

양자효율이 높은 물질을 발광층에 도핑함에 의해 유기 소자의 효PL EL

율을 증가시키며 색을 변화시킬 수 있다 일반적으로 사용되는 형광도판

트는 등이 있으며 인광도판트coumarin6 rubrene DCJTB DSA armine

는 등이 있다 형광도판트를 사용하는 형광 유기 소Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

자는 문제점으로 지적되어온 소자의 수명 및 적색소자의 효율 등의 급속

히 개선되고 있어 실용화에 근접해있다 인광 유기 소자 역시 개발 EL

기간이 짧음에도 불구하고 급속히 진전되고 있어 현재 외부양자효율이

내부양자효율 약 의 녹색 인광 유기 소자가 발표되고 있21( 100) EL

다 인광 유기 소자 구조는 기존의 형광 유기 소자와는 달리 발광 EL EL

층으로 밴드갭이 큰 청색 물질을 일반적으로 사용PL(photoluminescence)

하며 이러한 물질들은 준위가 크기 때문에 정공 이동 제어층을HOMO

발광층과 전자 수송층 사이에 삽입하여 정공을 발광층에 포집시킨다 또

한 발광층의 전자이동성이 나쁘기 때문에 구동전압이 형광소자에 비해

약간 크다

인광 유기 소자는 감쇠시간이 길기 때문에 소자를 통해 흐르는 전류EL

가 증가하면 삼중항 삼중항소멸 기구에 - (Triplet -Triplet Annihilation)

의해 양자효율이 감소하는 현상이 있으며 이를 개선하기 위해 감쇠시간

이 작은 물질이 개발되고 있다 특히 적색발광체인 는 감쇠시간 Pt(OEP)

이 약 정도로 아주 크기 때문에 감쇠시간이 약 정도인100 sec 1 secμ μ

를 중심으로 연구개발이 진행되고 있으며 최근에는 효율이 높Ir-complex

은 청색 인광 유기 물질이 개발되고 있어 총천연색 인광 유기 디EL EL

스플레이 개발이 촉진되고 있다 또한 인광 유기 소자는 형광 유기 EL

소자에 비해 수명이 짧은 것으로 알려져 있으며 소자수명은 인광물EL

질 자체 및 도핑매트릭스 발광층 등 물질 및 소자구조에 의해 크게 좌우( )

된다

- 20 -

콘트라스트콘트라스트콘트라스트콘트라스트(3)(3)(3)(3)

유기 소자는 음극으로 일함수가 작은 금속박막을 주로 사용하며 금EL

속박막은 반사율이 크기 때문에 결과적으로 금속박막을 사용하는 유기

소자는 콘트라스트가 좋지 않아 명암비를 향상시키기 위해 주로 편EL

광판을 많이 사용한다 그림 하지만 편광판은 그림 에서 보lt 10(a)gt lt 10(b)gt

는 것처럼 발생된 빛을 약 정도 흡수하기 때문에 소자효율이 감소한50

다 따라서 편광판을사용하지 않고 콘트라스트를 향상시키기 위해 많은

연구가 진행되고 있다 현재까지 알려진 방법은 양극과 정공 수송층 사이

에 을 삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 을carbon black carbon

삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 굴절율을 조절할 수 있는 산

화물을 삽입하는 방법 등이 있다

(a)

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(b)그림 유기 소자의 반사 및 편광판 사용시 효율 변화lt 10gt EL

유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절(4) EL(4) EL(4) EL(4) EL

유기 발광 소자는 무기 발광 소자에 비해 발광하는 빛이 자연스러우며

인간에게 친숙하다 유기 소자의 발광색을 조절하기 위해서 다양한 EL

발광층 재료 및 도핑 재료 등이 연구되고 있다 대부분의 형광 및 인광

소자는 전이로 인하여 발광하는 빛의 스펙트럼이 넓어 색순도를 높- π π

일 필요가 있다

형광 유기 소자의 발광 스펙트럼의 은 약 정도이EL FWHM 80-100nm

며 혹은 등의 인광 유기 소자의 발광 스펙트럼 Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

은 약 정도이다 혹은 등의 란탄족 금속 착화합FWHM 30-70nm Eu Tb

물을 이용한 인 광유기 소자는 발광 스펙트럼 이 이하EL FWHM 10nm

로 색순도가 우수하나 소자효율 소자수명 등이 개선되어야 한다 한편

빛의 간섭효과를 이용하여 형광 및 인광 소자의 색순도를 향상시키기 위

한 연구 역 시진행되고 있다 빛의 간섭효과를 이용하면 그림 에서 lt 11gt

보는 것처럼 발광색의 색순도를 어느 정도 향상 시킬 수 있다

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유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동(5) EL(5) EL(5) EL(5) EL

유기 소자를 디스플레이에 응용하기 위하여 또한 소자의 전하주입EL

및 재결합특성을 연구하기위해 펄스구동특성에 관한 연구가 진행되고 있

다 소자에 펄스를 가하면 빛의 세기는 시간에 따라 지수 함수적으로 증

가하며 소자에 전압을 제거하면 빛은 시간에 따라 지수 함수적으로 감소

한다 시간에 따른 빛의 세기 증가곡선과 세기감소 곡선은 일반적으로 대

칭이 아니다 빛의 세기 증가곡선은 소자의 전하주입특성 구동전압 소자

의 용량 등에 의해 변화하며 일반적으로 전하주입이 용이할(capacitance)

수록 빛의 세기는 시간에 따라 급속히 증가한다 빛의 세기 감소곡선은

감쇠시간 소자의 용량 발광층 재료 등에 의해 좌우되는 것으로 알려PL

져 있다 이러한 현상으로 인해 펄스 구동시 소자의 휘도 Transient EL

는 구동 주파수에 따라 변한다 그림 는 소자의 구동 주파수 특성을 lt 12gt

나타낸 것으로 약 까지는 휘도가 변화하지 않으며 그 이상에서1 KHz

소자가 동작할 경우 휘도는 감소한다[4]

그림 유기 소자 각층에서 빛의lt 11gt EL

간섭현상을 이용한 발광스펙트럼 조절

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의 분류의 분류의 분류의 분류22 OLED22 OLED22 OLED22 OLED

221221221221 재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류 는 발광층을 이루는 재료에 따라 단분자OLED

와 고분자 로 구동 방식에 따라 수동형OLED OLED (PM Passive Matrix

과 능동형 으로 구분된다Type) (AMActive Matrix Type)

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림그림그림그림lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt 구조와 구조구조와 구조구조와 구조구조와 구조(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix

에 사용되는 핵심 소재는 물질 구조적 측면에서 크게 두 가지 즉OELD

색소 분자라 불리는 저분자 유기 소재와 공역의 도전성 고분- (conjugated)π

(a) (b)

그림 유기 소자의 현상과 펄스 구동시 휘도 변화lt 12gt (a) EL Transient EL (b)

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자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

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구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

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2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

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을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

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정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

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낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

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접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

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해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

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공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

- 33 -

그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

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로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

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전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

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은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

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등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

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과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

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공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

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그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

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이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

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유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

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전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

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결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

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10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 20 -

콘트라스트콘트라스트콘트라스트콘트라스트(3)(3)(3)(3)

유기 소자는 음극으로 일함수가 작은 금속박막을 주로 사용하며 금EL

속박막은 반사율이 크기 때문에 결과적으로 금속박막을 사용하는 유기

소자는 콘트라스트가 좋지 않아 명암비를 향상시키기 위해 주로 편EL

광판을 많이 사용한다 그림 하지만 편광판은 그림 에서 보lt 10(a)gt lt 10(b)gt

는 것처럼 발생된 빛을 약 정도 흡수하기 때문에 소자효율이 감소한50

다 따라서 편광판을사용하지 않고 콘트라스트를 향상시키기 위해 많은

연구가 진행되고 있다 현재까지 알려진 방법은 양극과 정공 수송층 사이

에 을 삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 을carbon black carbon

삽입하는 방법 음극과 전자 수송층 사이에 굴절율을 조절할 수 있는 산

화물을 삽입하는 방법 등이 있다

(a)

- 21 -

(b)그림 유기 소자의 반사 및 편광판 사용시 효율 변화lt 10gt EL

유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절(4) EL(4) EL(4) EL(4) EL

유기 발광 소자는 무기 발광 소자에 비해 발광하는 빛이 자연스러우며

인간에게 친숙하다 유기 소자의 발광색을 조절하기 위해서 다양한 EL

발광층 재료 및 도핑 재료 등이 연구되고 있다 대부분의 형광 및 인광

소자는 전이로 인하여 발광하는 빛의 스펙트럼이 넓어 색순도를 높- π π

일 필요가 있다

형광 유기 소자의 발광 스펙트럼의 은 약 정도이EL FWHM 80-100nm

며 혹은 등의 인광 유기 소자의 발광 스펙트럼 Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

은 약 정도이다 혹은 등의 란탄족 금속 착화합FWHM 30-70nm Eu Tb

물을 이용한 인 광유기 소자는 발광 스펙트럼 이 이하EL FWHM 10nm

로 색순도가 우수하나 소자효율 소자수명 등이 개선되어야 한다 한편

빛의 간섭효과를 이용하여 형광 및 인광 소자의 색순도를 향상시키기 위

한 연구 역 시진행되고 있다 빛의 간섭효과를 이용하면 그림 에서 lt 11gt

보는 것처럼 발광색의 색순도를 어느 정도 향상 시킬 수 있다

- 22 -

유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동(5) EL(5) EL(5) EL(5) EL

유기 소자를 디스플레이에 응용하기 위하여 또한 소자의 전하주입EL

및 재결합특성을 연구하기위해 펄스구동특성에 관한 연구가 진행되고 있

다 소자에 펄스를 가하면 빛의 세기는 시간에 따라 지수 함수적으로 증

가하며 소자에 전압을 제거하면 빛은 시간에 따라 지수 함수적으로 감소

한다 시간에 따른 빛의 세기 증가곡선과 세기감소 곡선은 일반적으로 대

칭이 아니다 빛의 세기 증가곡선은 소자의 전하주입특성 구동전압 소자

의 용량 등에 의해 변화하며 일반적으로 전하주입이 용이할(capacitance)

수록 빛의 세기는 시간에 따라 급속히 증가한다 빛의 세기 감소곡선은

감쇠시간 소자의 용량 발광층 재료 등에 의해 좌우되는 것으로 알려PL

져 있다 이러한 현상으로 인해 펄스 구동시 소자의 휘도 Transient EL

는 구동 주파수에 따라 변한다 그림 는 소자의 구동 주파수 특성을 lt 12gt

나타낸 것으로 약 까지는 휘도가 변화하지 않으며 그 이상에서1 KHz

소자가 동작할 경우 휘도는 감소한다[4]

그림 유기 소자 각층에서 빛의lt 11gt EL

간섭현상을 이용한 발광스펙트럼 조절

- 23 -

의 분류의 분류의 분류의 분류22 OLED22 OLED22 OLED22 OLED

221221221221 재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류 는 발광층을 이루는 재료에 따라 단분자OLED

와 고분자 로 구동 방식에 따라 수동형OLED OLED (PM Passive Matrix

과 능동형 으로 구분된다Type) (AMActive Matrix Type)

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림그림그림그림lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt 구조와 구조구조와 구조구조와 구조구조와 구조(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix

에 사용되는 핵심 소재는 물질 구조적 측면에서 크게 두 가지 즉OELD

색소 분자라 불리는 저분자 유기 소재와 공역의 도전성 고분- (conjugated)π

(a) (b)

그림 유기 소자의 현상과 펄스 구동시 휘도 변화lt 12gt (a) EL Transient EL (b)

- 24 -

자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

- 25 -

구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

- 26 -

2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

- 27 -

을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

- 28 -

정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

- 29 -

낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

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접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

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해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

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공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

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그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

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로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

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전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

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은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

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등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

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과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

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공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

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그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

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Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

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of Applied Physics

8 OPTICS LETTERS Vol 22 No 6 March 15 1997

9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 21 -

(b)그림 유기 소자의 반사 및 편광판 사용시 효율 변화lt 10gt EL

유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절유기 소자의 발광색 조절(4) EL(4) EL(4) EL(4) EL

유기 발광 소자는 무기 발광 소자에 비해 발광하는 빛이 자연스러우며

인간에게 친숙하다 유기 소자의 발광색을 조절하기 위해서 다양한 EL

발광층 재료 및 도핑 재료 등이 연구되고 있다 대부분의 형광 및 인광

소자는 전이로 인하여 발광하는 빛의 스펙트럼이 넓어 색순도를 높- π π

일 필요가 있다

형광 유기 소자의 발광 스펙트럼의 은 약 정도이EL FWHM 80-100nm

며 혹은 등의 인광 유기 소자의 발광 스펙트럼 Ir(ppy)3 Pt(OEP) EL

은 약 정도이다 혹은 등의 란탄족 금속 착화합FWHM 30-70nm Eu Tb

물을 이용한 인 광유기 소자는 발광 스펙트럼 이 이하EL FWHM 10nm

로 색순도가 우수하나 소자효율 소자수명 등이 개선되어야 한다 한편

빛의 간섭효과를 이용하여 형광 및 인광 소자의 색순도를 향상시키기 위

한 연구 역 시진행되고 있다 빛의 간섭효과를 이용하면 그림 에서 lt 11gt

보는 것처럼 발광색의 색순도를 어느 정도 향상 시킬 수 있다

- 22 -

유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동(5) EL(5) EL(5) EL(5) EL

유기 소자를 디스플레이에 응용하기 위하여 또한 소자의 전하주입EL

및 재결합특성을 연구하기위해 펄스구동특성에 관한 연구가 진행되고 있

다 소자에 펄스를 가하면 빛의 세기는 시간에 따라 지수 함수적으로 증

가하며 소자에 전압을 제거하면 빛은 시간에 따라 지수 함수적으로 감소

한다 시간에 따른 빛의 세기 증가곡선과 세기감소 곡선은 일반적으로 대

칭이 아니다 빛의 세기 증가곡선은 소자의 전하주입특성 구동전압 소자

의 용량 등에 의해 변화하며 일반적으로 전하주입이 용이할(capacitance)

수록 빛의 세기는 시간에 따라 급속히 증가한다 빛의 세기 감소곡선은

감쇠시간 소자의 용량 발광층 재료 등에 의해 좌우되는 것으로 알려PL

져 있다 이러한 현상으로 인해 펄스 구동시 소자의 휘도 Transient EL

는 구동 주파수에 따라 변한다 그림 는 소자의 구동 주파수 특성을 lt 12gt

나타낸 것으로 약 까지는 휘도가 변화하지 않으며 그 이상에서1 KHz

소자가 동작할 경우 휘도는 감소한다[4]

그림 유기 소자 각층에서 빛의lt 11gt EL

간섭현상을 이용한 발광스펙트럼 조절

- 23 -

의 분류의 분류의 분류의 분류22 OLED22 OLED22 OLED22 OLED

221221221221 재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류 는 발광층을 이루는 재료에 따라 단분자OLED

와 고분자 로 구동 방식에 따라 수동형OLED OLED (PM Passive Matrix

과 능동형 으로 구분된다Type) (AMActive Matrix Type)

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림그림그림그림lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt 구조와 구조구조와 구조구조와 구조구조와 구조(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix

에 사용되는 핵심 소재는 물질 구조적 측면에서 크게 두 가지 즉OELD

색소 분자라 불리는 저분자 유기 소재와 공역의 도전성 고분- (conjugated)π

(a) (b)

그림 유기 소자의 현상과 펄스 구동시 휘도 변화lt 12gt (a) EL Transient EL (b)

- 24 -

자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

- 25 -

구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

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2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

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을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

- 28 -

정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

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낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

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접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

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해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

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공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

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그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

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로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

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전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

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은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

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등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

- 39 -

과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

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- 54 -

- 22 -

유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동유기 소자의 펄스 구동(5) EL(5) EL(5) EL(5) EL

유기 소자를 디스플레이에 응용하기 위하여 또한 소자의 전하주입EL

및 재결합특성을 연구하기위해 펄스구동특성에 관한 연구가 진행되고 있

다 소자에 펄스를 가하면 빛의 세기는 시간에 따라 지수 함수적으로 증

가하며 소자에 전압을 제거하면 빛은 시간에 따라 지수 함수적으로 감소

한다 시간에 따른 빛의 세기 증가곡선과 세기감소 곡선은 일반적으로 대

칭이 아니다 빛의 세기 증가곡선은 소자의 전하주입특성 구동전압 소자

의 용량 등에 의해 변화하며 일반적으로 전하주입이 용이할(capacitance)

수록 빛의 세기는 시간에 따라 급속히 증가한다 빛의 세기 감소곡선은

감쇠시간 소자의 용량 발광층 재료 등에 의해 좌우되는 것으로 알려PL

져 있다 이러한 현상으로 인해 펄스 구동시 소자의 휘도 Transient EL

는 구동 주파수에 따라 변한다 그림 는 소자의 구동 주파수 특성을 lt 12gt

나타낸 것으로 약 까지는 휘도가 변화하지 않으며 그 이상에서1 KHz

소자가 동작할 경우 휘도는 감소한다[4]

그림 유기 소자 각층에서 빛의lt 11gt EL

간섭현상을 이용한 발광스펙트럼 조절

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의 분류의 분류의 분류의 분류22 OLED22 OLED22 OLED22 OLED

221221221221 재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류 는 발광층을 이루는 재료에 따라 단분자OLED

와 고분자 로 구동 방식에 따라 수동형OLED OLED (PM Passive Matrix

과 능동형 으로 구분된다Type) (AMActive Matrix Type)

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림그림그림그림lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt 구조와 구조구조와 구조구조와 구조구조와 구조(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix

에 사용되는 핵심 소재는 물질 구조적 측면에서 크게 두 가지 즉OELD

색소 분자라 불리는 저분자 유기 소재와 공역의 도전성 고분- (conjugated)π

(a) (b)

그림 유기 소자의 현상과 펄스 구동시 휘도 변화lt 12gt (a) EL Transient EL (b)

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자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

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구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

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2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

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을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

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정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

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낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

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접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

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해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

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공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

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그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

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로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

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전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

- 36 -

유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

- 37 -

은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

- 38 -

등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

- 39 -

과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

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- 54 -

- 23 -

의 분류의 분류의 분류의 분류22 OLED22 OLED22 OLED22 OLED

221221221221 재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류재료에 따른 분류 는 발광층을 이루는 재료에 따라 단분자OLED

와 고분자 로 구동 방식에 따라 수동형OLED OLED (PM Passive Matrix

과 능동형 으로 구분된다Type) (AMActive Matrix Type)

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림그림그림그림lt 13gtlt 13gtlt 13gtlt 13gt 구조와 구조구조와 구조구조와 구조구조와 구조(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix(a)Passive Matrix (b)Active Matrix

에 사용되는 핵심 소재는 물질 구조적 측면에서 크게 두 가지 즉OELD

색소 분자라 불리는 저분자 유기 소재와 공역의 도전성 고분- (conjugated)π

(a) (b)

그림 유기 소자의 현상과 펄스 구동시 휘도 변화lt 12gt (a) EL Transient EL (b)

- 24 -

자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

- 25 -

구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

- 26 -

2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

- 27 -

을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

- 28 -

정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

- 29 -

낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

- 30 -

접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

- 31 -

해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

- 32 -

공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

- 33 -

그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

- 34 -

로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

- 35 -

전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

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은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

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등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

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과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

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공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

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그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

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그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

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이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

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Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

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주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

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유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

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전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

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(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

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10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 24 -

자 소재로 구분할 수 있다 저분자와 고분자의 차이는 분자량의 차이라고 할

수 있다 저분자 분자 량 이하 고분자 분자량 만 이상 고분자 ( 1000 1 )

는 저분자를 기초로 해서 만들어진다(Polymer)

유기 은 저분자계 재료를 사용하는가 고분자계 재료를 사용하는 가에EL

따라 제조 공정이 크게 달라지며 특성 수명 광효율 등 또한 달라진다 저 ( )

분자로 만들어진 는 에 의해 개발되었고OLED Kodak small-molecule

라고도 불리워 진다 일반적으로 라고 하는 것은 이러한 저분자OLED OLED

를 지칭한다 저분자 는 재료 특성이 잘 알려져 개발이 쉽고 조OLED OLED

기 양산이 가능하지만 진공증착 과정이 필요하므로 생산과정에 비용이 많이

들어가고 제품이 유연하지 않다 고분자인 폴리머로 만드는 는 OLED

에 의해 개발되어Cambridge Display Technologies(CDT) Light-Emitting

라고도 불리운다Polymer LEP Polymer Light Emitting Devices (PLEDs)

는 저분자 에 비해 개발이 늦었지만 진공과정이 불필요하고 발광LEP OLED

층이 잉크젯프린팅 방법에 의해 기판에 만들어 질 수 있어 유연하고 싸게

만들 수 있으며 열적안정성이 높고 기계적강도가 우수하며 자연색과 같은

색감을 지니고 구동전압이낮다

최근에 비전도성재료위에서 빛을 발생시키는 기능이 있는 전도성 polymer

가 개발되었다 디스플레이는 발광층에 사용되는 재료에 따라 무기 디 EL EL

스플레이와 디스플레이로 분류된다 지금까지 실용화된 것은 발광층OLED

에 와 등의 무기화합물 박막을 이용한 무기 디스플레이이다 무기Se Zn EL

디스플레이는 수명이 길고 안정성을 가지고 있는 반면 화가EL Full Color

곤란하며 구동전압이 높다는 문제점이 있다

구구구구 분분분분 저 분 자저 분 자저 분 자저 분 자 OLED 고 분 자고 분 자고 분 자고 분 자 OLED

장장장장 점점점점

증착방식에 의한 전자동 생산방식

확립

유기 재료 정제가 용이함

핵심 재료 개발이 용이함

고분자 에 비해 개발수준 높음OLED

소형패널의 양산공정이 구축

초기시장주도

공정이 단순하며 고진공증착장비등의

초기투자 비용이 낮음

재료 사용 효율이 매우 높아 공정 비용이

저분자에 비해 저렴함

내열성이 뛰어남

기계적 강도 우수하며 구조 단순함

구동 전압이 낮음

다양한 색상 구현 가능함

표lt 3gt 저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교저분자 와 고분자 의 비교OLED OLEDOLED OLEDOLED OLEDOLED OLED

- 25 -

구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

- 26 -

2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

- 27 -

을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

- 28 -

정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

- 29 -

낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

- 30 -

접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

- 31 -

해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

- 32 -

공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

- 33 -

그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

- 34 -

로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

- 35 -

전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

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은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

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등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

- 39 -

과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

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공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

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5 A Berntsen Y Croonen R Cuijpers B Habets C Liedenbaum H Schoo

RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

Optical Engineering) Vol 3148314831483148

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of Applied Physics

8 OPTICS LETTERS Vol 22 No 6 March 15 1997

9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 25 -

구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류구동방식에 따른 분류222222222222

수동행렬1) (Passive Matrix)

수동행렬이라는 것은 개의 전극 양극 음극 이 종 횡으로 교차하는 그 교2 ( )

점을 선택하여 빛을 내게 하는 것으로 문자나 그림을 표현하는 방법이다 구

조는 비교적 간단하기 때문에 제조장비가 싼 것이 특징이다

수동형 유기 은 점과 점에 빛을 내게 하는 경우 실제 선순차 스캔이기EL A B

때문에 순차적으로 점 다음에 점에 빛을 내게 한다 고휘도에서 라인에A B 1

빛을 밝히고 다음 순간에 다음 라인을 반짝 밝히는 형식으로 눈에 비친 잔

상을 이용하여 장의 그림 문자로서 인식시킨다1

만약 디스플레이의 휘도로 칸델라의 밝기가 필요하다면 현재 라인이100 400

있는 경우 순간적으로 필요한 휘도는 칸델라 칸텔라 이다100 times 400 = 40000

이런 이유 때문에 상당히 높은 고전압을 걸지 않으면 안된다

수동형의 장점은 구조가 간단하다는 것이다 구조적으로 매우 간단하게 만

들 수 있다 단점은 순간휘도가 매우 높기 때문에 소비전력이 많이 필요하다

는 점이다 휘도저하가 있고 일반적으로 수명이 짧다

단단단단 점점점점

재료 사용효율이 낮음

대화면 적용을 위해서는 장비

개발이 필요함

고진공 장비 등 초기 투자비용이

큼

저분자 보다 지연으로 고성능OLED R D재료의 개발이 시급함

적층 구조등 복잡한 구조의 구현이

어려움

재료 정제의 어려움으로 인한 신뢰성

확보가 미흡함

공공공공 정정정정

방방방방 식식식식

고진공 물리기상증착 방식

패터닝 fine shadow mask

독립증착( )

잉크젯프린팅 방법

스핀 캐스팅

관관관관 련련련련

업업업업 체체체체

코닥 UDC Idemitsu-Kosan

Toyo Ink Pioneer Sony Sanyo

도레이TDK Toshiba Mitsubishi

전자 삼성Chemical LG SDI

오리온 전기 네오뷰코오롱 NESS

등

CDT DOW Chemical

Covion Philips

Toshiba Seiko-Epson

- 26 -

2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

- 27 -

을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

- 28 -

정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

- 29 -

낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

- 30 -

접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

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해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

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공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

- 33 -

그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

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로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

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전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

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은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

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등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

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과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

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공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

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그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

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그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

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Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

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(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

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5 A Berntsen Y Croonen R Cuijpers B Habets C Liedenbaum H Schoo

RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

Optical Engineering) Vol 3148314831483148

6 C W Tang S A Vanslyke and C H Chen J Appl Phys 1989198919891989 65 3610

7 K Yamashita T Mori and T Mizutani 3-a-2Q-12 58th Academic Lecture

of Applied Physics

8 OPTICS LETTERS Vol 22 No 6 March 15 1997

9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 26 -

2)2)2)2)능동 행렬(Active Matrix)

능동형은 하나하나의 화소와 발광소자에 스위칭소자로서 TFT(Thin Film

가 전부 붙어 있는 구조이다Transistor)

는 화소에 개의 만이 아니라 개가 붙는 경우도 있으며 이TFT 1 1 TFT 2 3～

로 발광휘도를 조절한다 발광에 필요한 전류는 콘덴서 전하TFT Capacitor(

를 축전하여 사용 로부터 공급 받는다 이 때문에 수동형처럼 순간적으로 한)

라인씩 빛을 밝혀서 다음라인 으로 이동하는 것이 아니라 되는 곳은 계ON

속 상태이다 때문에 칸델라의 휘도가 필요한 경우는 전체적으로도ON 100

칸델라만으로 충분하기 때문에 수동형에 비해서 낮은 전압으로 구동할100

수 있다 저소비 전력이기 때문에 효율이 좋고 그만큼 화소의 수명이 길다

소비전력이 낮고 고해상도가 가능하고 응답속도가 빠르며 시야각이 넓고

대면적이 가능하고 박형 구현이 가능하다는 장점이 있다 다만 는 TFT R

독립구동 방식이므로 수동소자에 비하여 형성 공정이 복잡하고G B pixel

제조비용이 높은 단점이 있다[5~6]

그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교그림 와 의 구조 비교lt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrixlt 14gt Passive matrix Active matrix

의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재의 제조 공정 및 소재23 OLED23 OLED23 OLED23 OLED

제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개제조 공정 소개231231231231

소자의 제작을 위한 공정은 순서에 따라 패턴 형성공정 박막증착OLED

공정 봉지공정 모듈조립 공정 등 크게 가지 공정으로 나누어지며 방법이 4

이냐 이냐에 따라 기판 위에 형성되는 소자의 구조와 그 제작방법이AM PM

달라진다 단색 구조에서는 양극을 띠 형태로 패터닝한 후 다층 유기막 PM

- 27 -

을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

- 28 -

정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

- 29 -

낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

- 30 -

접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

- 31 -

해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

- 32 -

공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

- 33 -

그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

- 34 -

로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

- 35 -

전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

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은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

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등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

- 39 -

과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

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공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

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RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

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9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 27 -

을 형성하고 마지막으로 음극 띠를 형성하며 두 전극에 전류를 가했을 때

두 띠가 교차되는 부분에서 발광하게 된다 여기서는 재료정제기술과 모듈조

립공정을 제외한 수동형의 저분자 각 공정의 구성을 위주로 살펴OLED

보기로 하겠다 에 사용되는 유기물들은 수분에 매우 약하기 때문에 유OLED

기막을 형성한 이후의 공정에서 일반적인 공정을 사용하photo-lithography

기 어렵다 따라서 격벽 이라고 불리는 화소 분리용 구조 (cathode seperator)

물을 이용하여 화소를 분리하게 된다

양극 형성양극 형성양극 형성양극 형성

소자 제작을 위해 우선 기판 위에 양극을 형성한다 양극 물질로는 일반적

으로 가 사용되고 있는데 플라스틱 기판을 이용할 경우 저온에서 양질ITO

의 를 형성하는 기술이 필요 하다 에 비해 막질은 조금 떨어지더라ITO ITO

도 저온 형성에 유리한 물질을 사용하려는 시도도 일부 있다

전극을 설계에 맞추어 패터닝한 다음 그 위에 화소 분리를 위한 격벽ITO

을 형성한다 격벽은 대개 역사다리꼴 모양의 단면구조를 갖고 있어 인접 화

소간의 음극 분리가 가능하다 격벽을 형성한 후 정공 주입장벽을 낮추고 기

판 준비 과정에서 생긴 오염 물질을 제거하기 위해 플라즈마나 를 이용UV

하여 의 표면 처리를 하고 이어 정공주입층을 비롯한 유기물을 증착하게ITO

된다

그림그림그림그림lt 15gt 소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요소자제작 공정개요OLEDOLEDOLEDOLED

- 28 -

정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

- 29 -

낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

- 30 -

접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

- 31 -

해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

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공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

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그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

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로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

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전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

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은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

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등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

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과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

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공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

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그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

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그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

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주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

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유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

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10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 28 -

정공주입층정공주입층정공주입층정공주입층

정공주입층은 양극으로부터의 정공 주입을 용이하게 해주는 물질로 이루

어지며 무기물인 와의 계면접착력이 좋아야 하며 정공 주입장벽을 낮추 ITO

기 위해 와 유사한 를 가져야 한다 정공주입층ITO IP(ionization potential)

정공수송층 발광층 전자수송층과 같은 박막 형성에는 재료의 특성에 따라

일부 를 이용하여 유기물층을 형성하려는 시도도 있으나 대부분 진공증CVD

착법을 이용한다

정공수송층정공수송층정공수송층정공수송층

이어 정공수송층을 형성하게 되는데 정공수송층은 정공을 쉽게 운반시킬

뿐 아니라 전자를 발광 영역에 쌓이게 하여 여기자 형성 확률을 높여 준다

발광층발광층발광층발광층

발광층을 형성하는 데 있어 대부분의 경우 와 를 동시에 증착하host dopant

며 녹색과 적색의 경우 로host Alq3을 사용한다 녹색 형광은 Alq3에 MQD

등을 정도 도핑하여 얻게 된다Coumarine 1 Alq3 자체도 녹색 발광을 하

지만 도핑을 통하여 배 이상의 효율 증가를 이룰 수 있다2

는 효율이 뛰어난 적색 형광색소들 중 하나로 를DCJTB DCJTB Alq3에 도

핑하여 적색광을얻을 수 있다 도핑 농도가 증가함에 따라 오렌지색에서 적

색으로 변화하므로 색순도가 우수한 적색 발광을 얻기 위해서는 도핑 농도

를 높여야 하는데 그러면 소광 현상이 일어나 발광 효율이 감소한다 또한

소자에 흘리는 전류의 양을 증가시키면 짧은 파장 쪽으로 색변화가 일어나

는 경향이 있다 따라서 보다 안정되고 효율이 높은 적색 형광색소의 개

발이 시급히 요구되고 있다

전자수송층전자수송층전자수송층전자수송층

발광층을 모두 형성한 후 전자수송층을 입히게 되는데RGB Alq3가 우수한

전자전달 특성을 갖고 있어 널리 이용되고 있다

음극형성음극형성음극형성음극형성

유기물 다층막을 형성한 후 음극을 형성하는데 음극 물질로는 일함수가

- 29 -

낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

- 30 -

접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

- 31 -

해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

- 32 -

공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

- 33 -

그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

- 34 -

로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

- 35 -

전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

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은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

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등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

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과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

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공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

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그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

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이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

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Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

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주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

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유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

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전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

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결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

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(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

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점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

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이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

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결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

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참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

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낮은 또는 등의 복합층을 이용한다MgAg AlLi LiFAl

실링실링실링실링

음극을 형성한 후 소자를 외부의 수분으로부터 차단하기 위한 실링 또는

공정을 거친다 현재 일반적으로는 불활성 분위기하에서 스테encapsulation

인리스 스틸 또는 유리로 만들어진 커버를 소자 위에 덮고 그 가장자리를

에폭시 등의 접착제로 접착하는 방법을 쓰며 내부에 적절한 흡습제를 넣는

다

패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정패턴 형성공정232232232232

박막박막박막박막ITOITOITOITO

정공 주입효율을 향상시키기 위해서는 의 저 저항화와 유기박막ITO ITO

접합계면의 일함수 값의 적절한 균형이 중요하다 통상 용으로 제작되는 LCD

박막은 유리기판 위에 형성이 되는데 이러한 박막 형성방식을 적용할ITO

경우 저 저항을 얻기 위해 다결정의 표면 균일도가 정도가 되어야 기20nm

판을 사용하여 제작되는 디스플레이에서 항상 문제가 되는 의 발생dark spot

을 억제할 수 있다 발광소자는 정공 주입형 발광소자이기 때문에 OLED

계면간 정공 주입효율이 소자의 성능에 가장 큰 영향을 주는 요인이hetero

다 따라서 이나 과 같은 기술을 이용하여 전용 sputtering ion planting OLED

박막을 제작하는것이 필요하다 일반적인 용도로 제작된 기판을ITO ITO

플라즈마와 같은 적절한 표면처리를 통해 저항특성을 개선하여 풀칼라용

대면적 기판에서도 저항 값이 이하의 저저항 성막 조건passive matrix 10Ω

을 확립해야 한다

패턴패턴패턴패턴ITOITOITOITO

저분자 혹은 고분자물질을 적용한 모든 소자들은 상업적으로 용이OLED

하게 구할 수 있는 가 코팅된 유리기판을 사용하고 있다 소자 내ITO OLED

에서의 전체적인 발광영역은 대략 정도 두께의 유기물 층에 한정되는10 nm

데 이러한 박막구조 상에서는 의 이 표면 균일도나 유기층과의ITO Coating

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접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

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해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

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공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

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그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

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로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

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전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

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은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

- 38 -

등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

- 39 -

과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

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유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

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결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

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결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

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참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

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- 30 -

접촉특성이 소자의 발광 특성에 커다란 영향을 미치게 된다 따라서 광 투과

정도 정공수송층으로의 전하전달 특성 등이 우수한 양극전극으로서의 ITO

특성이 충분히 고려되어야 한다

오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거오염물질 제거

의 패턴 형성을 위한 공정은 각 단위 공정이 각종 오염에 대해 매OLED

우 취약하므로 청정한 공정 환경과 재료의 순도유지 및 장비의 적정 관리가

중요하다 유리기판에 묻어있는 유분이나 먼지를 제거하기 위하여 ITO ITO

를 알칼리 또는 중성세제를 사용하여 이나 처리를glass puddling ultra sonic

해준 다음 로 세척하고 광원을 조사시켜 고온에서 완전히 건DI water IRUV

조시킨다

도포도포도포도포Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)Photoresist(PR)

이 과정이 끝나면 를 또는 를 사용photoresist(PR) roll coater spin coater

하여 전면에 균일하게 도포 한다 이 때 사용되는 의 두께는 설계된ITO PR

소자특성에 따라 다르나 어떠한 경우에도 전면에 형성된 박막의ITO glass

두께 균일도를 이하로 유지하여야 한다 의 도포에 영향을 미치는 주5 PR

요 요소로는 의 점도 및 고형분 함유도 일 경우 의PR roll coater roll pitch

깊이 일 경우 회전속도 등이 있다 spin coater

도포된 에 잔존하고 있는 와 같은 유기 용매 성분을 제거PR film PEGMA

하고 충분히 경화시켜 광화학 반응이 잘 되도록 하기 위해 를 실시pre-bake

하게 되는데 이 때 과 기판의 밀착도 노광 에너지의 양 등이 중요한 요PR

인으로 작용하게 된다 된 기판 위의 에 원하는 패턴의 Pre-bake PR film

를 통하여 광을 선택적으로 투과시키어 노광 시키고photomask UV PR film

에 의 선택적인 노광을 거치면서 감광된 부분의 이 분자 결합 구조UV PR

를 변화시키게 되고 이에 따라 알칼리 성분 수용액인 현상액에 용해된다

현상현상현상현상(Development)(Development)(Development)(Development)

노광을 통한 광화학 반응에 의해 분자구조가 변화된 을 유기 용매UV PR

를 이용해 용해 시키는 과정을 현상 이라고 한다 이 공정을 통(development)

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해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

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공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

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그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

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로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

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전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

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은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

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등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

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과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

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결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

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RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

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8 OPTICS LETTERS Vol 22 No 6 March 15 1997

9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 31 -

해 용해되는 은 의 에 따라서 크게 와PR film PR type positive negative PR

두 종류로 분류되는데 일 경우 가 조사된 부분만이 현상액 positive type UV

에 의해 용해되며 일 경우 가 조사되지 않은 부분만이 용해negative type UV

된다

이 공정에서 고려되어야 할 주요한 에는 노광 시간 현상액 농도parameter

및 온도 두께 온도 등이 있다 현상이 끝나면 미미하게 남아있 PR pre-bake

는 내부의 와 같은 를 제거하고 세척 후 완전한 수분제PR PEGMEA solvent

거를 목적으로 후 열처리를 시켜줘야 하는데 이러한 열처리를 통(post-bake)

해 이 강산 조건에서의 공정에 대해 충분한 저항성을 가지게PR film etching

되며 기판과 과의 물리적 접착력도 향상된다glass PR

에칭공정에칭공정에칭공정에칭공정

그 다음은 기판의 전면에 형성된 을 현상과정에서 형성된glass ITO film

층의 패턴을 통해 선택적으로 제거해 내는 공정을 진행한다PR etching

은 그 방법에 따라 크게 과 으로 나누어지는Etching wet etching dry etching

데 은 주로 상태의 을 사용하는 모든 종류의wet etching liquid chemical

을 의미하며 은 플라즈마를 이용한 모든 식각 공 정을 포etching dry etching

괄적으로 의미한다 의 패턴 공정에서는 방식을 사용한다 OLED wet etching

그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정그림 패턴을 위한 노광 공정lt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITOlt 16gt ITO

- 32 -

공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

- 33 -

그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

- 34 -

로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

- 35 -

전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

- 36 -

유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

- 37 -

은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

- 38 -

등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

- 39 -

과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

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(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

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점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

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이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

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결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

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공정공정공정공정StrippingStrippingStrippingStripping

가 되고 나면 패턴된 위에 남아있는 을 제거해 주어야ITO etching ITO PR

한다 이 과정을 이라 하며 은 그 방법에 따라 방식 stripping stripping batch

과 개별방식이 있는데 방식은 에 담긴 기판 전체를 에 담batch cassette bath

가 을 제거하는 방식이다 이 방법은 대형 의 기판에 사용할 경우에는PR size

장비의 크기가 너무 커지게 되는 문제가 있으므로 적용하기 어려운 점이 있

다 개별 방식은 낱장으로 를 처리하는 방식이다 일반적으로 의 glass OLED

패턴 공정에서는 방식을 사용하고 이 때 로는 고농도의 알칼batch stripper

리 용액을 사용한다

절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴절연층 패턴(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)(Insulating Layer)

패턴이 완성된 기판 위에 진공박막 이후 용 유기물이 증착ITO glass EL

되어 발광 로 작용할 영역을 제외한 모든 영역에 절연층을 형성하는데pixel

이는 각 들이 전기적으로 독립된 구동을 가능케 하기 위함이다pixel

사용되는 물질로는 주로 나 와 같은 전기적으로 충분photoresist polyimide

한 절연효과가 있으면서 감광 특성을 가진 고분자 재료를 사용한다 먼저 패

턴된 기판을 패턴공정에서와 같은 방법으로 알칼리 또는 중ITO glass ITO

성세제를 사용하여 세정시켜 주고 를 이용하여 건조시킨다 이 위에IRUV

나 를 또는 를 사용하여 균일하게photoresist polyimide roll coater spin coater

도포시킨 후 내부에 남아있는 를 제거하고 기판과의 접착 성을PR solvent

유지시키기 위해 를 실시한다 가 끝나면 노광 과정을 거pre-bake Pre-bake

치는데 이 노광 단계에서는 용으로 설계된 를 통insulating layer photomask

하여 선택적으로 광을 투과시켜 발광 부분의 의 분자구조를UV pixel PR film

변화시키고 이렇게 분자구조가 변화된 부분은 현상 단계에서 현상액에 의해

용해되어 제거된다 이렇게 형성된 절연층의 패턴은 최종적인 열처리인

에 의해 음극분리 격벽용으로 사용되는 이 도포될 때post-bake negative PR

및 와의 사이에 위치하여 전기적 절연성 및 층간 물리적인 접착glass ITO

특성의 개선에도 기여하게 된다

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그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

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로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

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전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

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은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

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등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

- 39 -

과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

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- 54 -

- 33 -

그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정그림 절연층 형성을 위한 노광 공정lt 17gtlt 17gtlt 17gtlt 17gt

음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴음극분리 격벽 패턴(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)(Cathode Separator)

절연층의 패턴이 완료된 후 들이 형성된 기판 위에 음극분리ITO pixel

격벽을 패턴하게되는데 이는 유기물의 진공박막 공정에서 를 형성할cathode

경우 각 들의 에 의한 전기적 를 방지하기 위해 반드pixel cathode line short

시 필요하다 현재 격벽용으로 적용 가능한 물질로는 우선적으로 전기적 절

연효과가 있어야 하며 인접 들간의 을 차단시킬 수 있는pixel cathode line

의 형성이 가능한 이 적합한 것으로 알reverse taper angle negative PR

려져 있다

처음 절연층이 패턴된 기판 위에 을 도포 시키는데 이ITO negative PR

때 이미 형성된 연층은 패턴 형성 시 내부에 함유되어 있는 및 수분solvent

이 충분히 제거되도록 과정을 거쳤으므로 별도의 세정 및 경화공post-bake

정을 반복할 필요는 없다

단 표면의 세정은 진공박막 공정 투입 전 을 통하 ITO pixel UV cleaning

여 실시하는 것이 바람직하다 이 확실히 분리되고 Cathode line reverse

이 잘 형성되도록 하기위해 의 두께는 약taper angle negative PR film 3 5～

를 유지하도록 한다 또한 과 패턴된 혹은 Negative PR insulating layer

와 접착력을 향상시키고 기판 전면에 걸쳐 균일한 노광이 이루어 질 수ITO

있도록 하기 위해 를 추가로 실행한 후 형성용으pre-bake cathode separator

- 34 -

로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

- 35 -

전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

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은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

- 38 -

등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

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과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

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공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

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전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

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결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

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- 54 -

- 34 -

로 설계된 를 통해 를 선택적으로 노광시킨다 이를 통해photomask UV

은 가 조사된 부분에서 가교결합이 일어나게 되는데 이후negative PR UV

단계에서 분자구조 내 기의PEB(Post Exposure Bake) PR amine diffusion

에 의해 이 가교결합은 강화가 된다

현상 과정에서는 가교결합이 일어나지 않은 부분이 용해되어 제거되며PR

패턴이 형성되어 남아있는 은 과정을 통해 더욱 그 결합이 치밀PR post-bake

해지고 수분 및 잔존 가 제거된다 이 공정에서 의 양과solvent UV energy

현상 시간은 중요한 로서 분리 격벽의 형성의parameter reverse taper angle

정도를 좌우하게 되고 조건 또한 의 에 영향 PEB separator critical dimension

을 미치게 된다 즉 량이 과다하거나 현상 시간이 너무 짧으면 UV energy

이 커지게 되어 의 분리가 어렵게 되고reverse taper angle cathode line PEB

시간 이 너무 길거나 온도가 높으면 이 증가하여 결과적으critical dimension

로 효과적인 형성을 어렵게 한다reverse taper angle

진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정진공 박막증착 공정233233233233

기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리기판의 전처리

기판의 상태에 따라 표면의 일함수 약 와 정공수송층의ITO ITO ( 467eV)

표면 일함수 와의 접합계면에는 표면 전위 차가 발생하게 되고 여기(520eV)

에 기인하여 소자의 발광개 시전압에서 수 의 차이가 생기게 된다 또한V

기판 표면의 오염과 수분 흡착에 따라 표면의 일함수는 의ITO 05-10 eV

큰 변화가 나타난다

의 접합표면전위를 정공수송층의 표면전위에 적합한 수준으로 유지하ITO

기 위한 전처리 기술로는 첫 번째 평행평판형 방전을 이용한 표면산화 ITO

법 두 번째 진공상태에서 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 UV ITO

표면을 산화하는 방법 세 번째 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이

용하여 표면을 산화하는 방법 등의 세가지 종류로 대략 나눌 수 있다ITO

기판의 상태에 따라 위의 세가지 방법 중 한 가지를 선택하게 되는데 어

떤 방식을 이용 하든지 공통적으로 표면의 산소이탈을 방지하고 수분ITO

및 유기물의 잔류를 최대한 억제해야 전처리의 실질적인 효과를 기대할 수

있다

- 35 -

전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

- 36 -

유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

- 37 -

은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

- 38 -

등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

- 39 -

과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

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결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

4 F Furakawa Y Terasaka H Ueda and M Matuura 29-a-NK-3

5 A Berntsen Y Croonen R Cuijpers B Habets C Liedenbaum H Schoo

RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

Optical Engineering) Vol 3148314831483148

6 C W Tang S A Vanslyke and C H Chen J Appl Phys 1989198919891989 65 3610

7 K Yamashita T Mori and T Mizutani 3-a-2Q-12 58th Academic Lecture

of Applied Physics

8 OPTICS LETTERS Vol 22 No 6 March 15 1997

9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 35 -

전 공정에서 절연층 음극분리 격벽을 패턴한 기판을 유기박막ITO glass

증착 공정에 투입하기 전 기판에 존재하는 을 제거하기 위해 particle DI

로 세정한 다음 추가로 초음파를 이용하여 세정한다 이때 절연층과water

음극분리 격벽에 영향을 주지 않는 정도의 초음파 세기와 시간에 대한 조건

의 선정이 중요하다 표면을 세정할 때 이나 과 ITO acetone methyl alcohol

같은 유기 용매를 사용한 초음파 세정이 필요하지만 이러한 극성 유기용

매들은 패턴된 절연층과 음극분리 격벽을 부분적으로나마 용해시킬 가능성

때문에 적용하기 곤란하다

이렇게 초음파 세정을 한 기판을 에서 하여 잘 건조시킨 다음oven baking

에 에 투입하여 과정을 거치게 되는데vacuum chamber UV ozone cleaning

이 과정에서는 내에 산소 를 공급하고 내 진공도를chamber gas chamber 2～

3times10-1 정도로 유지하면서 를 작동시켜torr UV lamp O2 가 광과 반응하gas UV

여 발생하는 에 의해 기판을 세정하게 된다 세정 공정이 끝난 후 마지ozone

막으로 양극전극의 표면특성을 향상시키기 위해 플라즈마 처리를 하게ITO

되는데 이 과정은 과 마찬가지로 또는 산소 를 공UV ozone cleaning Ar gas

급하면서 내 진공을 에 의해 플라즈마를 발생시키고chamber RF generator

이때 발생한 플라즈마는 표면을 식각하여 표면특성을 개선한다 이 경ITO

우 역시 이미 형성되어 있는 절연층과 음극분리격벽에 영향을 주지 않기 위

해 의적절한 조절이 필요하다RF generator power

그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조그림 유기박막 증착을 위한 진공 의 구조lt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamberlt 18gt Chamber

- 36 -

유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

- 37 -

은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

- 38 -

등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

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과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

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공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

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그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

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그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

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이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

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Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

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주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

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유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

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전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

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결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

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(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

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점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

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이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

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결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

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참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

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유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정유기박막 증착공정

유기재료는 무기재료와는 달리 높은 증기압을 가진 물질이 많고 증발이

가능한 온도도 부근에서 까지 광범위하게 분포한다 소자100 500 OLED

에 사용할 재료물질은 높은 증기압을 가지며 고온에서 분해 변성이 용이하

지 않고 분말 상태에서 열 전이도가 낮은 특성을 갖추어야 한다

소자를 위해서는 재료 대비 재료는 정full color host dopant 05-2 mol

도의 비율로 제어가 가능해야 하는데 이 때 의 박막 내 균일한 분포 dopant

가 이루어지도록 조절하는 기술이 중요하다 종래에는 텅스텐 재질의 가 boat

장착된 저 저항 가열방식의 증발원을 이용하여 유기재료를 증착시켜 왔으나

이러한 방식은 가열 시 일어나는 열분포의 불균형으로 인해 유기재료와 금

속 증발원의 접촉부분에 변성이 야기될 가능성이 큰 문제가 있다 그러므로

열전도가 양호하고 증발속도에 대한 제어가 용이한 구조를 가진 증발원의

개발이 매우 중요하다

소자는 종류의 재료가 다른 박막으로 구성되어 있어 동일한OLED 3 6sim

에서 증착을 시도할 경우 유기 증발원 상호간의 영향이 불가피하며chamber

더욱이 를 사용할 경우는 상호 오염의 정도가 한층 심각하게 소자에dopant

영향을 미칠 것으로 보인다 따라서 본격적인 제품의 생산을 위해서는 정공

층 발광층 전자수송층간의 영향을 방지하고 공정시간을 단축하여 생산성을

향상시킬 수 있는 방안이 모색되어야 할 것이다 또한 풀칼라 소자의 제작을

위해서는 기판 상에 고정세 증착 패턴을 형성할 수 있는 metal shadow

에 관련된 기술도 확립되어야 한다mask

는 일반적으로 투명양극전극과 음극전극사이에 여러층의 유OLED device

기층을 포함하여 구성하는데 가 패턴된ITO insulator cathode separator

위에 를 순차적으로 성막glass HIL HTL EML ETL HBL Metal cathode

한 구조를 가진다 첫째 정공주입층 은 소자 내에 (HIL Hole Injection Layer)

정공의 주입이 원활하도록 하기 위해 조성되는데 대개 또는CuPc m-T

같은 물질을 사용하고DATA 10times10-6 이상의 진공에서 의 증torr 1 2 sec～ Å

착율로 성막한다 둘째 정공수송층 은 양극으로부 (HTLHoleTransportLayer)

터 주입된 정공을 발광층으로 수송하는 것을 목적으로 하는데 일반적으로 α

또는 등의 물질을 사용 한다 셋째 발광층-NPD TPD (EMLEmittingLayer)

- 37 -

은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

- 38 -

등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

- 39 -

과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

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- 54 -

- 37 -

은 음극과 양극으로부터 공급된 전자와 정공의 재결합이 이루어지면서 발광

이 일어나는 영역이다 이때 발광층에 적용되는 유기물질의 고유 파장에 따

라 여러 가지 발광색을 구현할 수 있는데 와 의 구성비를 원하는host dopant

소자의 발광 특성에 따라 조정하게 된다

보통 발광효율을 최대한 향상시키고 색도를 조절하기 위해 다양한 종류의

와 를 선택하여 동시증착 함으로써 발광층을 형성한다 넷째 전자host dopant

수송층 은 음극으로부터 공급되는 전자의(ETL Electron Transport Layer)

원활한 수송을 목적으로 적용한다 전자 수송층의 재료로는 Alq3 또는 TAZ

이 사용되고 있으나 보통 발광층에 를 적용하는 경우 발광층의dopant host

물질로 이용되는 Alq3가 전자수송체로서의 특성도 가지고 있어 보다 널리 사

용되고 있다 발광 효율을 향상시키고 금속전극과 유기층간의 계면특성을 개

선하기 위해 추가로 완충층 을 성막하기도 하는데 주로(Buffer Layer) LiF

와 같은 무기 절연물질을 사용하여 정도의 두께로 증착한다5 10 ～ Å

로 구성된 풀칼라 소자의 제작을 위해서는 안정된RGB sub-pixel metal

기술이 필수적인데 여기에는 의 정확한 위치제어 방법shadow mask mask

열팽창을 방지할 수 있는 방법 와 기판의 정밀도 등이 충족되어야 한 mask

다 예를 들면 짧은 시간 내에 정도의 오차 내에서 전형적인 축 10 micron 4

방향의 가 가능해야 한다alignment

금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정금속전극 증착공정

전극막의 형성은 유기박막의 형성 후 진행이 되는데 저온에서 플라즈마

그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정그림 유기박막 증착공정lt 19gtlt 19gtlt 19gtlt 19gt

- 38 -

등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

- 39 -

과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

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10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 38 -

등에 따른 막의 손상을 가급적 피해야 하고 낮은 일함수를 가진 활성금속재

료를 사용하는 관계로 성막시 잔류 불순물에 의한 오염을 최대한 배제해야

하므로 고 진공의 배기 시스템이 반드시 필요하다 가능한 한 전극증착 cha

의 대기중 개폐를 최소화하고 증착재료의 교환 빈도를 최대한 억제하는mber

것이 중요하다 금속재료는 일반적으로 Mg Ag MgAg-Li LiAl

등이 주로 사용되고 있으며 단일막의 동시 증착이나 다른 종류의 재LiF-Al

료를 복층으로 증착하는 방식을 이용한다 특히 이나 와 같은 물질을 Li LiF

증착할 경우 대면적 기판의 경우 증발량을 제어하여 막의 균일도를 유지하

는 것이 필요하다 또한 금속재료는 의 고온에서 증발되므로 450 1200～

증발원의 복사열에 이미 형성된 유기박막이 손상을 입을 가능성이 존재하기

때문에 기판의 온도 상승을 이하로 억제해 주어야 한다 전극증80 100 ～

착 는 금속증발원과 기판 및chamber thickness monitor metal shadow

로 구성되어 있다 을 증착재료로 적용할 경우 의 일함수가 상대mask Al Al

적으로 다른 금속에 비해 높아서 막의 전기저항을 낮추는 것이 증착속도를

고려한 성막조건의 선정에 주의해야 한다

봉지공정봉지공정봉지공정봉지공정234234234234

일반적으로 상업용 디스플레이 제품과 마찬가지로 소자에서도 수분과OLED

산소로부터의 차단은 봉지공정의 핵심이라고 할 수 있다 현재는 유기물 막

그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정그림 금속전극 증착공정lt 20gtlt 20gtlt 20gtlt 20gt

- 39 -

과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

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월호9

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RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

Optical Engineering) Vol 3148314831483148

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9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 39 -

과 금속 에 의한 봉지가 가장 많이 적용되고 있으나 이는 디스플레이capsule

기판의 재질이 인 경우에만 실질적인 적용이 가능하고 고분자 필름과glass

같은 유연성이 있는 기판에 적용하기에는 문제가 있다 최근에는 기판의 표

면에 직접 여러 층의 고분자막과 무기물막을 적층하여 앞서 언급한 금속

봉지를 효과적으로 대체하기 위한 새로운 시도가 이루어지고 있다capsule

수분과 산소에 의한 열화를 방지하기 위해 질소 의 분위기에서 경화dry UV

제를 사용하여 소자를 봉지하는 것이 일반적인데 아직까지는 소자의 박막

형성 후 봉지공정을 거쳐 일관적으로 시스템의 제작까지 이르게 하는 체계

는 아직은 완전한 수준에 도달하지는 못했다 증발원으로는 텅스텐 를 boat

이용한 저 저항 가열방식 증발원 증발 원 등이 주로 electron beam sputter

사용되고 있다

봉지 공정은 세정 건조제 부착공정sealing cover amp film UV sealant

성막공정이 끝난 판넬과의 합착 의 순서로 진행dispensing UV light curing

하게 된다 은 패턴된 세정과 동일한 조건에서 Sealing cover cleaning glass

이루어지는데 초음파 세정 세정 플라즈마 의 순서로 진 UV ozone treatment

행된다 먼저 과 같은 유기용매에 담근 후 초음파 세정을 실시하고 acetone

세정과 플라즈마 를 실시한다 세정을UV ozone treatment Sealing cover 3

가지 과정으로 진행하는 이유는 후 에서의 발생을 방지하sealing cover gas

고 패턴된 와의 접착력을 개선하기 위해서이다 대개의 경우glass UV

는 와 간의 접착강도는 우수하지만 와 와sealant glass glass sealing cover glass

의 접착력은 미흡하기 때문에 플라즈마 를 통해 표treatment sealing cover

면특성을 개선을 통해 이러한 문제의 일정수준 해결이 가능하다 소자의 봉

지를 위해 경화제가 가져야할 특성으로는 도포시 적정한 형상유지 및UV

탈포성 저온에서의 빠른 경화성 낮은 수축성 및 투습성 등이 있다

는 점도 및 형상유지 능력이 있어야 하는데 점도가 너무 높을UV sealant

경우 하기가 어렵고 점도가 너무 낮으면 후dispensing dispensing dispenser

를 통해 역 방향으로 유출되는 현상이 발생하게 된다 또 한 후 Dispensing

일정수준 형상유지가 되지 않으면 봉지를 위한 가압시 판넬의 에active area

손상을 줄 수 있기 때문에 의 점도 선정이 매우 중요하다sealant UV

는 를 혼합하여 탈포 작업을 해서 의 용기에 담아sealant spacer syringe type

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

4 F Furakawa Y Terasaka H Ueda and M Matuura 29-a-NK-3

5 A Berntsen Y Croonen R Cuijpers B Habets C Liedenbaum H Schoo

RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

Optical Engineering) Vol 3148314831483148

6 C W Tang S A Vanslyke and C H Chen J Appl Phys 1989198919891989 65 3610

7 K Yamashita T Mori and T Mizutani 3-a-2Q-12 58th Academic Lecture

of Applied Physics

8 OPTICS LETTERS Vol 22 No 6 March 15 1997

9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 40 -

공급할 수 있어야 한다 탈포 작업이 이루어지지 않으면 공정 중 dispensing

발생한 기포에 의해서 이 끊어질 수 있다dispensing line UV sealant

공정이 끝난 다음 를 위에 위치하게 하고 광을dispensi ng glass cover UV

를 통해 조사한다 이 때 에 사용하는 광원은 의 경mask UV curing sealant

화조건을 고려하여 선정해야 한다[7]

의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안의 효율성을 높이기 위한 방안24 OLED24 OLED24 OLED24 OLED

의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나의 효율성을 높이기 위한 방안 하나241 OLED241 OLED241 OLED241 OLED

모든 소자에서 항상 중요한 것은 효율성을 높이는 것이다 효율성이

높으면 발열량도 줄어들기 때문에 소자의 수명 또한 길어질 가능성을

가지고 있기 때문이다

Quantum efficiency

그림 과 같이 는 다음과 같이 결합에서부터 빛이lt 21gt quantum efficiency e-h

방출할 때까지의 효율을 나타내는 것이다 는 크게 Quantum efficiency

와 로 나눌 수 있다Internal quantum efficiency External quantum efficiency

는 과 이 주입되면서부터 이Internal quantum efficiency electron hole emission

나올 때까지의 효율을 나타내는 것이고 는External quantum efficiency

를 외부로 빼낼 때 나오는 효율을 말하는 것이다emission light

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

4 F Furakawa Y Terasaka H Ueda and M Matuura 29-a-NK-3

5 A Berntsen Y Croonen R Cuijpers B Habets C Liedenbaum H Schoo

RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

Optical Engineering) Vol 3148314831483148

6 C W Tang S A Vanslyke and C H Chen J Appl Phys 1989198919891989 65 3610

7 K Yamashita T Mori and T Mizutani 3-a-2Q-12 58th Academic Lecture

of Applied Physics

8 OPTICS LETTERS Vol 22 No 6 March 15 1997

9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 41 -

그림그림그림그림lt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiencylt 21gt quantum efficiency

internal quantum efficiency

과 이 주입되면 이 형성이 될 때 과 이electron hole exciton singlet triplet

형성이 된다 이 때 과 은 에 의해서 의 비율로 형성이 singlet triplet spin 13

된다 의 경우 총 스핀 양이 인 분장 상태를 말하는데 이때는 singlet 0 spin

상태가 되어서 이 허용이 된다 그래서non-degenerate transition

할 때 한 빛이 형성이 된다 이 형성이 될recombination florescence Exciton

때 과 이 다음과 같은 식에 의해서 상태가 더 형성이singlet triplet singlet

된다

4(e+h) S1 + 3T1

4(T1 + T1) S1 + 3T1 (T-T annihilation)

20(e+h) 5Sdir + 3Sind

(Total ratio 40)

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

4 F Furakawa Y Terasaka H Ueda and M Matuura 29-a-NK-3

5 A Berntsen Y Croonen R Cuijpers B Habets C Liedenbaum H Schoo

RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

Optical Engineering) Vol 3148314831483148

6 C W Tang S A Vanslyke and C H Chen J Appl Phys 1989198919891989 65 3610

7 K Yamashita T Mori and T Mizutani 3-a-2Q-12 58th Academic Lecture

of Applied Physics

8 OPTICS LETTERS Vol 22 No 6 March 15 1997

9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 42 -

그래서 총 의 을 사용할 수 있다 총량이 이내에서 효율이 결40 exciton 40

정이 되기 때문에 우리는 도 사용해서 효율을 증가 시켜야 한다 이에triplet

대한 해결책으로 를 사용하는 것이다phosphorescence OLED

경우 을 사용한다 의 경우phosphorescence OLED triplet exciton Triplet

허용이 되지 않기 때문에 이 천천히 일어나게 된다 즉transition transition

에너지가 지속적으로 줄어드는 현상을 이용해서 빛을 방출하는 것이다

의 경우 에너지 변환을 통해서 모든 을phosphorescence LED exciton triplet

상태로 변화를 시킨 다 에너지 변환 방법은 와 에너지 변환이 foster dexter

있다 에너지 변환의 경우 에너지 을 이용한 에너지 변환 Foster diffusion

방법이다 즉 에서 에너지가 하면 서 에 흡수가 된 donor transition acceptor

다 의 경우 에너지가 먼저 을 해야 하기 때문에 오직 Foster transition

에너지만 변환이 가능하다 또한 에너지의 을 이용하singlet-singlet diffusion

기 때문에 에너지 변환 방법이다 에너지 변환의 경우long range Poster

을 이 용한다 이 경우 의 의 전자 하나가exchange mechanism donor electron

의 과 서로 교환하는 에너지 변환 방법이다 이 경우 총accepter electron

의 양만 같으면 되므로 변환 과정spin singlet-singlet triplet -triplet-triplet

에 사용된다 또한 분자가 직접적으로 을 교환해야 하기 때문 에 electron

에너지 변환 방법이다short range

그림그림그림그림lt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanismlt 22gt phosphorescence mechanism

- 43 -

이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

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참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

4 F Furakawa Y Terasaka H Ueda and M Matuura 29-a-NK-3

5 A Berntsen Y Croonen R Cuijpers B Habets C Liedenbaum H Schoo

RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

Optical Engineering) Vol 3148314831483148

6 C W Tang S A Vanslyke and C H Chen J Appl Phys 1989198919891989 65 3610

7 K Yamashita T Mori and T Mizutani 3-a-2Q-12 58th Academic Lecture

of Applied Physics

8 OPTICS LETTERS Vol 22 No 6 March 15 1997

9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

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이 두 가지 에너지 변환 방법을 사용해서 의 효율성phosphorescence OLED

을 높일 수 있다 물질로 등 무거운 금속을 사용할 경우 Accepter Ir Pt

를 만들 수 있다 에 보는 바와 같 물질phosphorescence OLED Fig 17 guest

로 등 무거운 금속을 사용할 경우 를 사용 할 수 있Ir Pt phosphorescence

다 즉 의 을 에너지 변환 방법을 사용하여 hosing single exciton foster guest

의 으로 변환 시킨다 그리고 에너지 변환 방법을 사용하여singlet dexter

의 을 의 으로 변환을 시킨다 그 후 의 를 통host triplet guest triplet guest ISC

해서 을 으로 변환을 시켜서 모든 을 으로 변환해singlet triplet exciton triplet

서 를 이룰 수 있다100 internal quantum efficiency

External quantum efficiency

빛이 방출 될 경우 굴절률의 차이에서 자연적으로 가 형성이wave guide된다 이 때 임계각 이상이 되는 빛은 되어서 빛이 방출 되지 못한다 guiding

차이에 의해서 약Internal reflectance index 12 의 비율로 방출이 된

다

의 경우 약 정도 된다 이를 해결하기 위해서는 과 같이OLED 20 Fig 17만들면 임계각 이상이 되는 빛도 금속에 의해 반사가 되어서 임계각 이하가되게 해서 더 많은 빛을 방출 할 수 있다

그림그림그림그림lt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency desiglt 23gt External quantum efficiency designnnn

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Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

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주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

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유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

4 F Furakawa Y Terasaka H Ueda and M Matuura 29-a-NK-3

5 A Berntsen Y Croonen R Cuijpers B Habets C Liedenbaum H Schoo

RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

Optical Engineering) Vol 3148314831483148

6 C W Tang S A Vanslyke and C H Chen J Appl Phys 1989198919891989 65 3610

7 K Yamashita T Mori and T Mizutani 3-a-2Q-12 58th Academic Lecture

of Applied Physics

8 OPTICS LETTERS Vol 22 No 6 March 15 1997

9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 44 -

Structure

효율을 높이기 위해서는 과 이 주입이 원활하게 되어야만 한다electron hole

또한 과 의 주입이 되어야 한다 단순한 구조의electron hole balancing

의 경우 만들기 쉬운 장점이 있지만 의 공급이 원활하지 않고OLED hole

장벽이 높기 때문에 공급이 원활하지 않아서 효율이 적었다 그래서 공급을

원활하게 하기 위해서 구조를 만들게 되었다 의 경우heterostructure hole

보다 가 작기 때문에 빠른 공급과 빠른 수송층을 만들게electron mobility

되었고 또한 장벽의 차이에 의해서 의 공급이 원활하지 않아서hole hole

주입층을 만들었다 또한 의 공급을 원활하게 하기 위해서 electron electron

주입층과 수송층을 만들었다 현재는 를 제작하여서 hole blocking layer

효율성을 더욱 높였다

즉 의 경우 효율성을 높이기 위해서 어떤 방식을 이용해야 되는지에 OLED

대해서 알아보았다 크게 과 이 결합을 할 때부터 빛을 방출 할 electron hole

때까지 효율을 높이기 위해서 과 의 공급이 원활하도록hole electron

구조를 만드는 것이 효율성을 높일 수 있다 또한 원활하게heterostructure

그림그림그림그림lt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiencylt 24gt Structure of high efficiency

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

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유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

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전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

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결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

4 F Furakawa Y Terasaka H Ueda and M Matuura 29-a-NK-3

5 A Berntsen Y Croonen R Cuijpers B Habets C Liedenbaum H Schoo

RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

Optical Engineering) Vol 3148314831483148

6 C W Tang S A Vanslyke and C H Chen J Appl Phys 1989198919891989 65 3610

7 K Yamashita T Mori and T Mizutani 3-a-2Q-12 58th Academic Lecture

of Applied Physics

8 OPTICS LETTERS Vol 22 No 6 March 15 1997

9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 45 -

주입된 과 이 결합을 하여 을 형성을 할 때 에너지 변환electron hole exciton

과정을 통해서 이론적으로 의 효율을 달성 할 수100 phosphorescence

있다 또한 빛이 방출을 잘되게 하기 위해서 층의 구조를 설계를 emission

잘하게 되면 더 많은 빛을 방출할 수 있게 된다 이렇게 하면 총 효율은

상당히 많이 증가할 수 있을 것이다[8~10]

효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘효율성을 높이기 위한 방안 둘242 242 242 242

그림 는 기본적인 유기 소자를 나타낸 것으로 양극 과 음lt 25gt EL (anode)

극 사이 에 유기물 층이 놓여있다 유기물 층의 두께는 일반적으(cathode)

로 정도이다 양극에서는 정공이 주입되며 음극에서는 전자가 주입100 nm

된다 주입된 전자와 정공은 발광층인 유기물층에서 재결합되어 여기자

가 생성되고 여기자는 확산하며 빛이 생성되며 에(excited state exciton )

너지 준위가 낮은 상태 가 된다 생성된 빛은 투명한 전극 및(ground state)

기판 쪽으로 방출된다 은 소자의 에너지 준위를 나타낸 것이다 Figure 16

그림에서 보는 것처럼 양극에 서는 정공이 주입되기 쉽고 음극에서는 전자

가 주입되기 쉽다 또한 일반적으로 양극의 일함수보다 HOMO (Highest

준위가 크기 때문에 정공의 주입에 대한 장벽Occupied Molecular Orbital )

이 존재하며 음극의 일함수보다 LUMO (Lowest Occupied Molecular Orbit

준위가 작기 때문에 전자의 주입에 대한 장벽이 존재한다 따라서 유기al)

소자를 효율적으로 동작시키기 위해선 정공 및 전자의 주입 장벽이 작아EL

야 함을 쉽게 추론할 수 있다

(a) (b)(a) (b)(a) (b)(a) (b)

그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위그림 기본적인 유기 소자 소자의 에너지 준위lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)lt 25gt (a) EL (b)

- 46 -

유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

4 F Furakawa Y Terasaka H Ueda and M Matuura 29-a-NK-3

5 A Berntsen Y Croonen R Cuijpers B Habets C Liedenbaum H Schoo

RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

Optical Engineering) Vol 3148314831483148

6 C W Tang S A Vanslyke and C H Chen J Appl Phys 1989198919891989 65 3610

7 K Yamashita T Mori and T Mizutani 3-a-2Q-12 58th Academic Lecture

of Applied Physics

8 OPTICS LETTERS Vol 22 No 6 March 15 1997

9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

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유기 소자의 외부 양자 효율은 주입된 전하의 수에 대한 밖으로EL

방출되는 광자의 수를 의미하며 다음과 같이 정의된다

Next =Nint x Nout = Nr x Np x Nout

여기서 Next는 외부 양자 효율이며 Nint 는 내부 양자 효율 주입된 전하의(

수에 대한 생성된 광자의 수의 비) Nout는 내부에서 생성된 빛이 소자 밖으

로 나오는 비율이다 내부 양자효율 (Nint 은 재결합효율) (Nr 은 주입된 전하

의 수에 대한 생성된 여기자의 수의 비 과 광자 효율) (Np 로 표시된다 광)

자효율은 뒤에서 논의하겠지만 일중항 및 삼중항 여기자 생성비물질의 PL

양자 효율 여기자의 광자 생성 효율 등에 의해 (radiative decay efficiency )

결정된다 따라서 고효율 유기 소자의 제작을 위해선 주입된 전자와 정 EL

공이 재결합될 확률을 증가시키기며 광자효율이 높은 물질을 발광층으로 사

용하고 소자 내부에서 생성된 빛을 소자 바깥으로 효율적으로 빠져 나올 수

있도록 소자를 디자인하는 것이 중요하다 주입된 전자와 정공이 재결합될

확률을 증가시키기 위해선 주입되는 전자와 정공의 수가 균형을 이루어야

한다 또한 이와 동시에 소자의 구동 전압을 낮추기 위해선 저전압에서 충분

한 수의 전하가 주입되어야한다 따라서 전극과 유기물 층의 계면에 존재하

는 전하 주입에 대한 장벽 을 조절하는 것이 중요하다정공의 주[Figure 19]

입의 위해서는 약 두께의 박막이 가장 일반적으로 사용100 - 200 nm ITO

된다 박막은 일함수가 약 정도인 반면 유기물 층의ITO 44 - 45 eV

준위는 물질에 따라 다르지만 일반적으로 보다 크기 때문에LUMO 45 eV

와 유기물 층 사이에 정공 주입에 대한 장벽이 존재하며 이 장벽을 낮IT O

추기 위하여 크게 두 가지 방법이 시도되고 있다 첫째는 의 일함수를 IT O

증가시키는 방법이며 나머지는 와 유기물 층 사이에 의 일함수 보 ITO ITO

다 크고 유기물 층의 준위보다는 작거나 같은 유기 혹은 무기 전하LUMO

주입층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법이다 전극의 일함수를 증가시키기( ) ITO

위해서 여러 가지 방법이 시도되고 있으며 그 중 가장 일반적인 방법은 ITO

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

- 48 -

결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

4 F Furakawa Y Terasaka H Ueda and M Matuura 29-a-NK-3

5 A Berntsen Y Croonen R Cuijpers B Habets C Liedenbaum H Schoo

RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

Optical Engineering) Vol 3148314831483148

6 C W Tang S A Vanslyke and C H Chen J Appl Phys 1989198919891989 65 3610

7 K Yamashita T Mori and T Mizutani 3-a-2Q-12 58th Academic Lecture

of Applied Physics

8 OPTICS LETTERS Vol 22 No 6 March 15 1997

9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 47 -

전극의 표면처리를 통해 전극 표면의 일함수를 변화시키는 방법이다ITO

표면처리는 기계적인 방법 화학적인 방법 및 플라즈마를 이용하는 방법 등

이 시도 되고 있으며 기계적인 방법은 일반적으로 전극의 일함수가 감 ITO

소되며 수소 플라즈마 처리 방법 역시 일함수가 감소된다 지금까지 가장

효율적인 일함수 증가 방법은 에 의한 표면 식각 및 산소 플라aquaregia ITO

즈마 처리 방법 등이 있다 이러한 표면 처리에 의한 일함수 변화는 표 ITO

면의 산화 및 환원과 관계가 있는 듯 하며 아직까지는 그 원인이 명확히 규

명되지 않았다 전극과 유기 발광층 사이에 유기 혹은 무기 전하 주입 ITO

층 혹은 수송층 을 삽입하는 방법 또한 정공 주입 효율을 증가시키기 위해( )

많은 연구가 진행되고 있다 무기물 전하 주입층으로는 두께가 약 1 - 5 nm

정도의 산화막이 주로 연구되고 있으며 유기물 전하 주입층으로는 고분자의

경우 혹은 등의 전도성 고분자가 저분자의 경우PANI PEDOT MTDATA

혹은 등 약 부근의 준위를 가진 물질이 주로 연구되고CuPc 50 eV LUMO

있다 또한 일반적으로 저분자 정공 주입층은 전하의 이동도가 작기 때문에

이를 보완하기 위하여 전하이동도가 큰 등의 정공 수송층이 유TPD NPD

기 발광층과 전하 주입층 사이에 삽입된다 은 고분자 유기 Fig 20 PPV EL

소자에서 산소 표면처리 및 정공 주입층의 효과를 나타낸 것이다 그림ITO

에서 는 표면처리와 정공 주입층의 효과를 결합한 것으로 그렇지 않은 경B

우 보다 효율 및 최대 휘도가 약 배 이상 증가한다 전자의 효율적인 주A 5

입을 위해서 일함수가 작은 등의 금속 박막이주Ca Mg Mg Li Mg Ag

로 음극으로 사용된다 이러한 금속 박막과 유기 발광층의 계면에도 전자의

주입 장벽이 존재하기 때문에 전자 주입을 증진시키기 위해서 등의 무LiF

기 산화막을 금속과 유기물 층 사이에 삽입하는 방법 혹은 유기 전자 주입

층을 삽입하는 방법 등이 연구되고 있다 특히 박막의 삽입에 관한 연구 LiF

가 가장 활발히 진행되고 있으며 그 원인 역시 어느 정도 규명되고 있다

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결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

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않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

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결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

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참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

4 F Furakawa Y Terasaka H Ueda and M Matuura 29-a-NK-3

5 A Berntsen Y Croonen R Cuijpers B Habets C Liedenbaum H Schoo

RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

Optical Engineering) Vol 3148314831483148

6 C W Tang S A Vanslyke and C H Chen J Appl Phys 1989198919891989 65 3610

7 K Yamashita T Mori and T Mizutani 3-a-2Q-12 58th Academic Lecture

of Applied Physics

8 OPTICS LETTERS Vol 22 No 6 March 15 1997

9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

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결론결론결론결론3333

의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제의 미래와 과제31 OLED31 OLED31 OLED31 OLED

세계 시장세계 시장세계 시장세계 시장1)1)1)1)

년 억 불의 세계 디스플레이 시장규모 는 년도2010 1000 (CRT + FPD) 2004

억 불에서 년도에는 억 불로 예상된다 에서 기술별 시장동776 2005 901 FPD

향은 가 에서 로 증가하였으며 의 경우PDP 64 67 a-sI TFT LCD

에서 년 로 증가하였고 는 에서 로 증가695 2004 699 lLTPS 66 72

함에 대하여 는 에서 로 감소하였다 이 가운데 의PMLCD 119 99 OLED

시장은 년도 억 불의 매출을 야기 시켰고 년도에는 억 불2004 316 2005 734

의 매출을 예상하고 있다 년도를 기준으로 하여 년 동안 2003 5

연 평균 성장율 의 경우CAGR(compund annual growth rate ) OLEDs

의 경우 각각LCOS DLP PDP a-Si 859 461 304 246 166

를 나타내었으며 이와는 대조적으로 그리고 기술은PMLCD EL VFD

이 감소하였다CAGR

또한 의 구동방식에 따른 와 의 용도별 매출예상 OLED PMOLED AMOLED

액에 관한 보고 자료를 살펴보면 그림 에서 보는 바와 같이 lt 26gt

의 경우 그 매출액이 년 분기에 천만 달러 년 분기PMOLED 2004 3 5 2004 4

에는 천만 달러를 넘어섰으며 년 분기에는 자동차 오디오 분야와8 2005 4

휴대폰 및 를 중심으로 하여 년 분기에 억Sub display MP3 player 2005 4 15

달러 이를 것으로 전망된다

의 경우 그 매출액이 의 디지털 카메라에 의AMOLED SK Display DS633

존하였으나 계속적인 공급을 하지 않고 있으며 향후 일정에는 발표하지

않은 상태이다 향후 급 소자로 이상의 가격으로 22ldquo Digital Media 60$

개의 생산능력을 가지고 있으며 년부터는 의5000 2005 Mobile Telephone

에도 적용될 예정이므로 억 불의 매출이 예상된다Maindisplay 17

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(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

오리온전기 의 순이다 주된 생산품은 소형(3) (1) Neoview (05) OLED

및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

4 F Furakawa Y Terasaka H Ueda and M Matuura 29-a-NK-3

5 A Berntsen Y Croonen R Cuijpers B Habets C Liedenbaum H Schoo

RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

Optical Engineering) Vol 3148314831483148

6 C W Tang S A Vanslyke and C H Chen J Appl Phys 1989198919891989 65 3610

7 K Yamashita T Mori and T Mizutani 3-a-2Q-12 58th Academic Lecture

of Applied Physics

8 OPTICS LETTERS Vol 22 No 6 March 15 1997

9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 49 -

(a)

및 를 포함한 전체 분야의 시장은 년 세계 시장AM PMOLED OLED 2011

규모는 억 달러 수준으로 휴대폰이 년을 기점으로29 PMOLED 2007 2008～

(b)

그림 및 의 제품에 따른 매출 예상액lt 26gt (a)PMOLED (b)AMOLED

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

불 매출이 예상된다 따라서 부품 수는 매년 의 신장과 수출증가 34 29

가 예상되고 특히 은 향후 년간 의 응용의 중요위치 Mobile phone 10 OLED

를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

는 년도의 경우 수준의 부품 수와 의 매출이나MP3 player 2004 5 3

년도에는 의 크기로 의 매출이 예상되며 최초의 는2005 23 15 OLED TV

년 시장에 진입할 것으로 예상되며 인치 이하 인치 또는 그 이상2006 (5 ) 9

크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

의 시장점유를 차지하였으며 중국의 가 위4369 RiT display 2 (2462)

가 위의 시장점유율 로 보고되었으며 이 같은 전체흐름은Pioner 3 (2018)

년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

으로 인하여 시장진입이 다소 더디게 진행되나 결국 최종 생산품은 LCD

생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

있다

표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

세계 시장동향에서 나타나 듯이 분야에서 국내 시장동향은 삼성OLED

가 출하량이 가장 많으며 이어서 전자 디스플레이SDI(88) LG (8) Ness

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및 초소형 이하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시(2 4lsquo) (1ldquo ) Multi Color ～

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서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

상 은 년에 시장에 진입하여 년 경에는 전체 시장의) OLED 2005 2009 OLED

약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

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다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

4 F Furakawa Y Terasaka H Ueda and M Matuura 29-a-NK-3

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RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

Optical Engineering) Vol 3148314831483148

6 C W Tang S A Vanslyke and C H Chen J Appl Phys 1989198919891989 65 3610

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8 OPTICS LETTERS Vol 22 No 6 March 15 1997

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10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 50 -

점차적으로 줄어들고 가 증가함을 알 수 있다full color AMOLED

년도에는 만 개의 생산품으로 억 불 수준으로 년도에는2004 3130 408 2005

만 개의 생산품으로 억 불 수입이 예상되며 년도에는 억6000 615 2008 1

개의 생산품으로 억 불 년도에는 억 개의 부품으로 억7300 18 2011 341 29

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를 차지할 것으로 예상된다 년도에서는 패널 시장의 2004 OLED 89

년도에는 그리고 년도에는 수준으로 예상한다2008 80 2011 73

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크기의 년으로 예상된다2008

또한 시장점유율 측면에서 보면 년도 시장 점유율은 삼성 에서2004 SDI

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년도에도 유사할 것으로 예상된다 한편 년도에는 의 기2005 2005 PMOLED

술의 한계성 라인수와 소비전력측면 때문에 기업은 더 이상 투자하지는( )

않을 것이며 다소 기존의 및 와 의 가격 면에서 어려울지라도 LED VFD

기존 보유하고 있는 생산량으로 진행할 것으로 예측한다

와 들의 주된 흐름방향은Mobile-phone sub-display MP3 player panel

외 에서 벗어날 것이며 의 경우 장비 구축monocolor Area color AMOLED

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생산품과 경쟁해야 하므로 상용화에 이르는 시기를 결정해야하는 어려움이

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표 는 향후 년을 기준으로 소형 및 중형 크기의 기능별 제품별lt 4gt 2007

시장의 예측되는 시장점유율에 대하여 나타내었다 표에서와 같이 최우선

소비형태는 모바일 핸드폰으로 억 개의 수량이 예측되며 디지털 카메라71

의 경우 만 개 디지털비디오카메라의 경우는 만 개 는5750 1970 PDA

만 개의 수준이 될 것으로 예상한다1400

의 순이다 주된 생산품은 소형 및 초소형Neoview (05) OLED (2 4lsquo)～

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

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문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

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약 를 차지하고 이 중 대부분이 용으로 예측된다45 TV

특히 국가차원에서 산업자원부의 신성장 동력산업을 통한 급 개발40ldquo HDTV

과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

것이며 이 같은 정부의 중장기적인 적극적인 지원은 세계 속의 분야에 OLED

한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

4 F Furakawa Y Terasaka H Ueda and M Matuura 29-a-NK-3

5 A Berntsen Y Croonen R Cuijpers B Habets C Liedenbaum H Schoo

RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

Optical Engineering) Vol 3148314831483148

6 C W Tang S A Vanslyke and C H Chen J Appl Phys 1989198919891989 65 3610

7 K Yamashita T Mori and T Mizutani 3-a-2Q-12 58th Academic Lecture

of Applied Physics

8 OPTICS LETTERS Vol 22 No 6 March 15 1997

9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

- 54 -

- 51 -

이 하 소자에 집중되었으나 응용분야 및 시장이 확장(1ldquo ) Multi Color

됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어서 분포

표 년에 소형 중형까지 예상되는 제품별 시장점유 비율lt 4gt 2007

국내 시장국내 시장국내 시장국내 시장2)2)2)2)

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장이 확장됨에 따라 소형 문자 표시기와 대형 그래픽 패널 부품 모두에 있어

서 분포가 매우 다양화 될 것으로 예상된다 또한 년을 기준으로 볼 때 2008

문자 표시기가 정도이고 나머지 정도가 그래픽 표시기이며 초소형13 87

소형 중형 대형 순으로 소비 특히 중형 는 년 대형 이- - - (5 8rdquo) OLED 2004 (9ldquo～

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과제는 기존의 소형크기에서 중형크기의 로 진입하는 새로운 계기가 될TV

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한국이 선도의 자리를 유지하는데 큰 기여가 될 것으로 예상된다

- 52 -

결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

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아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

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라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

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제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

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디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

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- 53 -

참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

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Optical Engineering) Vol 3148314831483148

6 C W Tang S A Vanslyke and C H Chen J Appl Phys 1989198919891989 65 3610

7 K Yamashita T Mori and T Mizutani 3-a-2Q-12 58th Academic Lecture

of Applied Physics

8 OPTICS LETTERS Vol 22 No 6 March 15 1997

9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

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결론결론결론결론32323232

년 로부터 처음 수동형 제품이 나온 이래 전 세계적으1999 Pioneer OLED

로 끊임없는 연구와 기술의 발전을 통하여 현재 급 의 디지털2 AMOLED

카메라 수준에 이르렀다 기존의 및 기술발전 추이와 비교하면 CRT LCD

아직은 걸음마 단계이나 저가격 고성능화를 동시에 요구하는 시장 경쟁력

측면에서 보면 기술의 정상을 향한 시장진입은 그리 쉬운 일은 아니다 따

라서 아직은 소형으로 초기시장에 진입하고 있는 수준의 제품이 경OLED

쟁력을 갖기 위해서는 무엇보다도 먼저 수명이 향상된 고해상도의 Full

제품의 개발이 필수적이라 하겠다 이를 실현하기 위해서는Color OLED

소재 및 소자의 전반적인 공정에서 독창적인 새로운 개념의 접근방법이 요

구되며 패널의 신뢰성 확보 수명증가 저소비 전력화 등의 돌파해야 할

기술적 과제들이 상당히 많이 존재한다 따라서 기존의 와 같은 LCD PDP

다른 종류의 디스플레이와 차별화 될 수 있는 초절전형 벽걸이형 나 TV

디스플레이와 같은 차별화된 미래형 디스플레이를 향한 연구개발Flexible

과 함께 끊 임없는 초저가 저전력의 기술을 선점할 수 있는 핵심기술의

개발이 이루어 진다면 향후 디스플레이는 또 와 함께 또OLED LCD PDP

다른 정상의 디스플레이로 자리매김을 할 것으로 기대한다

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참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

4 F Furakawa Y Terasaka H Ueda and M Matuura 29-a-NK-3

5 A Berntsen Y Croonen R Cuijpers B Habets C Liedenbaum H Schoo

RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

Optical Engineering) Vol 3148314831483148

6 C W Tang S A Vanslyke and C H Chen J Appl Phys 1989198919891989 65 3610

7 K Yamashita T Mori and T Mizutani 3-a-2Q-12 58th Academic Lecture

of Applied Physics

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9 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 80 NUMBER 11 2002

10 APPLIED PHYSICS LETTERS VOLUME 74 NUMBER 16 1999

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참고 자료참고 자료참고 자료참고 자료- -- -- -- -

1 T Nagasawa Monthly Display 2000200020002000 6 42

2 EL 淺田幹夫 有機 製造裝置 Electronics ( )實裝技術技術調査會 2000200020002000 월호 7

3 월간 년 월호 월호 전기전자재료학회지 년Display Asia 2006 1 ~8 2006

월호9

4 F Furakawa Y Terasaka H Ueda and M Matuura 29-a-NK-3

5 A Berntsen Y Croonen R Cuijpers B Habets C Liedenbaum H Schoo

RVisser J Vleggaar and P Vab de Weijer SPIE (International Society of

Optical Engineering) Vol 3148314831483148

6 C W Tang S A Vanslyke and C H Chen J Appl Phys 1989198919891989 65 3610

7 K Yamashita T Mori and T Mizutani 3-a-2Q-12 58th Academic Lecture

of Applied Physics

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