10
기술특집 16 인포메이션 디스플레이 [그림 1] 조명 변천사 . 서 OLED (Organic Light-Emitting Diode) 기술의 응용은 크게 디스플레이와 조명분야로 나누어진다. 조명은 우리 가 사용하는 전체 전기에너지의 약 20%를 차지하며 , 석연료 고갈에 따른 에너지위기의 시대를 맞이하여 조명 고효율화에 대한 관심이 고조되면서 LED함께 OLED 광원을 이용한 조명기술이 많은 주목을 받고 있다 . 먼저 OLED 디스플레이와 조명의 차이점을 살펴보면, OLED 디스플레이는 화소 형성을 위한 미세 패터닝 기술 및 화소 구동을 위한 TFT backplane 기술이 필요하다 . 라서 제조 공정이 복잡하고 비용이 많이 소요된다. 이에 비하여 OLED 조명은 화소 단위의 점발광이 아닌 넓은 면발광으로 미세 패터닝 기술이나 TFT backplane이 필요 치 않아 공정이 간단하며 제조비용이 낮다. 두 기술의 또 다른 큰 차이점은 발광 스펙트럼에 있다 . 디스플레이는 색재현 범위를 넓히기 위해서 고색순도의 narrow spectrum을 요구하는 반면 조명은 연색지수 (CRI, color rendering index)를 높이기 위해 broad spectrum요구한다. 또한 디스플레이는 contrast 및 해상도가 관건 이지만 조명은 태양광에 근접하는 CRI를 중요시한다. 인류가 지금까지 사용해온 조명의 변천사 [그림 1]살펴보면 1세대의 연료 직접연소방식에서 2세대 필라멘 트 직접가열방식의 백열등 (점광원), 3세대 방전가스 방 식의 형광등 (선광원)을 지나, 4세대 반도체 (면광원) 명시대에 진입하고 있다. 최근 정부의 저탄소 녹색성장 (Low Carbon Green Growth) 정책기조에 부응하여 반도 체 광원인 LEDOLED 조명이 주목을 받고 있다 . 반도 체 조명은 친환경 조명으로 수은과 납과 같은 환경유해물 질이 포함되어 있지 않으며 , 저소비전력형 조명으로 기존 전통조명보다 전력효율이 월등히 높다 . 특히 점광원인 LED와 달리 OLED는 얇은 면광원의 형 태를 가지며 기존 광원이 구현하기 힘든 투명하면서 유연 한 조명이 가능하다 [그림 2] [1~7] . 투명 조명은 신개념 smart window에 응용될 수 있으며 유연한 조명은 두루마 리처럼 말아서 휴대할 수 있는 조명이나 커튼조명에 응용 될 수 있어 조명의 전혀 새로운 패러다임을 제시하게 될 것이다. OLED 면조명의 가장 큰 장점은 [그림 3]에서 보듯이 저휘도에서 같은 전광속을 얻을 수 있다는 점이다 . , 광원인 형광등 같은 경우 전광속 3,000 lm을 얻기 위해서 10,000nit의 휘도가 필요하지만, 선광원을 OLED와 같 은 면광원으로 구현하게 되면 전광속 3,000 lm을 얻는데 필요한 휘도는 형광등의 1/101,000nit로 낮아진다 . 저휘 박종운 1 , 이종호 1 , 신동찬 2 ( 1 한국생산기술연구원 나노기술집적센터, 2 조선대학교 신소재공학과) OLED 광원기술

OLED 광원기술 광원기술.pdf · 2012. 6. 14. · OLED 광원기술 2009년 제10권 제6호 17 [그림 2] 투명하면서 유연한 OLED 면조명 prototypes [그림 3] 선광원과

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  • 기술특집

    16❙인포메이션 디스플레이

    [그림 1] 조명 변천사

    Ⅰ. 서 론

    OLED (Organic Light-Emitting Diode) 기술의 응용은

    크게 디스플레이와 조명분야로 나누어진다. 조명은 우리

    가 사용하는 전체 전기에너지의 약 20%를 차지하며, 화

    석연료 고갈에 따른 에너지위기의 시대를 맞이하여 조명

    의 고효율화에 대한 관심이 고조되면서 LED와 함께

    OLED 광원을 이용한 조명기술이 많은 주목을 받고 있다.

    먼저 OLED 디스플레이와 조명의 차이점을 살펴보면,

    OLED 디스플레이는 화소 형성을 위한 미세 패터닝 기술

    및 화소 구동을 위한 TFT backplane 기술이 필요하다. 따

    라서 제조 공정이 복잡하고 비용이 많이 소요된다. 이에

    비하여 OLED 조명은 화소 단위의 점발광이 아닌 넓은

    면발광으로 미세 패터닝 기술이나 TFT backplane이 필요

    치 않아 공정이 간단하며 제조비용이 낮다.

    두 기술의 또 다른 큰 차이점은 발광 스펙트럼에 있다.

    디스플레이는 색재현 범위를 넓히기 위해서 고색순도의

    narrow spectrum을 요구하는 반면 조명은 연색지수 (CRI,

    color rendering index)를 높이기 위해 broad spectrum을

    요구한다. 또한 디스플레이는 contrast 및 해상도가 관건

    이지만 조명은 태양광에 근접하는 CRI를 중요시한다.

    인류가 지금까지 사용해온 조명의 변천사 [그림 1]을

    살펴보면 1세대의 연료 직접연소방식에서 2세대 필라멘

    트 직접가열방식의 백열등 (점광원), 3세대 방전가스 방

    식의 형광등 (선광원)을 지나, 4세대 반도체 (면광원) 조

    명시대에 진입하고 있다. 최근 정부의 저탄소 녹색성장

    (Low Carbon Green Growth) 정책기조에 부응하여 반도

    체 광원인 LED와 OLED 조명이 주목을 받고 있다. 반도

    체 조명은 친환경 조명으로 수은과 납과 같은 환경유해물

    질이 포함되어 있지 않으며, 저소비전력형 조명으로 기존

    전통조명보다 전력효율이 월등히 높다.

    특히 점광원인 LED와 달리 OLED는 얇은 면광원의 형

    태를 가지며 기존 광원이 구현하기 힘든 투명하면서 유연

    한 조명이 가능하다 [그림 2] [1~7]. 투명 조명은 신개념

    smart window에 응용될 수 있으며 유연한 조명은 두루마

    리처럼 말아서 휴대할 수 있는 조명이나 커튼조명에 응용

    될 수 있어 조명의 전혀 새로운 패러다임을 제시하게 될

    것이다.

    OLED 면조명의 가장 큰 장점은 [그림 3]에서 보듯이

    저휘도에서 같은 전광속을 얻을 수 있다는 점이다. 즉, 선

    광원인 형광등 같은 경우 전광속 3,000 lm을 얻기 위해서

    는 10,000nit의 휘도가 필요하지만, 선광원을 OLED와 같

    은 면광원으로 구현하게 되면 전광속 3,000 lm을 얻는데

    필요한 휘도는 형광등의 1/10인1,000nit로 낮아진다. 저휘

    박종운1, 이종호1, 신동찬2 (1한국생산기술연구원 나노기술집적센터, 2조선대학교 신소재공학과)

    OLED 광원기술

  • OLED 광원기술❙

    2009년 제10권 제6호❙ 17

    [그림 2] 투명하면서 유연한 OLED 면조명 prototypes

    [그림 3] 선광원과 면광원의 특성 비교

    [그림 4] Philips에서 전시한 OLED lighting panel

    도로같은 전광속을 얻을 수 있다는 것은 낮은 전류밀도에

    서 OLED 광원이 구동하게 되므로 수명이 증가하고 별도

    의 방열시스템이 필요 없으며 플렉시블 조명구현이 용이

    해 지는 장점이 있다.

    면광원, 투명, 유연하다는 장점 외에 OLED 면광원이

    가지는 또 다른 강점은 높은 디자인 자유도에 있다. [그림

    4]에 보듯이 OLED는 조명에 형상을 줄 수 있다. 즉, 별,

    토끼, 사람, 하트 모양 등 원하는 형상대로 조명패널을 제

    작할 수 있다. 이는 기존 광원이 구현할 수 없는 기술로

    향후 다양한 응용제품 및 고부가가치 조명이 출현할 것으

    로 예상된다.

    Ⅱ. OLED 광원요소기술

    OLED 면광원의 요소기술에는 백색발광 소자기술, 수

    명향상 봉지기술, 광추출 향상기술, 대면적 패널기술, 고

    균일 발광기술, 방열기술 등이 있다. 이 외에도 구동기술,

    재료합성기술 등이 있지만 본 section에서는 패널과 직접

    관련된 위 6개 기술에 대해 상세히 설명하고자 한다.

    1. Hybrid 백색 소자기술

    백색 발광소자 구조에는 단일층 발광구조, 다층 구조

    및 down conversion 구조 등이 있다 [표 1]. 단일층 발광

    구조는 RGB 또는 보색 관계를 이용하여 단일층에서 혼

    합 발광하는 구조로 제조가 용이하지만 수명이 짧은 단점

    이 있다. Down conversion 방식은 red 형광체와 blue 발광

    을 이용하는 구조로 구조가 간단하나 효율이 낮다. 다층

    발광층 구조는 효율이 좋은 반면 수명이 짧고 roll-off 현

    상이 심하다.

    현재 상용화를 목표로 개발 중인 대부분의 OLED 조명

    패널들은 hybrid 백색 소자를 기반으로 하고 있다. 이는

    수명이 좋은 인광 블루재료의 개발이 예상했던 것 보다

    늦어지면서 상용제품에는 인광블루보다 상대적으로 수명

    이 긴 형광블루재료를 사용하기 때문이다. 또한 장수명

    백색소자를 위해서 형광 블루 발광층과 인광 그린/레드

    발광층을 적층 (tandem)하는 다층 구조가 주로 채택되고

    있다 [그림 5]. Tandem 백색 구조는 구동전압 (약 6.2V)

    이 높고 효율이 낮지만 (약 20-30lm/W without out-

    coupling) 낮은 전류밀도에서 동작하게 되므로 non-

    tandem 구조보다 수명이 길다. Tandem 백색 구조에서는

    주로 빛이 소자 밖으로 나오는 기판쪽에 형광 블루 발광

    층을 놓고 intermediate connector 또는 charge generation

  • ❙기술특집❙

    18❙인포메이션 디스플레이

    [표 1] 백색 소자 기술

    [그림 5] 백색 tandem 소자 layer 구조

    layer (CGL)를 통해 인광 그린/레드 발광층을 직렬로 연

    결한다. Tandem 구조에서는 GCL층에서 electron의 높은

    barrier로 인해 전압손실이 발생한다. 이를 줄이기 위해

    ETL층에는 알칼리금속 (Li, Cs), 알칼리토금속 (Ca, Mg),

    금속화합물 (LiF, LiQ, Cs2CO3) 등을 도핑하고 HTL층에

    는 p-type dopants (WO3, MoO3) 등을 도핑한다. 하지만

    electron의 barrier는 여전히 높은 상태로 전자가 원활하게

    전달될 수 있도록 사다리 역할을 하는 유기물질로 구성된

    중간연결층 재료 개발이 시급하다. 이때 중간연결층의

    LUMO energy level은 n-doped ETL층과의 combination

    을 고려하여 설계되어야 한다. 비록 tandem 구조가 수명

    측면에서는 유리하지만 구조가 복잡하여 양산장비 개발

    비용이 증가하고 유기재료 소모가 증대되는 문제를 안고

    있다. 따라서 효율, 수명, 제조비용 등 여러 성능 면에서

    우수한 특성을 보이는 표준 소자 구조 개발이 시급하다.

    2. 봉지기술

    OLED 광원 핵심요소기술 중 하나는 OLED 소자를 외

    부에서 유입되는 산소나 수분으로부터 보호하는 봉지기

    술이다. 현재 유리 봉지 (glass encapsulation) 기술이 frit

    glass재료를 사용함으로써 가장 완벽한 기술로 알려져 있

    으나 내부에 존재하는 비활성기체로 인해향후 방열시스

    템을 구현하는데 어려움이 있고 플렉시블 OLED 광원제

    작이 불가능하다. 따라서 현재 얇은 박막을 사용하는 박

    막 봉지 (thin film encapsulation) 기술이 주목을 받고 있

    다 [그림 6]. Vitex사는 알루미늄옥사이드와 아크릴층의

    유기/무기계를 사용하는 적층 박막 구조를 개발하여 상용

    화하였으며 Eastman Kodak은 2005년 ALD (atomic layer

    deposition)법으로 Al2O3층을 증착하고 그 위에 parylene

    을 코팅하는 TFE 기술을 개발하여 수분에 의한 큰 소자

    결함이 나타나지 않은 결과를 보고하였다. Dupont는

    2006년 플라스틱위에 25nm 두께의 Al2O3를 ALD 방식으

    로 증착하고 Ca test로 water vapor transmission rate

    (WVTR)가 1.7☓0-5 g/m2/day at 38˚C, 6.5☓0-5 g/m2/day

    at 60˚C, 6☓0-6 g/m2/day at 23˚C 로 glass를 control하는

    WVTR값과 비슷하게 나타남을 보고하였다. 또한 Pioneer

    사는 2000년 방습기능을 하는 SiNx f ilm과 Scratch로부

  • OLED 광원기술❙

    2009년 제10권 제6호❙ 19

    [그림 6] 유리 봉지 (좌) 및 박막봉지 (우) 기술

    [그림 7] OLED 소자 outcoupling

    [그림 8] 광추출 향상 기술들터 소자를 보호하는 Resin film을 다중적층하는 유/무기

    encap. 방식을 개발하였다. 그리고 저온에서 사용 가능한

    SiN 단층 또는 다층박막을 적층하는 기술을 개발하였다.

    Philips는 무기/무기계를 사용하는 적층 박막 구조로

    SiN/SiO/SiN/SiO/ SiN 5중 구조를 만들고, 그 상층에

    printing 방식으로 유기물을 coating하는 TFE 기술을 개발

    하였다. 향후 이러한 봉지기술은 수분 침투 방지 기능뿐

    만 아니라 OLED 면광원에서 발생하는 열을 외부로 효과

    적으로 방출할 수 있는 방열기능도 갖추어야 한다.

    3. 광추출 향상기술

    인광 유기재료의 개발로 인해 OLED의 내부양자효율

    은 100%이지만 [그림 7]에서 보듯이 발광층에서 생성된

    빛의 약 50%는 layer들 간의 waveguide 형성으로 인해 측

    면으로 빠져나가 버리고 약 30%는 total internal reflection

    (전반사)를 통해 소멸된다. 따라서 내부에서 생성된 빛의

    약 20%만이 실제 소자 밖으로 나올 수 있어 OLED의 외

    부양자효율은 낮은 편이다. 이를 해결하기 위해 (즉, 소자

    내부에 갇혀있는 빛을 밖으로 추출하기 위해) [그림 8]과

    같이 소자 내부에 별도의 층을 삽입하는 기술들이 연구되

    고 있다. Low refractive index를 갖는 layer를 투명anode

    전극과 기판사이에 삽입함으로써 전반사로 인한 빛 손실

    을 줄일 수 있다. 이러한 효과는 microcavity 층을 삽입하

    여 더 증대될 수 있으며, 빛을 scattering 하는 층을 삽입

    하여 비슷한 효과를 얻을 수 있다. 또한 소자외부 즉, 유

    리기판에 outcoupling film 또는 microlens array film를 부

    착하여 빛 추출 효율을 높일 수 있다. 현재 2배 이상의

    outcoupling 효율을 보이는 film들이 개발되고 있으나 가

    격이 높다는 문제가 있다. 또한 outcoupling film은 비산

    장치 역할도 하지만 보온효과가 있어 방열에 주의가 필요

    하다. 하지만 무엇보다도 효율이나 휘도가 2배 이상 증가

    하게 되므로 향후 저가형 외광필름 개발이 더욱 활발히

    진행될 것으로 보인다.

    4. 대면적 패널 기술

    OLED 광원을 향후 주조명으로 사용하기 위해서는 대

    면적 패널기술을 필요로 한다 [8]. 하지만 패널 size가 증

    가할수록 particle 에 의한 short-circuit 발생 확률이 증가

    하고 양극재료의 낮은 전기전도도에 의한 불균일 발광문

    제가 발생한다 [9].

    Short-circuit 발생은 기판 제작 공정 중에 발생한

    particle에 의한 영향이 약 60%, photolithography 공정 중

  • ❙기술특집❙

    20❙인포메이션 디스플레이

    [그림 9] 불순물입자로 인한 short-circuit 현상 (a-b)과 해결

    방법 (c-e)

    [그림 10] short-circuit 발생 spot 및 Al 전극 melting 현상 [그림 11] OLED 소자 측면도와 저항으로 구성된 등가회로

    에 발생한 particle에 의한 영향이 약 30%, 그리고 유기증

    착중에 발생하는 particle에 의한 영향이 약 10%를 차지

    한다. 따라서 기판 제작 후에는 반드시 particle 제어 공정

    이 수반되어야 한다. 또한 포토공정중 기판 이동시 파티

    클이 묻지 않도록 주의가 필요하다. [그림 9]에서 보듯이

    유리기판위에 볼록 (a) 하거나 오목 (b)한 파티클이 존재

    하면 파티클 위에 증착된 막의 측면을 통해 short-circuit

    현상이 발생한다. 이렇게 short-circuit 현상이 발생하면

    current crowding 이 발생하여 [그림 10]에서 보듯이 유기

    물과 Al전극이 녹아버린다. 이런 short-circuit 발생 확률

    을 높이는 particle의 영향을 줄이는 방법에는 ITO투명전

    극의 두께를 늘리는 방법이 있다 [그림 9 (c)]. 하지만 이

    방법은 투과도가 감소와 구동전압이 증가한다는 문제를

    수반한다. 비슷한 방법으로 유기층의 두께를 늘려서

    particle영향을 줄일 수도 있다. 즉, tandem 구조와 같은

    두꺼운 소자구조를 도입하게 되면 수명 증가 외에도

    short-circuit 발생 확률도 감소하여 패널 수율이 향상된다.

    또 다른 방법으로 ITO 표면을 polish 하여 particle을 제거

    하는 방법이 있다. 비록 short-circuit 발생확률을 줄일 수

    는 있지만 공정비용이 증가하는 단점이 있다. 그 외에도

    PEDOT과 같은 HIL층을 사용하여 particle 영향을 줄일

    수 있다.

    5. 고균일 발광기술

    OLED 조명 패널 size가 증가하면 투명전극의 낮은 전

    기전도도로 인해 패널의 발광 분포가 불균일해지는 현상

    이 나타나기 쉽다. 즉, 패널의 가장자리 부분은 전류밀도

    가 높아 휘도가 높으며 패널의 중앙부분은 전류밀도가 낮

    아 휘도가 낮아지게 된다. 대면적 패널의 발광균일도를

    향상시키기 위해서는 무엇보다도 저항이 낮은 투명전극

    (< 4Ω/□) 개발이 우선되어야 한다. 현재 독일 Novaled

    와 프랑스 생고뱅이 공동 개발한 SilverductTM 는 면저항

    이 2.5Ω/□ 로 대면적 조명 패널용 투명전극으로의 사용

    가능성을 높였다. 또한 OLED 소자 저항 등가모델 [그림

    11]에서 보듯 수평방향으로의 투명전극저항 (RTCO)이 수

    직방향으로의 소자저항 (RDEV)보다 상대적으로 높으면 전

    류는 패널 가장자리 부근에서 소자로 흐르게 되어 발광균

    일도는 저하된다. 그러므로 대면적 패널 발광균일도를 향

    상하기 위해서는 RTCO 와 RDEV 의 비율을 고려하여 소자

    구조를 설계하여야 한다. 만약 소자 구조가 bilayer로 얇

    으면 RDEV 는 RTCO 보다 상대적으로 낮아질 수 있기 때문

    에 균일도가 나빠질 수 있다.

  • OLED 광원기술❙

    2009년 제10권 제6호❙ 21

    [그림 12] 보조전극 (메탈배선)이 형성된 OLED 소자 구조

    [그림 13] 대면적 (150×150mm2) OLED 패널의 발열분포

    (@ 2,000nit)

    현재 가장 많이 사용되고 있는 또 다른 발광균일도 향

    상기술은 투명 anode 전극 위에 금속 배선을 형성하여 보

    조전극으로 이용하는 방법이다 [그림 12]. 금속 배선재료

    로는 Cr, Mo, Al, Mo/Al/Mo 등 여러 금속화합물들을 사

    용할 수 있다. 금속 재료는 주로 ITO anode 전극 위에 증

    착되고 포토공정을 통해 패터닝된 후 insulating 물질로

    도포된다. 전류는 먼저 전도도가 우수한 금속 배선을 통

    해 패널 중앙까지 도달하게 되고 발광영역으로 투명

    anode 전극을 통해 확산되게 된다. 이 경우 비발광영역을

    최소화하면서 전류분포를 균일하게 하는 최적화된 금속

    배선 설계기술이 필요하다. 하지만 보조전극의 사용은 금

    속 증착을 위한 기판 제작 공정이 늘어나고 패터닝을 위

    한 포토공정이 필요하게 되므로 제조비용 절감 측면에서

    불리하다. 따라서 최근 보조전극을 프린팅 방법으로 패터

    닝하는 방법들이 많이 연구되고 있다.

    6. 방열기술

    LED와 달리 OLED는 넓은 면에서 고른 빛이 나오므로

    LED보다는 열문제에서 자유롭다고 여겨져 왔다. 실제로

    저휘도 (

  • ❙기술특집❙

    22❙인포메이션 디스플레이

    [그림 14] Light emitting source를 이용한 가시광통신

    [그림 15] 충방전 실험에 사용된 30×120mm2 및 150×150mm2

    크기의 OLED 조명 패널 발광사진 (한국생산기술연구원,

    KITECH 2009)

    (a)

    (b)

    [그림 16] 측정된 (a)충전 및 (b)방전 dynamic response

    이용하여 정보를 전달하는 가시광 통신 (Visible light

    communication: VLC)이 가능해 질 것이다. 또한, 투명

    OLED (transparent OLED: TOLED) 광원 개발은 향후 투

    명 태양전지와의 집적화를 통해 power recycling이 가능

    한 새로운 응용분야로 확장될 것이다.

    1. 가시광통신용 OLED 면광원

    가시광 무선통신은 1880년 알렉산더 그레이엄 벨이 태

    양광을 광원으로 하여 음성으로 진동하는 작은 거울로 반

    사시켜 200m 정도 앞에서 집광기로 수광하여 전기신호

    로 변환하는 최초 실험을 하였다. 현재는 반도체 조명인

    LED 조명을 이용하여 많은 실험들이 진행되고 있다 [10~12]. 이러한 가시광 통신이 개발되게 되면 wireless home

    networking, optical ID, intelligent transportation system,

    position tracking system 등 여러 응용분야에 적용될 수

    있다.

    한편, OLED를 이용한 가시광통신에 대한 연구는 아직

    까지 활발하지 않다. OLED는 LED와는 달리 유기물질을

    사용하게 되는데 유기물질의 carrier 이동도가 10-3 ~ 10-7

    cm2/V· 로 낮아 전송속도를 좌우하는 modulation speed가

    낮은 단점을 보인다. 또한 점광원인 LED와는 달리 OLED

    는 면광원으로 구조상 capacitor와 비슷하여 capacitor가

    가지는 충방전 특성을 보인다. 즉, modulation speed를 높

    이기 위해서는 충방전 속도가 빠른 OLED 패널이 필요하

    나 조명으로써의 기능을 수행하기 위해 패널이 커짐으로

    써 소자 capacitance가 증가하여 충방전 속도가 느리게 된

    다. 이러한 특성을 확인하기 위해 서로 다른 크기를 갖는

    두 개의 OLED 조명패널을 제작하여 충방전 실험을 수행

    하였다 [그림 15]. [그림 16]에서 보듯이 패널이 클수록

    충전 및 방전 시간이 증가함을 알 수 있다. 따라서 장거리

    통신을 위해서는 대면적의 OLED 조명 패널이 필요하나

    충방전 실험에서 나타나듯이 device capacitance가 증가하

    여 response speed가 낮아지게 됨으로 trade-off 가 존재함

    을 알 수 있다.

    OLED response speed는 “on-state” 전압 증가, 소자 두

  • OLED 광원기술❙

    2009년 제10권 제6호❙ 23

    [그림 17] 투명태양전지가 결합된 투명 OLED 광원의 기능

    [그림 18] 30×120mm2 크기의 OLED 조명패널과 reference

    solar cell이 놓인 test setup

    [그림 19] OLED 패널과 결합된 reference solar cell의 J-V 특성

    께 감소, 소자 면적 감소 등을 통해 향상될 수 있다. 하지

    만 “on-state” 전압 증가는 발열량을 증가시키고 소자두께

    감소는 소자 신뢰성을 떨어뜨리며 소자 면적 감소는 가시

    광 통신 거리를 단축시키게 된다. 따라서 가시광 통신을

    위해서는 대면적 OLED 조명패널의 response speed를 높

    이는 연구가 더 필요하다.

    2. 태양전지 일체형 투명 OLED 면광원

    투명 OLED광원은 cathode 전극물질로 불투명 Al 대신

    에 투명 물질들(예를 들어 LiF/Al/Ag, ITO/Ag/ITO, n-doped

    ETL/Ag, WO3/Ag/WO3, etc)을 사용하여 만들어진다.

    TOLED는 투명하므로 낮에는 창문역할을 하면서 밤에는

    조명광을 제공하는 신개념 smart window로 이용될 수 있

    다. 이러한 TOLED가 투명 태양전지 (염료감응형 태양전

    지 또는 유기태양전지)와 결합하게 되면 [그림 17]에서

    보듯이 낮에는 태양전지가 태양광을 흡수하여 전력을 재

    생하면서 창문역할을 하고 밤에는 조명기능을 하면서

    TOLED에서 나오는 인공 조명광을 흡수하여 전력을 회

    생하게 된다. 즉, 밤에는 TOLED의 한쪽 면으로 나오는

    빛은 조명으로 사용하고 다른 면으로 나오는 빛은 소모성

    빛으로 태양전지가 흡수하여 TOLED에 필요한 power를

    회생하는데 사용한다 [13].

    한국생산기술연구원 호남권기술지원본부 나노기술집

    적센터는 [그림 18]과 같이 OLED와 태양전지를 결합하

    여 power recycling이 얻어지는 예비실험을 수행하였다.

    10.7 lm/W 효율을 갖는 30×120mm2 크기의 OLED 조명

    패널과 4cm2의 active area및 4.012%의 변환효율을 갖는

    Oriel mono-Si reference solar cell를 가지고서 [그림 19]

    과 같이 OLED 구동전압 7V에서 filling factor (FF) 63%

    를 보이는 J-V curve를 얻었다. 이때 전력재생효율 (power

    recycling efficiency, 태양전지 출력전력/OLED입력전력)

    은 0.152%로 낮으나 1) OLED 구동전압 감소, 2) OLED

  • ❙기술특집❙

    24❙인포메이션 디스플레이

    전력효율 향상, 3) 태양전지 변환효율 향상, 4) 태양전지

    의 흡수스펙트럼과 OLED의 발광스펙스럼 매칭 등을 통

    해 향후 2%까지의 향상이 가능할 것으로 보인다.

    Ⅳ. 결 론

    2009년 독일 Dresden 공대에서 고굴절율을 갖는 유리

    기판을 사용하여 124 lm/W의 효율을 갖는 백색 OLED

    광원이 개발됨으로써 OLED 조명은 상용화 단계에 바짝

    다가섰다. 따라서 향후 LED광원과 함께 조명시장 개편을

    주도할 것으로 예상되며 2012년 형광등을 대체하고 2015

    년 모든 조명을 대체할 수 있을 것으로 예상된다 [표 2].

    OLED 조명을 조기에 상용화하기 위해서는 백색발광

    소자기술, 수명향상 봉지기술, 광추출 향상기술, 대면적

    패널기술, 고균일 발광기술, 방열기술 등 핵심요소기술들

    의 개발이 시급하다. 또한 핵심요소기술들과 더불어 조기

    에 시장을 형성하기 위해서는 구동기술, 제품화 기술, 신

    뢰성 향상기술, 표준화 기술개발들이 동시에 진행되어야

    한다.

    향후 OLED 응용기술로 태양전지와 결합된 신개념

    smart window가 개발될 것이다. 따라서 밤에도 조명광을

    흡수하여 전력을 회생하는 신개념 조명이 출현할 것으로

    보인다. 그리고 OLED 광원을 이용하여 가시광통신을 하

    는 시대가 도래할 것으로 보인다. 아직 많은 연구 개발이

    필요하지만 초고속 통신용 광원으로 쓰일 수 있는 OLED

    광원이 머지않아 개발되리라 본다.

    [표 2] OLED 조명 제품 효율 예측

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    저 자 약 력

    박 종 운

    ∙ 1999년 : 경희대학교 전파공학과 공학사∙ 2001년 : Univ. of Victoria 전자공학과 공

    학석사

    ∙ 2005년 : McMaster Univ. 전자공학과 공학박사

    ∙ 2007년~현재 : 한국생산기술연구원 선임연구원

    ∙ 2005년~2007년 : Kyoto Univ. 연구원 ∙관심분야 : OLED 조명, OLED 디스플레이, 유기태양전지, LED

    광원

    이 종 호

    ∙ 1996년 : 전남대학교대학원 공학박사 (재료공학)

    ∙ 2002년 : 일본 Tohoku대학 공학박사 (재료공학)

    ∙ 2003년 8월~현재 : 한국생산기술연구원 수석연구원

    ∙ 1999년 5월~2003년 7월 : 일본 Tohoku대학 금속재료연구소 박사연구원

    ∙관심분야 : OLED 조명, 박막 태양전지

    신 동 찬

    ∙ 1991년 : 고려대학교 재료공학과 공학사 ∙ 1993년 : 한국과학기술원(KAIST) 재료공

    학과 공학석사

    ∙ 1997년 : 한국과학기술원(KAIST) 재료공학과 공학박사

    ∙ 1997년 3월~1997년 9월 : 한국과학기술원 응용과학연구소 연수연구원

    ∙ 1997년 10월~1998년 9월 : 미국 Michigan Technological University 연수연구원

    ∙ 1998년 10월~2000년 6월 : 한국과학기술원 응용과학연구소 연수연구원

    ∙ 2000년 6월~2002년 2월 : 삼성 SDI 종합연구소 개발 1팀 책임연구원

    ∙ 2002년 3월~현재 : 조선대학교 신소재공학과 부교수 ∙ 2005년 7월~2007년 6월 : 국가 나노기술집적센터(광주) 센터장 ∙ 2008년 7월~2009년 6월 : 미국UTA(University of Texas at

    Arlington) 교환교수

    ∙ 2009년 11월~현재 : 조선대학교 산학협력 부단장 ∙관심분야 : 산화물 투명전극, OLED 조명, 박막 태양전지

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