1. 유기EL의 개요
[유기EL vs.
LCD]
21세기 정보화시대에는 영상, 정보,
통신산업이 발달하면서 언제, 어디서든지 될 수 있는 한 많은 정보를 가능한 신속하고
정확하게 얻고자 하는 요구가 많아지고 있으며, 편하게 손에 들고 다니면서 볼 수 있는
디스플레이 장치에 대한 현대인들의 욕구로 인해 기존의 브라운관(CRT)이나
액정(LCD)만으로는 충분치 못하게 되었다.
이러한 문제의 해결방안으로
떠오르는 디스플레이 장치가 바로 유기 EL이라고 할 수 있다. 유기 EL은 LCD에 비해
응답속도가 CRT의 수준으로 빠르며, 고휘도, 저전력, 초 박막화 등의 장점으로 인해
폭넓은 활용성을 지니고 있다고 할 수 있다.
휴대폰과 캠코더, 게임기 등의
시장이 확대되면서 여기저기서 심심찮게 듣는 디스플레이 관련기사 중 하나가 유기 EL
관련소식들이다. 또한 최근 더욱 더 치열해지는 LCD 패널업체의 경쟁심화 속에서 대안으로
떠오르는 것이 바로 유기 EL이다.
이러한 유기 EL의 시장 잠재력을 미리
짐작하고 오래 전부터 차근차근 준비해 온 몇몇 외국기업들은 신속하게 원천기술 특허를
보유하고 당당히 강자의 모습을 갖춰나가고 있다.
이에 디스플레이뱅크에서는 유기
EL의 유래와 고유한 특성, 그리고 기술동향, 시장상황 등을 점검해보는 기회를 갖고 이를
통해 디스플레이 강국인 우리나라의 기업들이 나아갈 방향이 무엇인지 살펴보고자
한다.
수 많은 과학자 분들에 의해 수 십 년간 진행되어 온 유기 EL 기술
전체를 논하기엔 필자의 지식이 일천하기에 우선 기존 논문들과 뉴스들을 활용하여 그 동안의
유기 EL 행보를 더듬어보고자 하며, 이를 계기로 앞으로 독자 여러분들과 관련분야의 지식을
소유하신 분들의 적극적인 참여를 통해 심화 발전시켜 나갔으면 하는 것이 필자의
바램이다.
그럼 이제 유기 EL이라는 미지의 세계로 들어가
보자.
디스플레이 장치의 체계도를
살펴보자!
일반적으로 디스플레이 장치는 크게
프로젝션형과 직시형이 있으며, 프로젝션에는 CRT 방식, DMD방식, LCD방식, 레이저
방식이 있다. (여기서 DMD란 TI社에서 개발한 칩의 명칭이다.) 그리고 직시형에는
CRT와 Flat Panel이 있다. 오늘 얘기하려는 유기 EL은 이 중에서
Emitter형태에 속하는 장치이다. 전체적인 체계도를 넣어보았으니 참고바란다.
유기 EL은 어떻게
생겨났을까?
EL이라는 현상 자체는
1920년대에 무기EL에서 이미 발견되었으며, 그 후 1953년 초에 유기EL의 발광이
관측되고, 1963년에 직류에서의 발광이 확인된 이후, 유기EL의 본격적인 연구가
시작되었다.
1987년에 이르러 미국의 이스트만 코닥사가 저전압구동, 고휘도의
유기 EL소자를 고안하여 수많은 기본 특허를 취득하였다. 그 후 고휘도, 직류 저 전압,
높은 응답속도라는 특징 때문에 세계의 연구방향이 유기EL로
전환되었다.
제품화의 시초는 파이오니아로 1997년에 동북 파이오니아 회사의
유기EL을 사용한 차량용 FM문자방송 수신기의 디스플레이를 세계 최초로 실용화하였다.
역시 1887년 CRT 발명 이래 전체적인 디스플레이 장치개발의 발자취를
기술했으니 참고 바란다.
1887년 브라운관 발명(CRT)
1888년 LCD 발견(LCD)
1923년 SiC 주입형 발광현상
발견(LED)
1935년 세계 최초 TV방송
개시(CRT)
1936년 ZnSiCu의 EL 현상
발견(ELD)
1950년 Color TV 개발(CRT)
/ 분산형 AC 구동 EL 조명 패널 개발(ELD)
1952년 GE. Si의 p-n 접합에
발광 발견(LED)
1954년 DC 구동 PDP의
발표(PDP)
1956년 냉음극 방전 표시관
개발(PDP)
1963년 텅스텐 산화물의 EC 현상
발견(ECD)
1965년 문자표시 전자관 VFD
발명(VFD)
1966년 메모리형 AC 구동 PDP
발표(PDP)
1968년 DS형, GH형, LCD 방식
발표(LCD)
1968년 DC 구동 PDP에 의한 TV
영상 표시(PDP)
1968년 증착박막형 AC 구동 ELD
개발(ELD)
1971년 TN형 LCD 방식
발표(LCD)
1972년 액정시계, 액정 전자계산기
실용화(LCD)
1973년 비오르겐 ECD 개발(ECD)
1978년 이중 절연 박막형 AC 구동
ELD 실용화(ELD)
1979년 LED, VFD TV
제작(LED/VFD)
1980년 ALE 박막형 AC구동
ELD(ELD)
1982년 액정 흑백 실용화(LCD)
1982년 빔 가이드식 평판 CRT
개발(CRT)
1982년 ECD 시계의 상품화(ECD)
1984년 액정 칼라 TV의
상품화(LCD )
1984년 대화면 표시 발광소자의
개발(VFD)
1987년 유기 박막 ELD의
개발(OLED)
1990년 Field
induced-drain TFT(LCD)
1992년 VGA급 21” AC
PDP(PDP)
1996년 Full color AC
PDP(PDP)
1996년 a-Si :H (: Cl)
TFT / 40” TFT LCD 개발(LCD)
1997년 5.25” 급의 color
유기 EL 개발 / 자동차용 유기 EL 상용화(OLED)
1998년 50” XGA급, 42”
HD급 AC PDP(PDP)
OLED? OELD? 유기LED? 유기EL?
정확한 명칭을 정해보자!
현재 우리나라에서는
다음과 같이 다양하게 불리고 있다.
- 유기 전기 발광 소자
- 유기 EL
(OEL ; Organic Electroluminescence)
- 유기 EL
(OLE ; Organic Light-Emitting-Diode)
우리
나라에서 현재 "유기전기발광소자", "유기 EL(OEL)", "유기
LED(OLED)"등으로 OLED의 명칭이 다양하지만 일본에서는 일반적으로 "유기
EL"부르는 것이 일반적이고 유럽이나 미국 등의 특히 폴리머 재료를 다루는 사람들간에서는
"유기 LED"라고 부르는 경우가 많다.
유기 LED라고 불리는 이유는
무기재료와의 관련을 생각하면 무기 EL과 유기 EL와는 그 메커니즘에 있어서 크게 다르다.
무기 EL에서는 반도체 등의 바인더 중에 분산된 결정 속의 천이금속이온을 고전압에 의해
가속되어진 내부의 전자로 충돌 여기 시키는 것에 의해 발광이 발생한다. 이것에 반해
유기EL에서는 전극으로부터 전자(electron)와 홀(hole)이 주입되고 이들이
여기상태를 거쳐 다시 재결합하는 것에 의해 발광하기 때문에 오히려 발광 메커니즘으로서는
LED에 가깝고, 정류작용도 존재한다. 이것이 유기 LED라고 하는 호칭이 생겨난
이유이다. 그러나 반도체의 다이오드 정류작용은 p-n 접합에 유래하는 것이지만, 유기
EL의 경우는 전극과 유기재료 사이의 포텐셜 장벽에 의해 생기는 것이기 때문에 이들이
같다고는 할 수 없다.
처음으로 다층구조의 소자를 연구한 C. W. Tang
과 VanSlyke(1987)의 최초의 논문의 제목은 "Organic
Electroluminescent Diode"이었다. 간략화 하면 "유기 ELD"이지만 이
명칭은 그다지 사용되고 있지는 않고 있다. 이 논문이 나오기 이전부터 유기결정에 전류를
흘리면 발광을 관측된다는 연구는 행해져 왔으며, 그때에는 EL이라는 명칭이 사용되어졌었다.
현재 국내의 언론매체를 통한 유기 LED의 소개는 거의 유기EL로 사용되고
있어 앞으로 예상되어지는 명칭은 "유기EL 디스플레이"가 될 것으로 생각된다. 영문표기는
OLED, 한글표기에서는 유기EL 이라고 표현하는 것이 현재 통상
예이다.
유기EL은 어떤 특징을 가지고
있나?
유기EL의 특징은 매우 중요하다.
아래의 내용을 암기하길 바란다.
1. 자체 발광형
LCD와
커다란 차이점은 자체 발광형 이라는 것임. 자체 발광형 이라는 것은 소자자체가 스스로 빛을
내는 것으로 어두운 곳이나 외부의 빛이 들어 올 때도 시인성(視認性)이
좋다.
2. 넓은 시야각
시야각이란 화면을 보는 가능한
범위로써 일반 텔레비전과 똑같이 바로 옆에서 보아도 화질이 변하지
않는다.
3. 빠른 응답속도
동화상의 재생 시 응답속도의
높고 낮음이 재생화상의 품질을 좌우한다. 유기EL은 텔레비전 화면 수준의 동화상 재생에도
견딜 수 있다. (LCD 1,000배)
4. 간단하고 저렴한
제조공정
유기 EL : 55 Steps, LCD : 62
Steps
5. 초박, 저전력
백라이트가 필요 없어 저
소비전력(LCD의 ½배)과 초박형(LCD 두께의 ⅓배)이 가능하다.
이
특징들을 다른 디스플레이 장치들과 비교하여 살펴보면 더 명확하게 유기EL의 장점을 파악하게
될 것 같아 아래에 그래프와 표를 넣어보았다.
| 구분 |
유기EL |
LCD |
PDP |
FED |
CRT |
| 응답속도 |
◎ |
X |
O |
O |
O |
| 시야각 |
◎ |
X |
◎ |
◎ |
◎ |
| 백라이트 |
필요없음 |
필요 |
필요없음 |
필요없음 |
필요없음 |
| 소비전력 |
◎ |
O |
X |
X |
X |
| 두께 |
◎ |
O |
O |
O |
X |
| 무게 |
◎ |
O |
O |
O |
X |
| 저가격화 |
◎ |
O |
X |
X |
X |
유기EL의
용도는?
위와 같은 장점을 가진 유기EL은
매우 다양한 분야에서 활용가능성을 보여주고 있다.
휴대폰과 디지털카메라,
캠코더, PDA, CNS(Car Navigation System), Audio 등과 같은
소형 디스플레이 용도에 가장 경쟁력있는 장치로 부각되고 있으며, 얼마전 모회사에서 출시된
핸드폰의 경우 외부표시창이 유기EL이란 점을 세일즈 포인트로 부각시키기도 했을 정도로 이제
유기EL은 실용화되어 우리 생활에 침투하기 시작했다.
한편,
전자부품연구원의 자료에 의하면 유기EL은 계속된 변천과 개량에 의해 2005년경에는
노트북컴퓨터의 디스플레이 장치로 쓰여질 것이라고 예상하고 있으며, 2007년경에는
벽걸이TV로 발전되고, 2010년경에는 두루말이TV로도 발전될 것이라고 한다. 유기EL이
가진 고휘도, 초박막의 장점이 이러한 예상을 가능하게 하고 있는
것이다.
LCD와 PDP 그리고 유기EL이 평판 디스플레이의 선두주자로
발전해가고 있는 현재 이 세가지 디스플레이의 사이즈별 영역을 IDC자료를 인용하여
그려보았다. 참고하길 바란다.
이상으로
간략하게나마 유기 EL의 역사와 특징에 대해서 살펴보았다. 다음 편에는 유기 EL의
작동원리와 기술동향에 대해서
살펴보겠다.
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