배면 발광(bottom emission)과 전면 발광(top emission)은 용어 그대로 빛이 나오는 방향을 일컫습니다. 즉, 배면 발광은 뒷면, 혹은 아래에 해당하는 기판 쪽으로, 전면 발광은 윗쪽으로 빛이 나오게 되죠. 후면 발광 OLED가 기본적인 제조 공정을 따르며 제작도 상대적으로 용이합니다. 투명 전극인 양극, ITO 전극을 먼저 형성하기 때문이죠. 일반적으로 ITO의 전도성을 높이기 위해서는 공정 온도, 열처리 온도가 높아 전극의 결정질이 우수하여야 하며, 또한 평탄도도 좋아야 하는데, 전면 발광에서는 유기물 위에 투명 전극을 형성하기가 만만치 않습니다. 추가로 유기물 위에 ITO를 형성할 경우, 스퍼터링 작용으로 인하여 유기물의 변형을 야기할 수 있는 문제도 존재합니다. 따라서, 지금까지의 OLED는 주로 후면 발광 방식이 주류를 이어왔죠. 그러나, 배면 발광 OLED의 경우 빛이 나오는 길목에 TFT 영역이 있습니다. 즉, 빛은 TFT을 통과할 수가 없죠. 이는 TFT 소자가 투명하지 않다는 이유도 있지만, 빛이 TFT 영역, 특히 채널층에 입사될 경우 빛 에너지로 인하여 전자-정공쌍(electron-hole pair)이 생성, 원치 않는 전하 운반자로 작동할 우려를 피하기 위함입니다. 여하는 TFT 영역만큼 개구율의 손실이 있습니다. 이는 해상도가 증가하고 화소의 크기가 작아지면서 점점 큰 문제가 됩니다. TFT는 화소에의 크기에 비례하여 작아질 수 없으니까요.
결국, 빛을 앞으로 나오는 전면 발광이 중요하게 되며, 따라서 유기물 위에 형성되는 전극, 주로 음극의 광 투과도가 증가하여야 합니다. 일함수가 낮고, 전도도가 높은 금속을 얇게 코팅한 반투명 음극이 주로 적용되고 있으며, 광학적 특성을 개선하기 위하여 보조층(capping layer)이 사용되고 있습니다. 혹은 금속 전극의 폭을 가능한 줄여 개구율을 높이는 방식들을 취하고 있죠. 나아가서는 일함수가 조절된 ITO 막이나 은 나노선이 블랜딩된 전도성 유기막, 그리고 2차원 물질들까지도 투명한 음극의 후보가 될 수도 있으나, 유기물 위에 직접 형성하기에는 아직 재료, 공정과 관련된 연구가 더 필요한 상황입니다. 이러한 전면 발광형 OLED는 마이크로 디스플레이 적용을 위해 실리콘 기판 위의 OLED(OLED on Silicon, OLEDoS)를 구현하는 데에도 물론 필요합니다.
이상을 토대로 빛이 후면과 전면으로 나오도록 소자를 구성할 경우 이는 투명 OLED가 되죠. 현재에도 투명 사이니지 등으로 일부 제품이 나오고는 있지만, 기술이 더 발전할 경우 투명 모니터나 TV 등으로 응용 분야가 확장될 수 있습니다. 이에 더하여 유연 OLED, 즉 휨을 강조하는 OLED에서도 높은 전도도, 투명과 유연성, 그리고 장기적인 안정성을 가지는 전극 재료 및 구조는 여전히 중요한 이슈입니다.
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# 더! 생각해보기
a. 지금 제품에 적용 중인 OLED에서 배면 발광이 아닌 전면 발광 OLED를 체택한 경우가 있을까. 앞으로는 어떨까
b. 전면 발광 OLED가 개구율 등의 장점에도 불구하고, 제품화가 더딘 이유들은 어디에 있을까
c. 투명 OLED에 있어서, 소자의 구조와 제품에의 응용을 폭 넓게 생각해보자
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