Q) OLED의 중요성만큼이나 사용되는 발광 소재와 유기물 공정, 동작을 위한 구동 방식과 발광 모드 등도 다양할 것으로 생각됩니다. 기술을 중심으로 한 OLED의 분류는 어떻게 생각해볼 수 있을까요?
A) 엔지니어링 입장에서 보는 OLED의 분류는 간단합니다. 먼저 발광 소재에 따른 분류, 형광(fluorescence)과 인광(phosphorescence)으로 구분할 수 있죠. 그리고, 사용되는 유기물에 대해 두 그룹, 즉 저분자(small molecule)와 고분자(polymer) OLED로도 구분합니다. 구동 방식에 있어서는 LCD와 마찬가지로 수동(passive matrix) 구동과 능동(active matrix) 구동으로 나눌 수 있고, 또한 빛이 나오는 방향에 따라 배면 발광(bottom emission)과 전면 발광(top emission)으로도 구분이 됩니다. 이들 각각은 고유의 장점과 단점들이 있으며, 이미 확보된 기술도 있고, 개발이 더 필요한 부분도 남아있습니다. 순서대로 하나씩 질문하여 주시죠.
Q) 그럼 먼저, 발광 소재에 따른 분류, 즉, 형광과 인광에 관한 설명을 부탁드립니다.
A) 형광은 에너지를 흡수하여 들뜬 상태가 된 전자가 바로 안정화 상태로 내려오면서 빛을 내는 과정, 인광은 준안정 상태를 거치면서 안정화 상태에 이르는 과정입니다. 발광 소재에서는 일반적으로 형광과 인광의 비율이 1:3이며, 따라서 형광만을 이용하면 25%, 형광을 인광 모드로 전환하여 이용할 경우 25%와 75%를 합한 100%의 효율을 이룰 수 있죠. 다만, 인광은 상대적으로 일어나기 어려운 발광 방식으로 중금속 첨가가 필요하고, 빛의 3원색에서 파랑의 구현이 어려운 점, 그리고 소재의 가격이 비싼 점 등이 여전히 숙제가 되고 있습니다. 따라서, 형광 소재에서 인광 소재, 혹은 이를 더욱 개선한 열활성지연형광이나 초형광 소재 등이 꾸준히 연구, 개발되고 있지요.
Q) 다음으로 저분자 OLED와 고분자 OLED는 어떻게 다른지요?
A) 저분자는 말 그대로 분자량이 적은 재료, 고분자는 큰 재료입니다. 분자량에 따른 구분과 함께 특히, 공정과 제조 방식에서 확연한 차이를 가지고 있죠. 반응성이 높고 다소 불안정한 저분자 소재의 경우, 주로 고수준의 진공 장비 내에서 증발법을 이용하여 OLED 소자가 만들어지지만, 상대적으로 안정한 고분자 소재를 이용하면, 상온과 상압 환경에서 비교적 손쉬운 용액 공정을 통하여 OLED를 제작할 수 있지요. 다만, 고분자 소재의 경우, 아직 재료 개발이 완전이 이루어지지 못한 상태로, 효율이나 수명, 그리고 소재의 다양성에서 해결하여야 할 문제들이 적지 않습니다. 현재 생산되고 있는 OLED 제품들은 대부분 저분자를 사용한 것입니다.
Q) 그러면, 각각의 화소들을 독립적으로 구동하여 영상을 만들어야 하는데, 이러한 구동 방법에는 어떤 것들이 있는지요?
A) 구동 방식에는 수동 구동과 능동 구동이 있죠. 한 화소 내에 존재하는 세개의 부화소들 각각이 단순한 매트릭스로 구성되어 교차 영역에 신호가 인가되면서 작동하는 방식이 수동 구동입니다. 구성이 간단하다는 장점은 있으나, 인접 화소들간에 간섭이 일어날 우려가 있고, 또한 화소들이 순차적으로 라인 단위로 켜지므로 발광 시간이 짧죠. 즉, 해상도를 높이기 위해 화소의 크기를 줄이고, 라인 수를 늘리게 되면 적용이 어렵게 됩니다.. 이를 해결하기 위하여 개별 부화소마다 상호 간섭을 방지할 수 있는 스위치 소자, 그리고 신호를 저장할 수 있는 커패시터를 설치한 방식이 능동 구동입니다. 즉, 해상도가 올라가고 화면의 크기가 증가할수록 능동 구동 방식이 대세이며, 대부분의 스마트 폰이나 TV 등에서 적용되고 있습니다.
Q) 끝으로 빛이 나오는 방향에 따른 분류도 가능한지요?
A) 물론입니다. 즉 빛이 백플레인 기판, 즉, 스위치와 커패시터가 만들어져 있는 쪽으로 나오는 배면 발광, 그리고 앞으로 나오는 전면 발광으로 구분됩니다. 스위치 소자 등은 투명하지 않아 빛이 통과할 수 없으므로, 배면 발광 대신에 전면 발광 방식을 택하면, 빛이 나오는 영역을 더 넓게 확보할 수 있어 개구율을 높일 수 있죠. 개구율, 즉 주어진 화소 면적에서 빛이 나오는 영역이 넓어지게 되면, 같은 소비 전력에도 밝기를 높일 수 있고, 반대로 같은 밝기를 얻는데 필요한 소비 전력을 낮출 수 있어 OLED의 효율이나 수명 향상에 매우 유리합니다. 다만, 전면 발광 방식을 위해서는 유기물 위에 상대적으로 낮은 온도에서 전기 전도도가 높고 투명한 전극을 설치하여야 하는 어려움이 있습니다. 만일, 앞면과 뒷면, 양쪽에서 빛이 나온다면 투명한 OLED가 가능하며 양방향 모니터나 사이니지 등과 같은 새로운 응용도를 생각해볼 수 있죠.
# 다양한 참고자료들을 사용하였기에 일일이 인용을 명시하지 못하였음을 양해바랍니다.
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