공부와 생각들/Display 공부 199

코너 1~ 5), 그리고 코너 6)을 마무리하며~

지난 해부터 지금껏, 약 1년여 동안, 총 다섯개의 코너, 약 200여개의 노트를 만들어왔습니다. 코너 1)에서 코너 5)까지의 공부를 통하여 디스플레이의 시작인, 브라운관(CRT)으로부터... PDP...LCD... OLED 등을 거쳐 최근 핫 이슈가 되고 있는 양자점 OLED에 이르기까지 디스플레이의 과거로부터 현재, 향후 약 5년에서 10년까지를 살펴보고, 바라볼 수 있기를 기대합니다. 저의 은퇴가 7년 정도 남았으므로 이 기간 동안은 만들어진 내용들을 꾸준히 수정, 보완하고 업 그레이드하여갈 것입니다. 그리고, 코너 6)은 특히 OLED와 관련하여 우리 연구실, 고려대학교 전기전자공학부, 디스플레이 및 나노 시스템 연구실 (DIsplay and NAno system lab., DIaNA) 이 연구..

6-4-2) OLED, 발광의 개요, TADF, DIaNA 연구

2018년 박찬혁박사(현재 삼성디스플레이 근무)는 구조를 단순화시키면서 효율을 향상시킬 수 있는 TADF형 OLED 소자를 발표하였습니다. 즉, 수송층을 개선, 통합하였고, 발광층의 도핑 농도를 적절히 조절하였으며, 정공 주입층과 ITO 양극의 일함수를 조절하여 소자 구조를 간소화하였죠. 이러한 구조 최적화와 간소화를 통하여 효율 상승, 저전력 구동과 함께 제조 비용을 줄일 수 있다는 가능성을 선보였습니다. 요약하면, 세개의 층으로 이루어지며, 효율이 높은 소자를 제작하였는데 정공 및 전자 전송층에서는 전하 밸런스를 맞추었고, 발광층에서는 도핑 농도를 잘 선택하였으며, 정공 주입 등을 향상시켰습니다. 아래 두 원고(슬라이드)들은 지금 게재 예정이나 투고 중인 연구 내용입니다. 이에 관하여는 우리 연구실 ..

6-4-1) OLED, 발광의 개요

빛은 두 가지 방법으로 만들어집니다. 즉, 열 방사(thermal radiation)와 발광(luminescence)이죠. 온도 방사는 물체를 높은 온도로 가열하면 빛이 나오는 현상으로, 자연에서는 태양이 대표적입니다. 빛을 발하는 별에서도 별의 색깔, 즉 별빛의 스펙트럼을 통해서 별의 온도를 추정할 수도 있죠. 우리 생활 속에서는 백열 전구를 예로 들 수 있습니다. 필라멘트가 가열되면서 빛이 만들어지죠. 물체에서 빛이 만들어지는 이유는 흔히 단순합니다. 즉, 모든 물체는 제각각 원자나 분자 구조를 가지고 있으며, 원자핵을 중심으로 전자들이 주위의 고유 궤도, 즉 에너지 준위에서 움직이며 존재하고 있죠. 외부로부터 임의의 에너지가 전달되면, 전자들이 높은 에너지 준위로 이동하였다가 다시 원래의 준위로 복..

6-3-6) OLED, 광추출, 방법, DIaNA 연구

2019년에 박철휘 박사(현재 삼성디스플레이 근무)는 굴절률 매칭 기능을 갖는 확산층, 즉 확산층으로 사용되는 고분자(PMMA) 나노 패턴 위에 굴절률 매칭층인 금속 산화막(알루미나, 산화 아연)을 코팅하여 보다 효과적인 광추출을 달성하였습니다. 또한 이 구조는 ITO와 은 전극을 갖는 미세 공진형 OLED(micro-cavity OLED)에도 적용되어 전류 효율, 전력 효율, 외부 양자 효율, 그리고 시야각에 따른 스팩트럼의 피크와 색좌표상에서의 이동 정도 등을 평가, 비교하였습니다. 2020년에 최준희 박사(현재 삼성디스플레이 근무)는 기판 위에 주석(Sn)을 증착한 후에 열 산화 공정을 거쳐 나노 원뿔(nanocone) 모양의 주석 산화물 구조를 만들었고, 이를 내부 광 산란층으로 사용하였습니다. ..

6-3-5) OLED, 광추출, 방법, DIaNA 연구

2018년, 황하 박사(현재 삼성디스플레이 근무)는 극소의 화소를 갖는 초고해상도 OLED 제작을 위하여 나노 크기의 화소 구분층(nanosize pixel-defining layer nPDL)을 적용하였습니다. 이의 부가적인 효과로 금속-유기물 계면에서 회절 격자의 작용으로 인한 표면 플라즈몬 폴라리톤(surface plasmon polariton) 손실을 줄여 광 추출 효과를 얻을 수 있었으며, 따라서 효율도 증가하였죠. 이와 함께 여기자 형성 영역의 바깥으로의 여기자 확산을 통하여 고효율에서 효율이 급감하는 현상(efficiency roll-off)도 줄일 수가 있었습니다. 이러한 효과들은 효율 향상에 적극 기여하였고, 효율이 급감하는 임계 전류 밀도도 크게 올렸습니다. 2018년에 곽진호 박사(현..

6-3-4) OLED, 광추출, 방법, DIaNA 연구

2015년, 이현준 박사(현재 삼성디스플레이 근무)는 PAN Nanofibers와 SU-8 복합 폴리머층을 산란층(scattering layer)으로 제작하여 외부 외부 광 추출 구조로 활용하였습니다. 나노 파이버의 직경에 따른 광학적 특성을 평가하였고, 이를 LED 조명과 OLED에 적용하여 광 추출을 증가시키고 시야각을 개선하였죠. 광학적 특성은 주로 나노 파이버의 직경과 관련이 되며, 이는 공정 조건을 통하여 제어할 수 있습니다. 이에 더하여 백색광 LED 조명에 적용할 경우, 광량을 증가시키고 또한 확산층으로 사용하여 눈부심을 줄였습니다. OLED에서 외부 양자 효율의 증가를 이루었죠. 2016년에 이근수 박사(현재 LG화학 근무)는 문재현 박사(ETRI)팀과 함께 은 나노선(nano-wire)을..

6-3-3) OLED, 광추출, 방법, DIaNA 연구

2013년, 신세중 연구원(현재 삼성디스플레이 근무)은 RIE 공정을 통해 유리 기판과 ITO 양극 사이에 SU-8 고분자로 포물선 형태의 구조들을 랜덤하게 제작하여 광추출을 향상시켰습니다. 랜덤한 구조이어서 시야각에 따른 스팩트럼의 왜곡 현상도 적었으며, 기준 소자에 비해 외부 양자 효율은 48%가 증가하였죠. 제작 방법을 살펴보면, 석영 기판 위의 PMMA에 RIE 공정을 통해 패턴을 제작, 마스터를 만들고, 이를 통하여 PDMS 스탬프를 복제하였죠. 그리고 이 스탬프로 임프린팅 과정을 통하여 유리 기판 위의 SU-8 고분자에 나노 크기의 랜덤한 구조(nanosized random texture layer, nRTL)를 형성하였고, 이 위에 OLED 소자를 제작하였습니다. 2013년에 황주현 박사(현..

6-3-2) OLED, 광추출, 방법, 연구 일례

광 추출을 위하여 주류가 되는 아이디어는 빛이 생성되고 밖으로 나오는 과정에서 만나게 되는 구조물들의 모양을 설계하여 입사각을 바꾸거나 소재를 적절히 선택하여 굴절률을 조절하는 것을 기반으로 하고 있습니다. 이에 더하여 미소 공진 구조로 빛을 선택적으로 증폭하거나 광 결정으로 빛의 물리적인 현상을 새롭게 유도하기도 하죠. 활발히 발표되고 있는 광 추출 관련 연구 개발 결과들을 몇몇 살펴보기로 하죠. 먼저, 마이크로 렌즈 어래이, 미소 입자들의 층, 그리고 거칠거나 굴곡진 표면 등은 빛의 입사각을 감소시거나 산란을 유도하여 전반사를 줄입니다. 그리고, 굴절이나 회절용 격자와 광 결정 등은 광 파장대역 크기의 다양한 나노 구조물들의 배열을 이용하는데 굴절률의 변화, 회절, 그리고 광학적 밴드갭의 생성 등으로..

6-3-1) OLED, 광 추출, 개요

OLED 소자에서 효율은 소자로 흘러들어간 전력, 즉 캐리어들(전자와 정공)에 대해서 소자 내부에서 얼마나 많은 포톤들(빛)이 만들어지는지, 그리고 만들어진 빛이 얼마나 밖으로 빠져나오는지로 결정됩니다. 소자로 들어간 캐리어들이 결합이 이루어지는 발광층까지 전달되는 비율, 발광층 안에서 결합을 하는 비율, 결합한 전자-정공쌍으로부터의 에너지가 빛으로 만들어지는 비율, 그리고 만들어진 빛이 소자의 밖으로 잘 빠져나오는 비율 등등이 효율의 높고 낮음을 좌우하게 되죠. 흥미로운 점은 소자 내부에서 만들어진 빛의 20% 정도만이 밖으로 나올 수 있다는 사실입니다. 나머지는 소재 내부에 갇히거나 소자의 측면으로 전달되어가며 화면에는 기여를 하지 못하게 됩니다. 결과적으로 OLED의 효율을 높이기 위해서는 인가되는..

6-2-6) OLED, 손상과 봉지, DIaNA 연구

무기와 유기 다층 박막을 이용하는 봉지과 함께 용액 공정을 이용한 봉지가 용액형 OLED의 등장 가능성으로 관심을 끌고 있습니다. 특히, 점토층(layered clay)처럼 판상 모양을 띈 소재들을 층층이 쌓아 습기나 산소 분자가 침투, 이동하여야 하는 거리를 늘려 OLED 소자에 이르기까지 요구되는 수명 시간보다 길게 하려는 시도들이 등장하고 있죠. 먼저, 2012년 최진환 박사(현재 삼성디스플레이 근무)는 용액 공정으로 기체 차단용 배리어 구조를 만들기 위하여 점토(montmorillonite)와 유기물(poly(vinyl alcohol), PVA)가 교차로 적층된 구조를 제안하였습니다. 정전력을 이용한 자기 조립 방식으로 적층 배열을 하였죠. 층의 수와 두께는 용액에 담그는 시간 등을 조절하여 결정..