유기 발광 다이오드

OLED는 유기 전계 발광 다이오드라고도 불리며, 유기 화합물 박막에 전기를 흘려 빛을 내는 현상을 이용한다. 기존의 LCD와 달리 스스로 빛을 내는 점광원이 아닌 면광원 형태의 특성을 가진다. 각 픽셀을 독립적으로 제어할 수 있어 화질이 선명하고 응답 속도가 매우 빠른 것이 특징이다.

유기 물질의 전기 발광 현상은 1950년대 초 프랑스 낭시 대학교의 앙드레 베르나노스(André Bernanose) 연구팀에 의해 처음 발견되었다. 당시 연구진은 셀룰로스나 셀로판 박막에 아크리딘 오렌지 등의 염료를 적용하여 발광을 확인하였다. 이후 1987년 코닥(Kodak)의 연구진이 현대적인 적층 구조의 실용적 OLED 소자를 개발하며 상용화의 기틀을 마련하였다. 2007년 소니가 세계 최초의 OLED TV를 출시하였으며, 이후 삼성과 LG 등 주요 제조사들이 스마트폰과 대형 TV에 이를 채택하며 대중화되었다.

OLED는 양극과 음극 사이에 여러 층의 유기물 박막이 샌드위치처럼 적층된 구조를 가진다.

주요 적층 구조

• 양극(Anode): 주로 ITO(산화인듐주석)와 같은 투명 전극을 사용하여 빛을 투과시킨다.
• 정공 주입 및 수송층(HIL/HTL): 양극에서 주입된 정공을 발광층으로 전달한다.
• 발광층(EML): 전자와 정공이 만나 실제 빛이 발생하는 핵심 층이다.
• 전자 주입 및 수송층(EIL/ETL): 음극에서 주입된 전자를 발광층으로 전달한다.
• 음극(Cathode): 알루미늄, 은-마그네슘 합금 등 금속 박막을 사용한다.

발광 메커니즘

양극에서 주입된 정공(+)과 음극에서 주입된 전자(-)가 발광층에서 결합하여 여기자(Exciton)를 형성한다. 이 여기자가 에너지가 높은 들뜬 상태에서 낮은 기저 상태로 돌아올 때 에너지를 빛의 형태로 방출한다. 이때 일중항 상태에서 직접 전이되면 형광(Fluorescence), 삼중항 상태를 경유하면 인광(Phosphorescence)이라고 한다.

OLED는 구동 방식과 재료의 분자량에 따라 다음과 같이 분류된다.

또한 유기물의 분자 크기에 따라 소분자 OLED와 고분자 OLED로 나뉜다. 소분자 방식은 주로 진공 증착 공정을 사용하며, 고분자 방식은 잉크젯 프린팅 등 용액 공정에 유리하다.

장점

• 무한대 명암비: 픽셀을 완전히 끌 수 있어 완벽한 검은색(True Black)을 표현한다.
• 빠른 응답 속도: 마이크로초($\mu s$) 단위의 응답 속도를 가져 LCD보다 잔상이 거의 없다.
• 디자인 유연성: 백라이트가 없어 두께가 매우 얇으며, 플라스틱 기판을 사용해 구부리거나 접는 형태(Foldable)가 가능하다.
• 넓은 시야각: 어느 각도에서 보아도 색 왜곡이 적다.

단점

• 번인(Burn-in) 현상: 특정 화면을 장시간 표시할 경우 유기물이 열화되어 잔상이 남는다.
• 수명 문제: 특히 청색 발광 소자의 수명이 적색이나 녹색에 비해 짧아 전체 수명에 영향을 준다.
• 높은 비용: 제조 공정이 복잡하여 LCD 대비 생산 단가가 높다.