OLED 재료 연구개발 동향
2020-04-28
org.kosen.entty.User@49310d13
이동진(voinarim)
1. 서론
OLED(organic light-emitting diode)는 유기화합물 기반의 자체 발광형 디스플레이 소자로서, 1987년Kodak사에서 이중층 저분자 유기물 박막을 형성하여 녹색 발광현상을 발견한 이후 본격적으로 디스플레이 개발이 시작되었다[1]. OLED 디스플레이는 기존 LCD(liquid crystal display)와 달리 별도의 광원이 필요 없고, 얇고 가벼운 패널 구현이 가능하며, 색재현율과 응답속도가 높은 차별화된 장점을 가지고 있다[2]. 세계 디스플레이 산업은 2018-2025년에 연평균 1.0% 성장할 것으로 전망되며, OLED는 LCD를 대체하면서 2018년 234억 달러에서 연평균 10.6% 성장하여 2025년에는 474억 달러 규모를 형성할 것으로 전망된다. 디스플레이 산업에서 OLED 비중은 2018년 21%에서 2025년 39%로 확대될 것으로 전망된다 [그림 1a]. OLED 디스플레이 산업은 OLED가 적용된 소·중·대형 디스플레이 패널, 모듈 및 제품, OLED 디 스플레이와 관련된 소재·부품·공정 장비를 포함하며, OLED 응용제품, OLED 소재 및 부품, OLED 공정 및 검사장비 등으로 구분할 수 있다[2].
일반적인 OLED의 구조는 유리 혹은 플라스틱 기판 위에 양극(anode), 정공 주입층(hole injection layer, HIL), 정공 수송층(hole transport layer, HTL), 발광층(emissive layer), 전자 수송층(electron transport layer, ETL), 전자 주입층(electron injection layer, EIL), 음극(cathode)의 적층형 구조로 구성된다 [그림 2a]. 양극 물질로는 주로 투명전도층인 ITO(indium tin oxide)가 사용되며, 음극 물질로는 일함수(work function)가 낮은 금속인 Ca, Al, Ba 등이 사용된다[4]. 발광층은 유기 호스트(host) 물질과 도펀트(dopant)물질로 구성되며 사용되는 재료에 따라 녹색, 적색, 청색 등의 발광파장이 결정된다. 양극과 음극의 양 단에 전압이 인가되면 전자가 음극에서 전자 주입층의 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital)로 주입되고, 정공은 양극에서 정공 주입층의 HOMO(highest occupied molecular orbital)로 주입된다. 주입된 전자와 정공은 전자/정공 수송층을 통해 발광층으로 이동하고, 발광층에서 전자와 정공은 재결합하여 여기자(exciton)를 형성한다. 여기자가 여기상태(excited state)에서 기저상태(ground state)로 되돌아가면서 줄어든 에너지 준위에 해당하는 빛을 방출한다 [그림 2b]. OLED 소자의 효율성을 향상시키기 위해서 전자와 정공의 효율적인 주입 및 동일한 이동성, 추가적인 중간층을 사용하여 발광층 이외의 영역에서 재결합을 억제하는 기술이 요구된다[4].
본 고에서는 OLED 소자의 발광 메커니즘 및 OLED 재료의 요구조건/개발동향 및 시장동향에 대해 살펴보고자 한다.
OLED(organic light-emitting diode)는 유기화합물 기반의 자체 발광형 디스플레이 소자로서, 1987년Kodak사에서 이중층 저분자 유기물 박막을 형성하여 녹색 발광현상을 발견한 이후 본격적으로 디스플레이 개발이 시작되었다[1]. OLED 디스플레이는 기존 LCD(liquid crystal display)와 달리 별도의 광원이 필요 없고, 얇고 가벼운 패널 구현이 가능하며, 색재현율과 응답속도가 높은 차별화된 장점을 가지고 있다[2]. 세계 디스플레이 산업은 2018-2025년에 연평균 1.0% 성장할 것으로 전망되며, OLED는 LCD를 대체하면서 2018년 234억 달러에서 연평균 10.6% 성장하여 2025년에는 474억 달러 규모를 형성할 것으로 전망된다. 디스플레이 산업에서 OLED 비중은 2018년 21%에서 2025년 39%로 확대될 것으로 전망된다 [그림 1a]. OLED 디스플레이 산업은 OLED가 적용된 소·중·대형 디스플레이 패널, 모듈 및 제품, OLED 디 스플레이와 관련된 소재·부품·공정 장비를 포함하며, OLED 응용제품, OLED 소재 및 부품, OLED 공정 및 검사장비 등으로 구분할 수 있다[2].
일반적인 OLED의 구조는 유리 혹은 플라스틱 기판 위에 양극(anode), 정공 주입층(hole injection layer, HIL), 정공 수송층(hole transport layer, HTL), 발광층(emissive layer), 전자 수송층(electron transport layer, ETL), 전자 주입층(electron injection layer, EIL), 음극(cathode)의 적층형 구조로 구성된다 [그림 2a]. 양극 물질로는 주로 투명전도층인 ITO(indium tin oxide)가 사용되며, 음극 물질로는 일함수(work function)가 낮은 금속인 Ca, Al, Ba 등이 사용된다[4]. 발광층은 유기 호스트(host) 물질과 도펀트(dopant)물질로 구성되며 사용되는 재료에 따라 녹색, 적색, 청색 등의 발광파장이 결정된다. 양극과 음극의 양 단에 전압이 인가되면 전자가 음극에서 전자 주입층의 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital)로 주입되고, 정공은 양극에서 정공 주입층의 HOMO(highest occupied molecular orbital)로 주입된다. 주입된 전자와 정공은 전자/정공 수송층을 통해 발광층으로 이동하고, 발광층에서 전자와 정공은 재결합하여 여기자(exciton)를 형성한다. 여기자가 여기상태(excited state)에서 기저상태(ground state)로 되돌아가면서 줄어든 에너지 준위에 해당하는 빛을 방출한다 [그림 2b]. OLED 소자의 효율성을 향상시키기 위해서 전자와 정공의 효율적인 주입 및 동일한 이동성, 추가적인 중간층을 사용하여 발광층 이외의 영역에서 재결합을 억제하는 기술이 요구된다[4].
본 고에서는 OLED 소자의 발광 메커니즘 및 OLED 재료의 요구조건/개발동향 및 시장동향에 대해 살펴보고자 한다.