휴대폰에서 컴퓨터, ATM, 시계, 전자책 리더, TV에 이르기까지 현대 생활에서 화면은 어디에나 존재하며, 우리는 끊임없이 발전하는 시각적 디스플레이 기술에 둘러싸여 있습니다.
유기 발광 다이오드(OLED)는 선명한 색상, 뛰어난 명암비, 깊은 블랙, 고해상도로 디스플레이 산업에 혁신을 가져왔습니다. OLED는 에너지 효율이 매우 높아 휴대폰이나 태블릿과 같은 소형 휴대용 기기뿐만 아니라 대형 옥외 광고판에도 이상적입니다.
OLED 기술은 계속 발전하고 있으며, 최신 혁신 기술을 통해 구부러지거나 접을 수 있는 화면이 가능해졌습니다. 증강 현실(AR) 응용 부문을 위한 완전 투명 디스플레이도 개발 중이며, 이 기술의 다른 많은 용도도 개발 중입니다.
지난 10년간 사람이 엄선한 최대 규모의 과학 정보 저장소인 CAS 컨텐츠 컬렉션TM에서 OLED와 관련된 간행물이 크게 증가했습니다(그림 1 참조). 특히 특허 대 학술지 비율이 약 3:1로, 이는 제조업체가 지속적으로 신제품을 시장에 출시하고 있음을 보여줍니다.
OLED의 작동 원리
디스플레이 기술은 액정 디스플레이(LCD)와 최초의 LED를 통해 발전하기 시작했습니다. LCD는 액정을 사용하여 빛을 선택적으로 투과하거나 차단함으로써 작동합니다. 반면, LED는 개별적으로 제어하여 다양한 색상을 구현할 수 있는 작은 발광 다이오드입니다. 두 기술 모두 백라이트에서 나오는 빛의 전송을 차단하여 시각적 이미지를 생성하는 방식으로 작동합니다.
LED는 발광층에서 적색, 녹색, 청색 빛을 방출할 수 있는 유기 물질을 사용하거나 투명층 중 하나에 색상 필터를 추가하여 색상 빛을 생성합니다.
그러나 OLED는 백라이트를 사용하지 않습니다. 그들은 전류에 반응하여 빛을 방출하는 유기(탄소 기반) 반도체 물질을 활용합니다. 이 발광층과 전도층은 음극과 양극 사이에 끼워져 있습니다(그림 2a 참조). 전기가 가해지면 음극에서 생성된 전자는 발광층으로 이동하고, 양극에서 생성된 정공은 전도층으로 이동합니다. 전도층의 정공이 발광층의 전자와 재결합하면서 광자 형태로 에너지를 방출합니다.
적색, 녹색 및 청색 OLED의 배열을 근접하게 배치하고 독립적으로 활성화함면 이들은 개별 픽셀로 작동하여 복잡하고 고해상도의 컬러 이미지를 생성할 수 있습니다(그림 2b 참조).
이 시스템은 유리 또는 플라스틱으로 된 보호층에 둘러싸여 있습니다. 상단층은 씰로 알려져 있으며 하단층은 기판으로 알려져 있습니다. 일반적으로 상단 또는 하단 레이어 중 하나 이상이 투명하여 장치에서 빛이 빠져나갈 수 있습니다. OLED는 자체 발광 픽셀을 사용하고 백라이트가 필요 없기 때문에 LCD나 LED 기술을 사용하는 디스플레이보다 훨씬 더 크고 얇게 만들 수 있습니다.
폴더블 디스플레이, 투명 디스플레이 및 기타
OLED는 유기 물질, 구동 방식, 발광 경로라는 세 가지 핵심 요소에 따라 여러 유형으로 분류될 수 있습니다(그림 3 참조).
가장 흥미로운 OLED 혁신은 다음과 같습니다.
- 플렉시블 OLED(FOLED): FOLED 기술은 유연한 소재를 활용하여 화면이 손상 없이 구부리거나 접히거나 말릴 수 있도록 합니다. 이 혁신은 더 얇고 가벼우며 에너지 효율이 높은 디스플레이를 위한 길을 열어줍니다. 이 기술의 응용 분야로는 폴더블 폰, 롤러블 TV, 심지어 AR/VR 안경과 웨어러블 디바이스가 있습니다.
- 투명 OLED(TOLED): TOLED 디스플레이는 투명 또는 반투명 음극과 양극을 모두 가지고 있습니다. 이 양면 투명도는 상단과 하단 표면 모두에서 빛을 방출할 수 있게 합니다. 높은 투명도는 꺼진 상태에서도 더 선명한 시야를 제공합니다. TOLED는 선명한 명암비, 생생한 색상, 유연성 및 넓은 시야각을 제공하여 비할 데 없는 시각적 경험을 제공합니다. 콘텐츠를 표시하고 사용하지 않을 때에도 투명성을 유지할 수 있기 때문에 TOLED 디스플레이는 TV, AR/VR 안경 및 대화형 소매 디스플레이에 이상적입니다.
- 소분자 OLED(SMOLED): 오늘날 TV, 태블릿, 노트북 및 스마트폰을 포함한 대부분의 디스플레이는 SMOLED를 사용합니다. 이 OLED는 발광층에서 전기 발광 물질로 소형 유기 분자를 사용합니다. 사용 가능한 유기 방출체의 광범위함으로 인해 구조적 유연성, 손쉬운 정제, 그리고 발색단의 더 간단한 화학적 변형을 포함한 여러 가지 이점을 제공합니다. 이 기술은 발광 메커니즘에 따라 형광 OLED와 인광 OLED(PHOLED)로 추가 분류됩니다. PHOLED는 대부분의 에너지를 열로 손실하는 형광 기술에 비해 에너지 효율이 더 높습니다.
- 능동형 매트릭스 OLED(AMOLED): AMOLED 디스플레이는 저장 커패시터와 통합된 박막 트랜지스터(TFT) 백플레인을 사용하여 각 픽셀을 독립적으로 직접 제어하고 활성화하여 뛰어난 해상도, 높은 대비, 생생한 색상, 넓은 시야각 및 더 큰 디스플레이 크기를 제공합니다. 이들은 빠른 재생률, 에너지 효율성, 얇고 유연한 디스플레이 가능성을 특징으로 합니다. AMOLED 디스플레이는 스마트폰, 스마트 워치, 노트북, TV에 일반적으로 사용됩니다.
- 흰색 OLED(WOLED): 흰색 광을 방출하는 OLED 패널은 WOLED로 알려져 있습니다. 이 기술은 에너지 효율이 매우 높으며, 고체 조명, TV, 모니터 및 기타 디스플레이에 사용할 수 있습니다.
OLED 기술의 추가 개선
OLED는 뛰어난 소비자 경험에도 불구하고 아직 일반적인 LED 및 다른 디스플레이 기술을 완전히 대체하지 못했습니다. 그 이유는 무엇일까요?
최근까지 OLED는 수명이 짧았으며, 특히 청색 발광체가 시간이 지남에 따라 열화되는 문제가 있었습니다. 높은 온도, 습한 조건, 그리고 밝기의 증가는 열화 과정을 가속화하여 OLED 디스플레이의 전체 작동 수명을 단축시킬 수 있습니다.
OLED 화면에 장시간 정지 이미지가 표시되면 화면에 영구적인 그림자가 남는 '번인' 효과가 발생할 수 있습니다. 예를 들어, TV를 한 채널에 몇 시간 동안 켜두면 문제가 발생할 수 있습니다.
이러한 과제를 해결하는 것은 OLED 응용 부문을 확장하는 데 매우 중요합니다. 연구자들은 이 기술의 지속적인 문제를 해결하고 시각적 측면을 개선하기 위해 청색 PHOLED, 플라즈모닉 PHOLED, 열 활성화 지연 형광(TADF) 및 고형광(HF) 이미터와 같은 다양한 유형의 이미터를 포함한 혁신을 탐구하고 있습니다. 이러한 개선은 다른 디스플레이 기술에 비해 여전히 높은 비용을 낮추는 데도 도움이 될 수 있습니다. 더 많은 OLED 기기를 생산할 수 있다면, 규모의 경제를 달성하여 비용을 절감할 수 있습니다.
OLED 기술의 역동적인 동향이 발전함에 따라, 롤러블 신문 화면, 구부릴 수 있는 스마트폰, 매장에서의 투명한 인터랙티브 디스플레이를 상상할 수 있습니다. 웨어러블 기기, 생체의학 영상, 상업용 조명도 최첨단 OLED에 의해 변화될 수 있습니다.
