현대 사회에서 스크린은 휴대폰부터 컴퓨터, ATM, 시계, 전자책 리더기, TV에 이르기까지 어디에나 존재하며, 우리는 끊임없이 발전하는 시각적 디스플레이 기술에 둘러싸여 있습니다.
유기 발광 다이오드(OLED)는 선명한 색상, 뛰어난 명암비, 깊은 블랙 표현, 고해상도를 바탕으로 디스플레이 산업에 혁명을 일으켰습니다. 또한 OLED는 에너지 효율이 매우 높아 휴대폰이나 태블릿과 같은 소형 휴대용 기기부터 대형 옥외 광고판에 이르기까지 폭넓게 활용됩니다.
OLED 기술은 계속해서 진화하고 있으며, 최신 혁신을 통해 구부리거나 접을 수 있는 스크린이 가능해졌습니다. 증강 현실(AR) 애플리케이션을 위한 완전 투명 디스플레이를 비롯해 이 기술을 활용한 다양한 응용 분야가 개발되고 있습니다.
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지난 10년간 과학 정보 분야에서 가장 방대한 인적 큐레이션 저장소인 CAS Content CollectionTM에서 OLED 관련 출판물이 크게 증가했습니다(그림 1 참조). 특히 특허 대 저널 비율이 약 3:1이라는 점은 제조업체들이 끊임없이 새로운 제품을 시장에 내놓고 있음을 보여줍니다.
OLED의 작동 원리
디스플레이 기술은 액정 디스플레이(LCD)와 초기 LED의 등장으로 발전하기 시작했습니다. LCD는 액정을 사용하여 빛을 선택적으로 투과하거나 차단하는 방식으로 작동합니다. 반면, LED는 개별적으로 제어하여 넓은 색 스펙트럼을 생성할 수 있는 작은 발광 다이오드입니다. 두 기술 모두 백라이트에서 나오는 빛의 투과를 차단하여 시각적 이미지를 생성합니다.
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OLED는 발광층에서 적색, 녹색, 청색 빛을 방출할 수 있는 유기 재료를 사용하거나 투명층 중 하나에 컬러 필터를 추가하여 유색 빛을 생성합니다.
하지만 OLED는 백라이트를 사용하지 않습니다. OLED는 전류에 반응하여 빛을 내는 유기(탄소 기반) 반도체 재료를 활용합니다. 이 발광층과 전도층은 음극과 양극 사이에 샌드위치처럼 끼워져 있습니다(그림 2a 참조). 전기가 공급되면 음극에서 생성된 전자는 발광층으로 이동하고, 양극에서 생성된 정공은 전도층으로 이동합니다. 전도층의 정공이 발광층에서 전자와 재결합하면서 광자 형태의 에너지를 방출합니다.
적색, 녹색, 청색 OLED 배열을 근접 배치하고 독립적으로 활성화하면, 이들이 개별 픽셀로 기능하여 복잡하고 고해상도인 컬러 이미지를 생성할 수 있습니다 ref, ref (그림 2b).
이 시스템은 유리나 플라스틱 보호층 내부에 포함되어 있습니다. 상단 층은 봉지층(seal), 하단 층은 기판(substrate)이라고 합니다. 일반적으로 빛이 기기 밖으로 나갈 수 있도록 상단이나 하단 층 중 적어도 하나는 투명하게 제작됩니다. OLED는 스스로 빛을 내는 픽셀을 사용하므로 백라이트가 필요 없으며, 덕분에 LCD나 LED 기술을 사용하는 디스플레이보다 훨씬 크고 얇게 만들 수 있습니다.
폴더블 스크린, 투명 디스플레이 등
OLED는 사용된 유기 재료, 구동 방식, 빛 방출 경로라는 세 가지 핵심 요소를 기준으로 여러 유형으로 분류할 수 있습니다(그림 3 참조).
가장 주목받는 OLED 혁신 기술은 다음과 같습니다.
- 플렉서블 OLED(FOLED): FOLED 기술은 유연한 소재를 활용하여 화면을 손상 없이 구부리거나 접고, 말 수 있게 합니다. 이러한 혁신은 더 얇고 가볍고 에너지 효율적인 디스플레이의 길을 열어줍니다. 이 기술은 폴더블 폰, 롤러블 TV, 심지어 AR/VR 안경 및 웨어러블 기기에도 적용됩니다.
- 투명 OLED(TOLED): TOLED 디스플레이는 투명하거나 반투명한 음극과 양극을 모두 갖추고 있습니다. 이러한 양면 투명성 덕분에 상단과 하단 표면 모두에서 빛을 방출할 수 있습니다. 높은 투명도로 인해 꺼진 상태에서도 선명한 시야를 제공합니다. 또한 TOLED는 뛰어난 명암비, 선명한 색상, 유연성, 넓은 시야각을 제공하여 독보적인 시각적 경험을 선사합니다. 콘텐츠를 표시하면서도 사용하지 않을 때는 투명하게 유지될 수 있어 TV, AR/VR 안경, 인터랙티브 매장 디스플레이에 이상적입니다.
- 저분자 OLED(SMOLED): 오늘날 TV, 태블릿, 노트북, 스마트폰을 포함한 대부분의 디스플레이는 SMOLED를 사용합니다. 이 OLED는 발광층의 전계 발광 재료로 작은 유기 분자를 사용합니다. 사용 가능한 유기 발광체의 범위가 넓어 구조적 유연성이 뛰어나고, 정제가 쉬우며, 발색단의 화학적 변형이 간단하다는 장점이 있습니다. 이 기술은 발광체의 빛 방출 메커니즘에 따라 형광 OLED와 인광 OLED(PHOLED)로 세분화됩니다. PHOLED는 대부분의 에너지를 열로 잃는 형광 기술보다 에너지 효율이 높습니다.
- 능동형 유기 발광 다이오드(AMOLED): AMOLED 디스플레이는 박막 트랜지스터(TFT) 백플레인과 저장 커패시터를 결합하여 각 픽셀을 독립적으로 직접 제어하고 활성화합니다. 이를 통해 우수한 해상도, 높은 명암비, 선명한 색상, 넓은 시야각 및 대형 디스플레이 구현이 가능합니다. 또한 빠른 재생률, 에너지 효율성, 얇고 유연한 디스플레이 구현 능력을 갖추고 있습니다. AMOLED 디스플레이는 스마트폰, 스마트 워치, 노트북, TV에 널리 사용됩니다.
- 백색 OLED(WOLED): 백색광을 방출할 수 있는 OLED 패널을 WOLED라고 합니다. 이 기술은 에너지 효율이 매우 높아 고체 조명, TV, 모니터 및 기타 디스플레이에 사용될 수 있습니다.
OLED 기술의 추가적인 개선
OLED는 뛰어난 사용자 경험에도 불구하고 아직 일반 LED 및 기타 디스플레이 기술을 완전히 대체하지 못했습니다. 그 이유는 무엇일까요?
최근까지 OLED는 짧은 수명, 특히 청색 발광체의 열화 문제로 어려움을 겪었습니다. 고온, 다습한 환경, 높은 밝기는 열화 과정을 가속화하여 OLED 디스플레이의 전체 작동 수명을 단축시킬 수 있습니다.
OLED 화면에 정지 이미지를 장시간 표시하면 화면에 영구적인 잔상이 남는 '번인(burn-in)' 현상이 발생할 수 있습니다. 예를 들어 TV를 한 채널에 몇 시간 동안 켜두면 문제가 될 수 있습니다.
이러한 과제를 해결하는 것은 OLED 적용 범위를 확대하는 데 매우 중요합니다. 연구원들은 지속적인 문제를 극복하고 기술의 시각적 측면을 개선하기 위해 청색 PHOLED, 플라즈몬 PHOLED, 열 활성 지연 형광(TADF) 및 하이퍼플루오레센스(HF) 발광체와 같은 혁신 기술을 탐구하고 있습니다. 이러한 개선은 다른 디스플레이 기술에 비해 여전히 높은 비용을 낮추는 데도 도움이 될 수 있습니다. 더 많은 OLED 기기가 생산되면 규모의 경제를 통해 비용을 절감할 수 있습니다.
역동적인 OLED 기술 환경이 발전함에 따라, 말 수 있는 신문 화면, 구부릴 수 있는 스마트폰, 매장의 투명 인터랙티브 디스플레이를 상상할 수 있습니다.웨어러블 기기, 생체 의학 영상, 상업용 조명 분야 역시 최첨단 OLED를 통해 변화할 것입니다.
