최근 OLED에 대한 관심이 뜨겁다. 휴대폰도, TV도 OLED 디스플레이를 채용하는 흐름이어서 더욱 그렇다. 이에 본지는 OLED에 대한 기본적인 내용을 시리즈로 소개합니다.
OLED(Organic Light-Emitting Diode)란 전기를 가해 빛을 내는 ‘전계 발광’을 기반으로, 스스로 빛을 내는 ‘자체 발광형 유기물질’이다. OLED에 전류를 가하면, 빛을 내는 발광물질들로 이루어진 발광층(EML; emission material layer)이라는 곳에서 전자(electron)와 정공(hole)이 만나 빛을 낸다.
위 그림과 같이 전계를 인가하면 음극에서는 전자, 양극에서는 정공이 주입 되어 발광층에서 만나게 된다. 이 때 전자와 정공의 결합체를 여기자(exciton)이라고 하는데, 여기자는 이름 그대로 ‘여기 상태(excited state)’인 입자이다. 여기 상태란 ‘전자가 에너지를 흡수하여 기존의 상태 보다 들뜬 상태’라고 이해하면 된다.
그러나 여기 상태는 일시적으로 불안정한 상태로, 전자는 안정 상태를 찾아가려는 본능이 강하기 때문에 원래의 ‘기저 상태(ground state)’로 다시 되돌아간다. 전자가 여기 상태에서 기저 상태로 되돌아가며 에너지 준위가 원래 수준으로 다시 낮아지게 되는데, 이 때 줄어든 에너지가 빛의 형태로 방출되어 우리 눈으로 인지된다.
발광*발색 및 TFT 특성에 따른 분류 (Flexible OLED, WOLED, QD-OLED로 분류 가능)
OLED 패널은 어떻게 빛을 비추고, 색을 재현하며, 어떤 종류의 TFT(Thin Film Transistor) 구조를 가지는지에 따라 크게 Flexible OLED, White OLED(WOLED), 그리고 현재 삼성디스플레이가 개발 중인 Quantum Dot OLED(QD-OLED)로 분류할 수 있다.
Flexible OLED, WOLED, QD-OLED 모두 LCD와 달리 빛을 비출 때 Backlight Unit(BLU)을 사용하지 않고 OLED를 통해 자체 발광한다는 공통점이 있지만, 각각의 발광 방식에는 차이가 있다. 발색 또한 Flexible OLED는 OLED 유기재료층을 통해 색을 재현하는 반면, WOLED와 QD-OLED는 각각 컬러 필터, QDCF(Quantum Dot Color Filter)를 통해 색을 재현하는 등 모두 각기 다른 방식을 취하고 있으며, 각 방식에 따라 서로 다른 장단점을 가지고 있다.
TFT(Thin Film Transistor)란 디스플레이 구동 시 전류의 흐름을 담당하는 전기 스위치로, 디스플레이 픽셀(화소)들의 빛을 조절한다. TFT는 ‘게이트(Gate)-게이트 절연막(Gate Insulator)-활성층(Active layer)-소스(Source)-드레인(Drain)-보호막(Passivation)’으로 구성된다. 이 중 핵심은 ‘활성층’으로, 활성층을 이루는 재료에 따라 TFT의 특성이 좌우된다.
TFT는 활성층에 적용된 재료에 따라 a-Si(amorphous silicon), Oxide(IGZO), LTPS(Low Temperature Poly-silicon)로 구분되며, 전류의 속도는 a-Si < Oxide < LTPS로, LTPS가 a-Si 대비 최대 100배 빠른 속도를 갖는다. 이는 입자 배열의 차이에서 기인하는데, LTPS TFT에 적용되는 Poly-silicon은 입자 배열이 a-Si(비결정질 실리콘) 대비 규칙적이기 때문에 전자 이동 속도가 상대적으로 빠른 것이다.
이는 우리(전자)가 구불구불한 길(a-Si) 위를 달릴 때보다 직선의 평탄한 길(polysilicon)에서 더 빠르게 달릴 수 있는 것과 유사하다. 전류의 흐름이 빨라지면 각 픽셀의 TFT를 빠르게 열고 닫을 수 있어 고해상도 구현이 가능하다. 현재 Flexible OLED에는 LTPS TFT, WOLED는 Oxide TFT가 적용되고 있으며, QD-OLED 또한 Oxide TFT를 적용할 것으로 전망된다.
