COT-OLED는 컬러필터와 백색 유기 EL층을 형성하는 기술로써 Red, Green, Blue 빛을 내는 유기 EL 층을 Hard Mask를 이용하여 독립적으로 증착하는 기존의 OLED소자와는 달리, 사진 식각에 의하여 컬러필터를 형성한 다음 백색 유기 EL층을 Hard Mask를 사용하지 않고 형성하는 제작 방법이다. 본 실험에서는 제작이 어려운 백색 유기 EL층 대신 녹색 유기 EL층를 증착하여 실험하였다.
백색 OLED 조명 분야에서 색 변환은 큰 이슈가 되고 있다. 하지만 청색 유기물의 발광 특성이 좋지 못하여 아직까지 정착이 되지 못하고 있는 것이 현실이다. 본 연구에서는 발광 효율이 낮은 청색 OLED 대신 청색 LED와 황색 OLED를 사용하여 색 변환을 통한 백색 발광 panel을 제조하고 전기 및 광학적 특성을 평가하였다. 먼저 OLED소자는 진공증착방법을 사용하여 ITO (150 nm)/KHI-001 (5 nm)/LG-101 (10 nm)/KHT-001 (25 nm)/ PGH-02 (25 nm): Ir (mpp) 3 (8%): PRD-003 (0.3%)/TMM-004 (10 nm)/LG-201 (20 nm): LiQ (50%)/Al (150 nm) 구조를 갖는 발광면적 $70{\times}70mm^2$의 황색 OLED panel을 제작하였다. CIE 1931색좌표는(0.49, 0.49)이고, 효율은 $41.61{\ell}m/W$이다. 그리고 LED는 청색 칩을 한 줄로 나열하여 LED bar를 만들었고 여기에 도광판, 리버스 프리즘시트, 확산시트 그리고 반사시트를 더하여 점광원을 면광원화 하였다. CIE 1931색좌표가 (0.15, 0.04)이며 효율은 $3.56{\ell}m/W$이다. 황색 OLED를 청색 LED 면광원 뒤에 붙여서 두 빛이 도광판 위쪽으로 나오게 하였다. 이렇게 hybrid된 빛은 인가 전류를 변화 시킴으로써 색온도 3,200 K의 warm white에서 7,800 K의 cool white까지 변환이 가능하였다. 그리고 순백의 hybrid 빛을 얻을 수 있었는데 이때의 색온도는 4200K이고 CIE 1931색좌표는(0.34, 0.33)이며 연색지수는 89였다.
Two-wavelength에 의한 백색 유기발광소자를 청색계열의 발광재료 DPVBi와 오렌지계열의 발광재료 Rubrene 물질을 사용하여 제작하였다. 소자의 구조는 glass/ITO/TPD$(225{\AA})$/DPVBi/Rubrene/BCP$(210{\AA})/Alq_3(225{\AA})/Al(1000{\AA})$로 하였다. 청색 발광층인 DPVBi와 오렌지색 발광층인 Rubrene층의 두께비율를 변화시켜 가면서 백색광을 구현하였다. 청색발광재료 DPVBi층의 두께가 210${\AA}$ 이고 오렌지색 발광재료의 Rubrene 층의 두께가 180${\AA}$일 때 구동전압 15V에서 $1000cd/m^2$ 휘도와 (0.29, 0.33)의 CIE 색좌표값을 갖는 백색광을 얻었다.
OLED는 유기발광 물질에서 나오는 빛을 이용하는 소자로 현재는 주로 디스플레이분야에서 LCD와 경쟁하고 있다. OLED 조명은 백색을 내는 OLED 소자를 조명으로 이용하는 것으로 휘도가 높고 낮은 전압에서 구동되며 유리 기판위에 제작됨으로 얇다는 장점을 가지고 있다. 특히 OLED는 수 mm 이하의 두께로 구현이 가능하여 경량 박형의 광원이 가능하므로 실치 장소에 대한 제약이 거의 없다는 장점을 까지고 있다. 시장전망 기관들에 따르면 OLED 조명 시장은 2012년을 전후로 본격적으로 시작될 것으로 예상하고 있다.
안트라센의 골격을 갖는 청색 발광 물질, 9-(2-naphthyl)-10-(p-tolyl)anthracene (2-NTA)를 기본으로 하고, 오렌지 도판트인 루브렌을 다양한 부피비로 사용하여 백색 유기발광소자를 제작하였다. 그 결과 C.I.E. 좌표가 (0.32, 0.39)인 백색 유기발광소자를 얻었다. 다양한 부피비의 소자 중 루브렌을 1.5% 이하로 증착된 소자가 3% 이상으로 증착된 소자 보다 전기발광 효율이 높았다. 더욱이 2-NTA를 포함하는 백색 유기발광소자는 같은 조전하에서 2-NTA 만의 청색 유기발광소자 보다 낮은 턴온 전압을 갖는다. 결론적으로 2-NTA는 적은 양의 오렌지 도판트만으로 순수한 백색 유기발광소자를 구현할 수 있다.
백색 OLED 조명 기술의 실용화가 사정거리에 들어왔다. 다양한 제조 기술도 검토되기 시작하였고, 일부 샘플 출하도 시작되었다. 최근에는 수명, 효율도 함께 크게 개선되었고, 또한 고연색성 향상도 동시에 실현될 수 있는 디바이스 개발이 진행되고 있다. 최근에 선두업체들은 조명전문 업체를 설립하여 제품 출하를 시작하고 있다. 본 고에서는 스타트라인에 와 있는 OLED 조명 기술의 현황과 꼭 풀어내어야 할 과제에 대하여 살펴보고 그 장래의 방향성에 대하여 의견을 개진하고자 한다.
OLED 조명은 얇고 가볍고 열이 나지 않은 이점을 가질 뿐만 아니라 형광등 절반의 전력으로 같은 밝기가 구현 가능하여 저전력 조명기구가 가능하게 될 것이다. 또한 태양광에 가까운 균일한 면광원으로 부드러우면서 자연스러우면서 다양한 모양의 등 기구 제작이 가능한 차세대 조명이다. 본고에서는 OLED 조명의 발광원리와 특징, OLED의 고성능화를 위한 고효율 재료기술, 광추출 기술, 백색 OLED 기술, 봉지기술 등에 관하여 기술하였다. 또한 OLED 광원 산업체의 동향을 한국을 중심으로 일본업체, 대만/중국업체, 미국업체, 유럽업체 순으로 살펴보았다. OLED 조명은 2020년에 이론적인 발광 효율인 200lm/W가 구현이 되면 일상생활의 조명이 획기적으로 변화되는 사회를 맞을 것으로 기대되므로, 전 세계적으로 시장형성 초기단계이므로 선제적이고 전주기적인 지원을 통하여 시장선점 및 확대가 필요하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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