[e돋보기] OLED

[양태훈기자] OLED(Organic Light Emitting Diode)는 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 '자체 발광형 유기물질'을 말한다.

액정표시장치(LCD) 대비 낮은 전압에서 구동이 가능, 두께를 얇게 만들 수 있는 게 강점이다. 더불어 넓은 시야각과 빠른 응답속도를 제공해 화질 변화 없이 영상을 감상할 수 있는 게 특징이다.

◆ OLED의 역사

OLED 기본 원리는 전류를 흘려 빛을 발산하는 현상(EL, Electroluminescence)에서 출발한다.

이는 1936년 프랑스의 물리학자 조르쥬 데스트리아우에 의해 최초로 발견, OLED의 단서가 된 유기화합물의 발광현상은 1953년 프랑스 낭시 대학의 베르나노즈 연구팀에 의해 최초로 관측된다.

이후 1963년 뉴욕대의 마틴 포프 연구팀을 통해 직류에서의 유기화합물의 발광현상이 발견, 1987년 미국의 이스트만 코닥사가 저전압구동·고휘도·높은 응답속도를 가진 OLED소자를 고안해내게 된다.

최초의 OLED 제품은 1997년 일본 파이오니아가 개발한 차량용 FM문자방송 수신기로, OLED가 수신기의 디스플레이로 사용됐다.

OLED는 구동 방법에 따라 양극과 음극이 단순 교차해 화소를 구성하는 수동 매트릭스(PM, Passive Matrix)와 각 화소에 스위치용 박막트랜지스터(TFT)를 배치하는 능동 매트릭스(AM, Active Matrix)로 구분된다.

또 색상을 표현하는 방식에 따라서는 빛의 삼원색인 적(R)·녹(G)·청(G)이 각각의 색을 구현하는 '독립화소방식'과 청색 발광층의 일부 발광을 색 변환층에 통과시켜 적색, 녹색을 얻는 '색변환 방식(CCM)', 흰색 발광층의 발광을 컬러 필터를 통과시켜 적, 녹, 청을 얻는 '컬러 필터 방식'이 있다.

현재 삼성전자와 LG전자가 각각 스마트폰, TV 등에 적용하고 있는 OLED는 적·녹·청이 각각 색을 구현하는 능동형 유기발광다이오드(AMOLED, Active Matrix Organic Light Emitting Diode)다.

◆ AMOLED vs LCD

AMOLED는 유기박막층을 양측에서 양극과 음극으로 에워싼 샌드위치 구조로 이뤄져 있다.

유기박막층은 전자주입층(EIL, Electron Injection Layer), 전자수송층(ETL, Electron Transfer Layer), 발광층(EML, Emission Material Layer), 정공수송층(HTL, Hole Transfer Layer ), 정공주입층(HIL, Hole Injection Layer)로 구성, 발광층은 외부에 광을 방출해야하는 만큼 광투과성을 갖고 있는 투명 전극(ITO)가 사용된다.

양극과 음극에 직류 전압을 걸면, 각각의 전극과 유기막의 경계에서 정공(+)은 양극에서 정공수송층으로 이동, 전자(-)는 전자수송층을 거쳐 양극으로 이동해 발광층에서 만나 결합하며 빛을 방출한다.

LCD가 백라이트와 유리판 사이에 액정 컬러필터 등을 포함한 복잡한 구조인데 반해 OLED는 유리판 사이에 자체 발광하는 유기화합물을 넣는 단순한 구조로 이뤄져있다.

특히 LCD는 백라이트(BLU)라는 보조 광원 없이 빛을 낼 수 없지만, OLED는 백라이트 없이도 스스로 빛을 낼 수 있어 두께와 무게를 줄일 수 있는 것은 물론 전력소모량도 줄어들게 된다. 통상 LCD 대비 전력소모량은 절반, 두께는 3분의 1 수준이다.

또 OLED는 응답속도가 LCD 대비 1천배 이상 빠른 것도 이점인데, 이는 동영상 재생 시 화면에 잔상이 남지 않아 재생 화면을 품질 저하 없이 자연스러운 영상구현이 가능하다.

더불어 소자 자체가 빛을 내는 방식이기 때문에 어두운 곳이나 외부의 빛이 들어올 때도 높은 시인성을 제공하며, LCD 대비 검은색처럼 어두운 색상을 표현하는데 유리하다.

현재 전 세계 디스플레이산업은 기존 LCD 시장의 성숙단계 진입으로, 혁신기술인 OLED와 이를 활용한 투명, 플렉서블, 롤러블 등의 차세대 디스플레이에 대한 중요성이 높아지고 있는 상황.

한편, 시장조사업체 디스플레이서치에 따르면 지난해 82억3천168만 달러(9조 5천652억)였던 세계 OLED 디스플레이 시장 규모는 올해 110억 달러(12조 7천820억)를 돌파, 오는 2020년에는 200억 달러(23조 2천400억)를 넘어설 전망이다.