기술특집

2009년 제10권 제4호❙ 31

[그림 1] 조명 에너지 소비 절감 예측도

[표 1] 광원별 면광원으로서의 비교

Ⅰ. 서 론

최근 녹색성장 에 지 산업에 한 심이 높아지

면서 조명 산업에서도 력 친환경의 새로운 원의 필

요성이 높아지고 있다. 조명은 세계 력소모의 약

19%를 하고 있는 주요한 에 지 소비원이며, 따라서

지속 인 세계 경제 성장에 따른 력소모의 증가를 낮추

기 해서는 기존 조명보다 높은 효율의 새로운 조명이

필요하다. 한, 형 등과 같은 기존 조명의 경우 효율은

높지만 수은을 사용하는 문제 을 가지고 있어 이를 체

할 수 있는 환경 친화 인 신 원이 필요하다. 이와 같이

고효율 환경친화 신 원은 미래 지속성장을 한 필수

요소로 인식되고 있으며, LED (Light Emitting Diode)와

OLED (Organic Light Emitting Diode)는 이러한 신 원

의 후보 기술이 될 수 있을 것이다.

LED와 OLED는 명칭에서는 유사성이 있지만, 그 특성

과 제조방법 그리고 산업의 가치사슬 등에서 큰 차이 을

있다. 특히, LED가 원인데 반해 OLED는 면 원의

형태이므로, 조명제품에 매우 근 한 원이라고 할 수

있다. 따라서, LED를 조명 기구로 이용하는 데에는 여러

가지 효율의 감소를 겪지만 OLED는 원 효율이 거의

조명 효율이라고 할 수 있을 정도로 조명 기구 제작에 따

른 효율 감소가 미미하다고 할 수 있다. 이러한 이유로

원으로서의 효율을 비교하면 LED가 우수하다고 할 수

있지만, 조명 기구의 효율을 비교하면 OLED 조명 기구

의 효율은 거의 유사할 것으로 측할 수 있다. 한,

OLED 원은 기존 조명용 원이 가질 수 없는 얇고 가

벼운 면 원의 특성 이외에도, 투명한 특성과 유연한 특

성을 부여할 수 있다는 에서 매우 높은 심을 받고 있

다. 물론 단기 으로는 얇고 가벼운 면 원의 특성을 이

용한 조명이 주된 응용이 되겠지만, 추후 기 으로 투

명 는 색가변 원을 이용한 조명과 장기 으로 유연한

원을 이용한 조명이 출 할 것으로 기 된다.

이와 같이 OLED 조명은 기존의 조명과는 완 히 다른

이정익, 이종희, 조두희, 이주원, 추혜용 (한국전자통신연구원 OLED조명 연구팀)

조명용 백색 OLED

❙기술특집❙

32❙인포메이션 디스플레이

[그림 3] 해외 OLED 조명 개발 현황

[그림 4] OLED 조명 과제별 효율 목표

[그림 2] OLED 조명 기술 로드맵 (IPMS)

새로운 패러다임을 창조할 수 있을 것으로 기 되며, 유

럽, 미국, 일본 등에서 극 인 연구 개발이 진행되고 있

다. 먼 , 유럽에서는 OLLA라는 로젝트를 성공 으로

마치고, 이후 OLED100.eu, combOLED 등과 같은 다양한

로젝트가 진행 이다. 유럽의 표 인 OLED 조명

로젝트인 OLED100.eu에서는 1m x 1m의 면 에서

2012년 100 lm/W, 반감수명 100,000 시간, 100 euro/m2의

제조단가 등을 목표로 하고 있으며, 필립스나 오스람과

같은 주요 조명 기업이 극 으로 참여하고 있다. 일

본은 2004년부터 신에 지 산업 기술 종합 개발 기구

(New Energy and Industral Technology Development

Organiczation: NEDO) 주 으로 21세기 조명 로젝트를

진행하고 2011년까지 1m x 1m 크기의 조명, tact time 1

분을 목표로 진행하고 있다. 미국은 에 지국 (Department

of Energy: DOE) 주 으로 “Next Generation Solid State

Lighting” 로그램을 통하여 LED와 OLED 조명을 다루

고 있다. 2020년 200 lm/W의 효율을 목표로 하고 있으며,

GE, UDC 등이 참여하고 있다. GE의 근방법은 다른 조

명 기업들의 근방법과는 다르게 롤투롤 린 공정을

주요 내용으로 하고 있다.

우리나라는 2006년부터 지식경제부 지원과 생산기술

연구원의 주 으로 2013년 100 lm/W 효율의 백색 원

개발을 목표로 로젝트가 진행 에 있다. 2008년까지 1

단계 50 lm/W를 달성하고 지 은 2단계에 어들어 기업

심으로 80 lm/W와 부분조명 상용화를 목표로 진행

에 있다. 한, 2009년 지식경제부의 지원과 한국 자통

신연구원의 주 으로 OLED 원의 투명 주색가변성

을 구 하기 한 새로운 로젝트를 시작했다. 이 과제

에서는 투명 원과 색가변 원을 개발하고, 이를 이용한 감

성조명의 개발을 목표로 하고 있다. 한편, 2007년부터 2010

년까지 에 지 리공단의 지원으로 가격 OLED 조명의

개발 로젝트가 성균 의 주 으로 진행 에 있다.

Ⅱ. 본 론

조명 원으로서의 OLED는 디스 이 응용을 한

OLED와 공통 인 기술 요소도 있지만, 각각 특징 요

소도 가지고 있다. 공통 인 기술 요소는 력효율, 안정

성, 수명, 제조가격 등이 있으며, OLED 디스 이만의

기술 요소는 미세 화소 패턴 형성, 콘트라스트, 해상도,

조명용 백색 OLED❙

2009년 제10권 제4호❙ 33

[그림 6] 조명용 광원으로 적합한 색온도(CCT) 별 색좌표 범위

[그림 5] 태양광 스펙트럼과 연색지수에 따른 색재현력 차이

(OLED 조명 기술 현황 및 전망, 문대규)

[그림 7] 조명용 OLED 광원의 연구 범위

색재 능력 등이 있고, OLED 조명 원만의 기술 요소

로는 연색지수 (CRI, Color Rendering Index), 면 발

균일도, 색유지 능력 등이 있다. 조명용 OLED에서 가

장 큰 차이 인 연색지수는 한마디로 얼마나 태양 과 근

한 스펙트럼을 가지느냐를 정량화한 것이라고 할 수 있

다. 그 값은 0에서 100까지 나타낼 수 있으며, 100에 근

할수록 태양 에 가까운 스펙트럼을 가지는 우수한 원

이라고 할 수 있다. 일반 으로 백열등은 효율은 낮지만

100에 가까운 연색지수를 가지고 있다.

한, 색좌표 기 으로는 블랙바디 라디에이션 곡선으

로부터 많이 벗어나게 되면 조명의 품질이 떨어지는 원

이 된다. 일반 으로 1931 CIE 좌표상에서 y 좌표가 커지

면 효율(efficacy)은 증가하게 되는데, 효율만을 높이고자

하다보면 y 좌표가 무 높아져서 조명으로 사용하기 어

려운 원이 될 수가 있으므로 주의하여야 한다. 한,

원의 색안정성 역시 요한 요소로서 원의 수명과 구동

압에 따른 색상변화와 원의 배 방향에 따른 색상변

화가 어야 한다.

OLED 조명을 한 원은 기술 으로 효율, 수명,

면 공정성을 확보하는 것이 요한 것이라고 할 수 있

다. 먼 , 조명용 원에 있어서 효율은 power efficiency

는 luminous efficacy (lm/W)가 요하다. luminous efficacy

는 주어진 발 스펙트럼에서 내부양자효율, 1/구동 압,

그리고 추출 효율과 비례 계가 있으므로 이들을 높이

기 한 연구가 필요하다. 내부양자효율은 인 소자 등과

같이 고효율 소재를 활용하는 등의 발 층에 한 엔지니

어링을 통해서 100 %에 가까운 효율을 얻을 수 있고, 구

동 압은 극과 유기층과의 계면엔지니어링과 발 층에

서의 하주입장벽 하트랩핑을 조 하여 낮출 수 있

다. 한편, 추출효율은 유기박막모드와 기 모드에 의한

손실을 이기 한 층간 필름의 개발이 요하다. 수

명은 재료, 소자구조, 지구조 등 모든 부분과 련된 것

으로 디스 이용으로는 상당수가 이미 해결되었지만,

조명용 스펙에서는 좀 더 향상된 결과가 필요하다. 상용

화에 있어서 가장 요한 이슈는 제조 가격이 될 것으로

상되는데, 단 면 당 패 의 제조 가격을 신 으로

낮출 수 있는 제조 공정의 개발이 필수 으로 선행되어야

한다. 따라서 이러한 이슈들에 하여 조 더 상세한 설

명을 덧붙이고자 한다.

❙기술특집❙

34❙인포메이션 디스플레이

[표 2] 소재별 백색 OLED의 분류

[그림 8] 두층 발광층을 갖는 인광 백색 OLED의 소자 구조

1. OLED 발광층

고효율 백색 OLED 소자는 조명용 원을 한 핵심

기술이다. 백색 OLED는 소자 구조에 따라서 stack 구조,

단일 발 층 구조, Horizontal RGB, down conversion으로

나 수 있는데, 보통의 경우 제조가 용이하고 고효율을

얻을 수 있는 stack 구조를 사용하게 된다. 한, 사용하

는 소재에 따라서는 형 , 인 , 그리고 하이 리드 백색

OLED로 나 수 있다. 형 소재를 사용하는 경우에는

소자 안정성 면에서는 우수하지만 고효율을 얻는데 한계

를 가지고 있는 문제가 있으며, 인 소재를 사용하는 경

우에는 고효율을 얻을 수는 있지만, 안정 인 청색 소재

가 없다는 문제 을 가지고 있다. 이러한 두 가지 소재의

문제 을 상호 보완하고자 하는 노력으로 청색은 형 소

재를 사용하고 그 외의 색상은 인 소재를 사용하는 하이

리드 방식의 연구가 활발히 진행되고 있다.

최근의 고효율 인 소자의 구조는 다음 [그림 8]과 같

이 정공주입/수송층과 자주입/수송층 이외에 두층의 발

층을 기본 골격으로 하고 있다. 이 때 발 층은 p-type

호스트와 n-type 호스트로 이루어지며 각각의 호스트는

높은 정공주입과 자주입 장벽을 가지는 HOMO/LUMO

구조를 가진다. 이러한 구조는 흡사 LED의 PN 정션과도

같은 구조라고 할 수 있으며, 재결합 역을 두 호스트의

계면으로 제한함으로써 류 손실을 최소화할 수 있는 장

을 가지고 있다. 이때 재료 으로 요구되는 것은 기

화학 /열 안정성이외에도 호스트의 삼 항 에 지가

청색 인 도 트의 것보다 높으며, 정공이동도나 자이

동도가 무 낮지 않아야 한다. 여기에 높은 하이동도

를 가지면서 삼 항 에 지가 청색 인 도 트의 것보다

높은 정공수송층 는 자수송층 소재가 있다면 소자 구

조를 설계하는데 많은 자유도를 제공할 수 있게 된다.

독일 드 스덴 공 의 Leo 교수 그룹에서는 TcTa와

TPBi로 이루어진 발 호스트들과 FIrpic 등의 인 도

트들을 이용하여 다음 그림과 같은 백색 OLED를 구성하

고, 1000nit에서 13 - 14 %의 외 효율 30-33 lm/W

의 luminous efficacy를 얻었다. 일본 야마가타 학의

Kido 교수 그룹에서는 새로운 넓은 삼 항 에 지를 갖

는 bipolar 호스트와 자수송재료를 개발하여 1000nit에

서 44 lm/W의 효율을 달성하 다. 한편 ETRI에서도 새

로운 n-type 호스트를 용하여 1000nit에서 37-46 lm/W

를 달성하여 보고하기도 하 다.

이와 같이 고효율 인 백색 OLED의 개발은 새로운

넓은 삼 항 에 지를 갖는 소재의 개발이 건이라고 할

수 있다. 호스트뿐만 아니라 정공수송층과 자수송층에

서도 기존의 하 이동도와 안정성을 유지하면서 청색 인

도 트의 삼 항 에 지를 소멸시키지 않도록 넓은 삼

항 에 지를 갖는 것이 요하다. 한, 공정성을 확보

하기 한 도 트의 수를 이는 것 역시 요한 이슈이

다. 기존의 디스 이용 도 트가 넓은 색재 범 를

확보하기 하여 좁은 스펙트럼을 갖는 도 트를 선호하

다면, 조명용 도 트는 작은 도 트의 수로 높은 연색

조명용 백색 OLED❙

2009년 제10권 제4호❙ 35

[그림 9] Triplet harvesting형 하이브리드 백색 OLED의 작동 원리

[그림 10] Triplet harvesting형 하이브리드 백색 OLED의 예

(S. Forrest 교수 그룹)

지수를 확보할 수 있도록 넓은 스펙트럼을 갖는 도 트를

선호하게 된다. 따라서, 기존 디스 용 OLED 소재의

개발과는 별개의 방향으로 조명용 OLED 소재의 개발이

실히 요구된다고 할 수 있다.

한편, 하이 리드 백색 OLED는 앞서 설명한 인 백

색 OLED에서 안정성에 가장 큰 문제를 제공하는 청색을

형 으로 체한 소자이다. 하이 리드 백색 OLED는 다

시 형 층의 삼 항을 사용할 수 있는 triplet harvesting

타입과 그 지 않는 direct recombination 타입으로 나

수가 있다.

먼 , triplet harvesting 타입은 이론 으로 모든 류를

빛에 지로 바꿀 수도 있다는 에서 매우 매력 인 방법

이다. 즉, 인 백색 OLED와 같은 효율을 얻을 수 있으

면서 소자 안정성도 확보할 수 있기 때문에 OLED 소자

연구자들의 많은 심의 상이 되어 왔다. 이러한 타입

의 소자가 작동하는 원리는 다음 그림과 같이 형 층에서

부분의 재결합이 일어나고, 따라서 형 층의 단일항 엑

시톤에 의한 청색 발 을 얻게 된다. 형 층 재결합 역

에서 사용되지 않은 삼 항은 에 지 이동 (diffusive

transfer)에 의해서 인 층으로 이동하여 녹색과 색의

인 발 을 얻게 된다. 이러한 원리로 25%의 단일항은

형 층의 청색 발 으로, 나머지 75%의 삼 항은 인 층

의 녹/ 색 발 으로 번환되어 100%의 환효율을 얻을

수도 있게 된다.

이러한 소자에서 요한 사항은 재결합 역을 형 층

으로만 한정할 수 있도록 제어하는 것과 삼 항 엑시톤이

인 층에서만 발 할 수 있도록 에 지 이동을 조 하는

것이다.

이와 같은 상은 미국 Forrest 그룹에서 처음 실 되

어 보고되었다. CBP로 이루어진 발 층의 양끝에 재결합

역이 형성되도록 공통층 소재를 조 하고 형 도 트

로 양끝만 도핑을 한 후, 발 층의 가운데는 형 층과

한 거리를 두고 인 도 트로 도핑을 하여 소자를 제

작하 다. 이러한 소자에서는 와 같이 청색 형 이외

에 에 지 이동에 의한 녹/ 색 인 을 얻을 수 있었다고

한다. 다만, 그 효율은 1000nit에서 10% 정도의 외부양자

효율로 그다지 높지 않았는데, 최 로 triplet harvesting

타입이 구 되었다는데 그 의의가 있다고 할 수 있다.

이러한 타입의 하이 리드 소자는 독일 드 스덴 학

의 Leo 그룹과 ETRI에서도 연이어 보고 되었는데, 드

스덴 학에서는 넓은 삼 항 갭을 갖는 청색 소재

(4P-NPD)를 이용하여 1000nit에서 15.2 %의 외부양자효

율을 보고하 고, ETRI에서는 넓은 삼 항 갭과 높은 효

율을 보이는 청색 호스트와 소자 구조를 이용하여 1000nit

에서 18%의 양자효율을 보고하 다. 그러나, 이러한 원

리의 소자는 까다로운 작동 조건으로 인하여 실질 으로

사용하기 어렵다는 문제 을 가지고 있었다. 즉, 형 층

의 삼 항 엑시톤을 최 한 손실없이 인 층으로 이동시

켜야 하는데, 이러한 경로는 형 층에서의 비발 로세

스에 의해서 소멸되거나 인 층에서 형 층으로 다시 이

❙기술특집❙

36❙인포메이션 디스플레이

[그림 12] PIN 소자의 예 (Novaled)

[그림 11] Direct recombination형 하이브리드 백색 OLED의

구조예

동하여 소멸되는 등의 소멸 경로와 경쟁하여야 한다. 이

때, 다른 소멸 경로보다 우리가 원하는 경로를 빠르게 생

성하는 조건에 한 정보가 부족하여, 소자를 설계하고

측하는 것이 불가능하여, 실 으로 소자를 구 하는

것이 매우 어렵게 된다.

이러한 문제 을 해결하기 하여 direct recombination

타입의 하이 리스소자 연구가 필요로 하게 되었다. 이

타입의 소자는 재결합 역이 형 층과 인 층에 모두 형

성될 수 있도록 조 하여 형 과 인 으로부터 모두 발

을 얻어내는 방법이다. 앞선 triplet harvesting 타입에 비

해 청색 형 층의 삼 항 엑시톤을 사용할 수 없기 때문

에 효율은 낮을 수 있지만, 다양한 소재를 활용할 수 있

고, 한 소자를 설계 하는데 있어 많은 자유도를 갖는 구

조라고 할 수 있다. 이러한 타입의 소자에서는 형 층과

인 층을 분리하는 간층(interlayer)의 역할은 매우 요

한데, 이는 재결합 역을 형 층과 인 층에 걸쳐서 형

성되도록 조 하는 역할을 할 뿐만 아니라, 인 발 층

의 삼 항 엑시톤이 형 층으로 이동하여 소멸되는 것을

막아주는 기능을 하게 된다.

ETRI에서는 direct recombination 타입의 하이 리드

백색 OLED를 이용하여 1000nit에서 15%의 외부양자효

율과 25 - 27 lm/W의 luminous efficacy를 보고한바 있다.

한, Philips에서도 ETRI의 결과와 유사하게 24 - 26

lm/W의 효율을 달성하 으며, 수명의 경우 1000 nit에서

10,000 시간 정도인 것으로 보고 하 다. 이와 같이 안정

인 청색인 소재가 개발되기 까지는 하이 리드 백

색 OLED, 특히 direct recombination 타입이 단기 으로

는 백색 OLED의 solution이 될 것으로 측되고 있다.

2. 유기층/전극 계면

조명용 OLED 소자의 효율에 많은 향을 미치는 것이

구동 압이다. 구동 압은 발 층과 공통층의 이동도와

하주입장벽에도 향을 받지만 극들과 유기층의 계

면에 의해서도 많은 향을 받는다. 먼 , 양극과 정공주

입층 간의 주입장벽을 낮추기 하여 p 도핑된 정공층을

이용하여 ohmic 합을 만들 수 있다. 이 때 강력한 자

받게를 이용하여 도핑하게 되는데, 도 트의 LUMO가 정

공층의 HOMO보다 높은 값을 갖도록 하여야 한다. 최근

에는 속산화물을 이용한 합층도 많이 개발되고 있는

상황이다. 한편, 음극과 자층 사이에는 n 도핑된 자

층을 도입하여 ohmic 합을 만들어 수 있다. 여기서

는 강력한 자주게를 이용하여 도핑하게 되는데 기음

성도가 낮은 속 재료를 사용하게 된다. 기음성도가

낮은 속 소재는 핸들링이 어려운 문제가 있기 때문에

일종의 precursor (Cs2CO3, Li3N 등) 형태로 사용하기도

한다. 한편, 이러한 방법들은 구동 압을 낮추어 주는 장

조명용 백색 OLED❙

2009년 제10권 제4호❙ 37

[그림 13] Tandem 백색 OLED (Philips)

이 있지만, 도 트의 안정성 공정 신뢰성이 많이 떨

어지는 문제 을 노출하여 실재 양산에 용하기 어려운

문제 을 가지고 있다. 따라서, 안정성과 공정 신뢰성을

해결할 수 있는 새로운 해결 방안의 연구 개발이 실히

요구되어 지고 있다.

3. 장수명 백색 OLED

조명용 백색 OLED는 디스 이 OLED에 비해 높은

휘도나 높은 류 도에서 구동될 가능성이 크다. 따라

서, 기존 OLED에 비해 안정성이 더 강력하게 요구될 것

으로 상된다. 소자의 안정성은 소재, 소자구조, 지 등

에 의해서 결정되는데, 기존 디스 이용 OLED와 달라

질 수 있는 부분이 소자구조 부분이 될 것이다.

특히, 층형(Tandem) 구조의 OLED는 조명용 백색

OLED의 장수명화를 한 필수 인 선택이 될 수 있다.

층형 OLED는 비록 효율 면에서는 장 이 거의 없지만,

동일한 휘도를 얻는데 있어서 단층형(single stack)의 소

자에 비해 층되는 소자의 수에 반비례하여 감소하기 때

문에 수명 향상을 이끌어 낼 수 있다. 물론 소자와 소자를

연결하는 연결층의 개발이 핵심 인 부분이 될 수 있는

데, 이는 앞서 설명한 압 구동을 한 p 도핑된 정공

층과 n 도핑된 자층을 주로 활용 할 수 있다. 따라서, 앞

서 제기된 문제 인 안정성과 공정 신뢰성의 확보가 층

형 소자의 개발에 핵심 인 부분이 될 것으로 상된다.

한 소자 구조의 조합도 매우 요한 부분이다. 여러

층의 소자가 층되면 마이크로 공진 효과는 더욱 심각해

지는데, 이는 각각의 발 색상과 두께 조 의 요성을

인식시켜 다. 따라서, 각각 층에 균일하게 압이 인가

될 수 있는 소자 조합도 고려되어야 하는 부분이다.

필립스에서는 청색형 소자와 녹색 색 인 소자

의 층을 통한 층형 백색 OLED 소자를 [그림 13]과

같이 제작하여 26 lm/W의 효율을 얻은 바가 있다.

4. 광추출 향상

기 OLED의 추출 효율은 간단한 ray optics를 이용

하여 1/2n2으로 약 20% 정도로 이해하고 있었으나, 최근

이를 상회하는 실험 인 결과들이 보고되면서 이에 한

정 한 이론 고찰들이 연구되고 있다. 배면발 OLED

에서 생성된 빛은 표면으로 나와 외부로 방출되는 것과

손실되는 것이 있는데, ITO와 유기층 사이에서 waveguide

모드로 빠져나가거나 (Waveguided 모드), 기 의 반사

로 인해 기 에 갇히는 (Substrate guided 모드) 상들이

그 표 인 이다. 물론 속 극의 표면 라즈몬 효

과로 인한 손실 등도 있지만 의 손실에 비하면 미미한

수 이라고 할 수 있다. 이러한 손실의 원인은 ITO/유기

층과(굴 률 약 1.8) 기 (굴 률 약 1.4) 는 기 (굴

률 약 1.4)과 공기(굴 률 1.0) 간의 높은 굴 률 차이에

서 찾을 수 있다. 이론 계산에 의하면 일반 인 배면발

OLED는 외부로 나오는 량이 약 20%, waveguided

모드 약 45%, substrate guided 모드 약 35% 나타난다. 따

라서 부분의 빛이 외부로 나오기 보다는 손실 메카니즘

에 의해 소멸된다고 할 수 있다. 기존 디스 이용

OLED에서는 pixel blur나 공정성 등의 이유로 외부로 향

하는 빛을 늘이는 방법이 매우 제한 일 수밖에 없었다.

그러나, 조명용 OLED 원에서는 높은 효율의 달성이

매우 요한 사항이므로 다양한 방법으로 추출 효율을

높이는 노력을 하고 있다. 먼 , substrate guided 모드를

이기 한 방법으로는, 마이크로 즈 어 이나 산란을

유도하는 여러 형태의 박막 들을 기 과 공기 사이에 형

성하는 방법들이 시도되고 있다. 이러한 시도는 사용되는

재료나 박막 구조에 따라서 추출 효율은 달라질 수 있

으므로 이에 한 최 화가 필요하다. Waveguided 모드

를 이기 한 방법으로는 고굴 률의 기 을 사용하거

나, 기 과 ITO 사이에 산란층을 도입하는 방법 등이 보

❙기술특집❙

38❙인포메이션 디스플레이

[그림 14] 배면발광 OLED에서의 광추출 경로

(Phys. Rev. B, 58, 3730, 1998)

[그림 15] 마이크로렌즈 어레이를 이용한 광추출 효율 향상

(SID 03 Digest, 979, 2003)

[그림 16] OLED에서의 면적에 따른 휘도분포의 예

(Siemens, 2005)

[그림 17] 타일 구조의 OLED 면광원 및 보조배선 구조

예시(GE)

고 있다. 한, 마이크로공진 효과를 높일 수 있는 박막을

삽입하여 추출을 높일 수도 있다. 이와 같이 substrate

guided 모드와 waveguided 모드를 일 수 있는 방법을 모

두 동원한다면 재의 효율보다는 2배 이상, 장기 으로는

3배 이상까지도 효율을 높일 수 있을 것으로 기 된다. 따

라서, 앞서 소개한 백색 OLED의 효율은 소자 효율의 증가

없이도 50 - 70 lm/W에 이르며, 장기 으로는 70 - 100

lm/W에 다다를 것이다. 물론 소자 효율의 증가를 고려한

다면 이보다 더 높은 원 효율을 상할 수 있다. 따라서,

추출 효율이 우수할 뿐만 아니라 공정성이 역시 우수하

여 낮은 가격으로 제조가 용이한 박막들의 개발이 실하

며, 이에 한 많은 연구자들의 심이 필요한 상황이다.

5. 대면적 광원

OLED 원은 투명한 극을 통하여 빛이 방출되는 특

성을 가지는데, 보통 투명 극은 투과도는 80 - 90%로

높지만 면 항이 10 ohm/sq 이상으로 높은 단 이 있다.

따라서, 작은 면 의 원에서는 큰 문제가 없지만 원

의 면 이 커짐에 따라서 극에서 멀어질수록 압강하

가 심하게 일어나고 효율의 감소가 발생한다. 이러한 휘

도 불균일과 효율의 감소를 최소화시키기 해서는 투명

극의 면 항을 낮추는 방법과 함께 보조배선 극을 형

성하는 방법이 이용되고 있다. 먼 , 면 항을 낮추는 방

법으로는 투명 산화물 박막 간에 흡수가 낮은 얇은

속 박막을 삽입하는 방법이 많이 사용되고 있는데, 비록

투과도에서는 약간의 손실이 발생하지만 면 항은 2 - 3

ohm/sq 수 까지 개선할 수 있는 것으로 알려져 있다. 보

조배선은 단순한 공정으로 높은 효율을 얻을 수 있도록

다양한 구조 방법이 연구되고 있으며, 테스트 소자의

90% 이상의 효율을 유지할 수 있는 것으로 알려져 있다.

조명용 백색 OLED❙

2009년 제10권 제4호❙ 39

[그림 18] 백색 OLED 소자의 효율 증가 추이

(UDC, ETRI modified)

[그림 19] 기존 조명과 가격 경쟁력을 갖기 위한 OLED 조명의

단가(Eastman Kodak, DOE SSL Manufacturing Workshop 2009)

[그림 20] OLED 면광원 (ETRI 2009)

면 원화의 다른 방법은 타일 구조이다. 타일

구조는 압강하를 낮출 뿐 아니라 필요시 원 서 모듈

을 교체할 수 있어서 원 수명 수율 리에 유리하게

한다. 따라서, 손쉬운 원의 교체가 매우 요한 사항이

될 것으로 사료된다.

한편, 면 화에 있어서 원의 발열문제는 요

해 지고 있다. 특히, 고휘도로 사용되어야 하는 OLED

원에서는 더욱 발열문제가 심각할 것으로 측되며 이에

한 한 응이 요구된다. 다행히 OLED 원은

LED 원에 비해 발열은 매우 미미한 상황이지만 원

의 효율 수명을 고려한다면 간과해서는 안 될 사항이

다. 기존의 원에서는 원의 뒷면에 LED 원에서 주

로 개발되고 있는 방열필름을 주로 사용하고 있지만, 보

다 좋은 방열특성을 얻기 해서는 지공정과 융합된 방

열 solution이 개발되어야 할 것이다.

Ⅲ. 결 론

OLED 조명기구의 효율은 부분 OLED 원에 의해

결정된다고 볼 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 내부양자

효율과 추출 효율의 증 , 구동 압의 최소화 등을 통

하여 OLED 소자의 효율은 지속 으로 증가하고 있다.

OLED 조명의 상용화를 해서는 효율 이외에도 수명,

스펙트럼 특성, 색안정성, 면 화 등이 요한 이슈이

며 이에 한 심도 높여 나가야 할 것이다.

한, 제조단가 면에서 경쟁력을 가질 수 있는 제조 공

정의 개발이 무엇보다도 요할 것으로 상된다. 기존

조명용 원과의 가격 경쟁력 확보를 해서 제조 공정을

간단히 하고, 사용하는 재료의 손실을 최소화하는 등의

다른 노력이 이루어져야 한다. OLED 원이 기존

원과의 직 인 경쟁은 매우 어려워 보이는 상황에서,

정 인 소식은 OLED로 조명을 제작하는 경우 조명단

가의 부분을 OLED 원이 차지할 수 있다는 것이다.

❙기술특집❙

40❙인포메이션 디스플레이

물론, 조명이 어떤 모습을 하고 있는지에 따라서 원이

조명에 차지하는 비용은 천차만별이겠지만, 확실한 것은

기존 조명에서 원이 차지하는 부분보다는 높은 단가를

차지할 것이다. 이러한 가정하에서는 기존 조명에 비한

가격 경쟁력을 확보할 수 있는 가능성이 있어 보인다. 올

해 4월 개최된 조명용 OLED 제조의 한 워크샵(미국

DOE 주 )에서, 이스트만코닥사는 OLED는 원이 아니

라 등기구라는 컨셉과 5세 장비로 Tact time 40 , 재료

사용효율 75% 등을 가정할 경우 기존 조명보다 훨씬 싼

가격으로 조명을 만들 수 있음을 보여 주었다.

이제 주변에서 OLED 조명을 볼 수 있는 날이 그리 멀

지 않은 것 같다. 그러나, 무 조 한 나머지 성숙하지

않은 기술로 제품을 출시하여 시장의 신뢰를 잃지 않는

주의를 필요로 한다. 지속 인 기술 개발로 제품의 완성

도를 빠르게 높여 가고, 아울러 OLED 원의 특성을 살

릴 수 있는 새로운 조명 디자인을 극 으로 발굴하여

새로운 미래 조명 시장을 창조해 나가야 할 것이다.

참 고 문 헌

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K. Leo, Adv. Funct. Mater., 19, 1319 (2009).

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69992T-1 (2008).

[ 4 ] V. Bulovic, V. B. Khalfin, G. Gu, P. E. Burrows, D.

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(1998).

[ 5 ] V. Bulovic, V. B. Khalfin, G. Gu, P. E. Burrows, D.

Z. Garbuzov, S. R. Forrest, Phys. Rev. B, 58, 3730

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Goldmann, D. Bertram, S. Grabowski, SPIE 7415-45

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[16] J.-I. Lee, J. Lee, H. Y. Chu, ICEL7, OR 5a-1 (2008).

저 자 약 력

이 정 익

1992년 : KAIST 화학과 이학사

1994년 : KAIST 화학과 이학석사

1997년 : KAIST 화학과 이학박사

1998년 : IBM Almaden Research Center

Post. Doc.

1999년~현재 : ETRI(한국전자통신연구원)

OLED 조명연구팀 책임연구원

관심분야 : OLED 디스플레이 및 조명, OLED

소자

이 종 희

2002년 : KAIST 화학과 이학사

2004년 : KAIST 화학과 이학석사

2007년 : KAIST 화학과 이학박사

2007년~현재 : ETRI(한국전자통신연구원)

OLED 조명연구팀 연구원

관심분야 : OLED 디스플레이 및 조명, 유기

전자소자

조명용 백색 OLED❙

2009년 제10권 제4호❙ 41

조 두 희

1987년 : 한양대학교 재료공학과 공학사

1989년 : KAIST 재료공학과 공학석사

1996년 : 일본 경도대학 재료공학과 공학박사

1998년~현재 : ETRI(한국전자통신연구원)

OLED 조명 연구팀 책임연구원

관심분야 : OLED 디스플레이 및 조명, 산화

물 TFT, OLED 광추출

이 주 원

2001년 : 선문대학교 물리학과 이학사

2003년 : 경희대학교 물리학과 이학석사

2006년 : 경희대학교 물리학과 이학박사

2007년 : Dept. of Materials Engineering,

Auburn University. Post. Doc.

2008년~현재 : ETRI(한국전자통신연구원)

OLED 조명 연구팀 연구원

관심분야 : OLED 디스플레이 및 조명, 투명

전극

추 혜 용

1987년 : 경희대학교 물리학과 이학사

1989년 : 경희대학교 물리학과 이학석사

2008년 : 경희대학교 정보디스플레이학과

공학박사

1989년~현재 : ETRI(한국전자통신연구원)

OLED 조명 연구팀 책임연구원(팀장)

관심분야 : OLED 조명 및 디스플레이, OLED

응용소자