차세대 디스플레이 연구실

OLED(Organic Light Emitting Diode)는 양극과 음극 사이에 발광유기물질이 샌드위치 형태로 존재하는 발광소자이다. 여기에 전극을 통해 전류가 흐르면 빛을 내는 전계 발광현상을 뜻한다. 이는 유기물 내로 전하를 주입하여 유기 발광 분자를 바닥상태(ground state)에서 여기상태(excited state)로 만든 후 다시 바닥상태로 돌아오면서 내놓는 에너지가 빛으로 전환되는 원리를 이용한 것이다. 이때 발광하는 소재의 에너지 밴드갭(energy band gap) 크기에 따라 red, green, blue의 영역에 맞는 빛을 발광하도록 소자를 구성할 수 있다. 그림 1은 OLED의 발광 원리와 기본적인 구조를 도식화한 것으로 수백 nm의 두께를 갖는 유기박막과 양극(anode)과 음극(cathode)으로 구성된다. OLED 발광소자가 구동하는 과정은 단계적으로 전극에서 유기물로 전하가 주입되는 과정, 유기물 내에서 전하가 발광층까지 수송되는 과정, 발광층에서 전자와 정공이 만나 여기자(exciton)를 형성하고 재결합하는 세 단계로 나눌 수 있다. 이러한 기본 발광 원리를 원활히 하기 위해, anode에서 정공이 전극과 유기물 사이의 주입을 원활하게 해주는 정공주입층(hole injection layer, HIL), 주입된 정공이 발광층으로 효과적으로 전달하게 하는 정공수송층(hole transport layer, HTL), 전달된 정공과 전자가 만나 빛을 내는 발광층(emissive layer, EML), cathode에서 전자의 주입과 전달을 원활하게 하는 전자수송층(electron layer, ETL)과 전자주입층(electron injection layer, EIL) 등으로 각 기능별로 최적화된 소재들을 적층하는 다층 박막 구조를 사용한다. 현재 상용화되고 있는 대부분의 OLED는 발광층으로 사용되고 있는 유기 분자들이 등방적 구조를 가지고 있으며 등방적 배열을 하고 있기 때문에 빛의 발광은 편광상태를 가지지 않는 무편광 발광을 하게 된다. 그러나 디스플레이로 사용되는 OLED는 표시 특성 향상을 위해 편광판을 사용하고 이는 OLED가 발광하는 비편광된 빛의 50%만 사용하기 때문에 광효율을 크게 저하시키는 원인이 된다. 편광판을 이용하여 편광된 빛을 이용하는 LCD의 경우에도 마찬가지 상황이다. 편광 OLED 구현 연구는 외광 반사 방지판에 의한 광효율 감소를 극복할 수 있는 breakthrough 기술이며 빛의 세기뿐만 아니라 편광 상태까지 조절하기 때문에 그 응용가능성이 매우 크다고 할 수 있다. 편광 OLED 구현에 사용되는 기술은 디스플레이 특성 향상뿐만 아니라 광통신, 광 기억장치, 태양정지 등의 특성을 향상시키는 응용분야로 확장시킬 수 있으며 유기 반도체, 메모리 bio-chip 등의 새로운 소자 및 제품에 적용 가능하여 신 개념의 소자를 구현할 수 있는 기반 기술이 될 것으로 기대된다. 비등방적 구조를 가진 유기물은 비등방적인 쌍극자 모멘트가 형성되며 이로 인해 dipole moment 방향으로 편광된 빛만 흡수/발광하는 특성을 갖는다. 비등방적 유기물을 한쪽 방향으로 정렬시킬 경우 유기 박막은 선편광된 빛을 발광한다. 비등방성 유기 분자를 배열시키기 위해서 Langmuir Blotgett(LB) films, direct strectching, rubbing, photoalinment, friction transfer, nanostructure 등의 방법들이 연구되었다. 지 금까지의 연구들은 비등방성 물질 개발 및 유기 분자 정렬 방법 중심이었고 정렬 mechanism 및 정렬도 향상에 관한 연구가 거의 진행되지 않았다