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최근 친환경 소재로 LED 소자들이 각광 받고 있습니다. 그 이유는 바로 기존에 사용하던 소자들에 비해 에너지 효율이 좋아 에너지 절약이 가능하기 때문입니다. 이러한 특징 때문에 최근 유기발광다이오드(OLED) 조명이 2013년에 일반 가정에 보급될 될 것으로 전망되고 있습니다. 이러한 OLED는 어떤 원리로 작동하며 그 종류에는 어떠한 것이 있는지 살펴 보도록 하겠습니다.

 
 

1. OLED 구조와 작동원리

먼저 Substrate는 그 소재가 플라스틱이나 유리로 이루어져 있으며 OLED를 지지해주는 부분입니다.  Anode 는 전류가 흐를 때 전자를 제거하여 정공(electron Holes)을 만드는 역할을 합니다. 그리고 그 위에 있는 Conducting layer 이 층이 바로 Anode에 의해 영향을 받아 정공(Electron Holes)가 생성되는 곳입니다. Emissive layer의 경우에는 Cathode에서 전자를 받아 들이는 역할을 하는 층이며 빛을 생성하는 층입니다. 앞의 두 막은 유기물질로 이루어 져있기 때문에 Organic layers 라 부르기도 합니다. Cathode는 앞서 보신대로 전압을 공급하는 단자입니다.	[그림 1] OLED 구성 (출처)
그렇다면 어떠한 원리에 의하여 OLED에서 빛을발생시킬 수 있는지 살펴보도록 하겠습니다.  먼저 음극(Cathode)과 양극(Anode)에 전류가 흐르기 시작하면 Emissive layer에서 전자가 공급이 되고Conductive layer에서는 전자를 제거합니다.  이 과정에서 제거된 전자에 의하여 Conductive Layer에 정공이 생성되게 됩니다.  이렇게 생성된 정공은 다시 전자와 만나서 결합을 하게 되는데 이 과정에서 여분의 에너지가 발생하게 되고 이 에너지가 바로 빛으로 나타나게 됩니다.  위와 같은 원리로 빛이 생성 된다고 할 수 있습니다.  다음으로는 이러한 OLED의 종류에 대해서 간단하게 살펴 보도록 하겠습니다.	[그림 2] OLED 작동 원리 (출처)

 
 

2. 저분자 OLED와 고분자 OLED

  먼저 OLED는 유기물질의 특성에 따라서 저분자 OLED와 고분자 OLED로 구분 할 수 있습니다. 고분자 OLED의 경우에는 PLED로 알려져 있기도 합니다.

 두 OLED의 특징을 살펴보면 다음과 같습니다. 우선 저분자물질의 경우 재료의 특성 파악과 물질의 합성에 용이합니다. 또한 효율성 측면에서도 PLED에 비하면 높은 수준을 가지고 있습니다. 그러나 저분자물질로 얇은 박막을 만들기 위해 고가 장비가 필요합니다. 그러다보니 생산성이 떨어진다는 단점을 갖게 됩니다.

 반면 PLED의 경우 상대적으로 기계적 강도가 강하고, 유기재료를 적절한 용매에 녹여 박막을 형성하는 방식을 사용하기 때문에 인쇄 장비를 사용하여 제작 할 수 있다는 장점이 있습니다. 상대적으로 원가가 낮고 생산성이 높다고 할 수 있습니다. 다만 아직 효율성 측면에서 저분자 물질에 비해 성능이 나쁘기 때문에 추가적인 연구가 필요합니다.

 
 

3. Active-Matrix OLED와 Passive-Matrix OLED

다음은 작동방식에 따른 구분을 보도록 하겠습니다. 작동방식에 따라서는 Active-Matrix OLED와 Passive-Matrix OLED로 구분이 가능한데요. 간단한 구조는 다음과 같습니다.

 

[그림 3] Active-Matrix OLED와 Passive-Matrix OLED의 구성(참고)

 

능동형 Active-Matrix OLED(AMOLED)의 경우 음극이 큰 하나로 된 층을 이루어지는 특징을 가지며, 각 발광소자들은 개별적으로 작동하는 특징을 갖습니다. 이런 작동이 가능한 이유는 양극이 박막트랜지스터(TFT)의 위에 위치하고, 각 화소를 TFT로 제어하기 때문입니다.

수동형인 Passive-Matrix OLED(PMOLED)는 음극과 양극이 각 라인으로 존재하고 이를 교차 배열하여 전압을 가하는 형식을 취합니다. 그리고 각 극의 전류를 조절하여 교차되는 부분의 빛을 조절하는 방식을 취하게 됩니다.

 수동형은 능동형 방식에 비해 제작하기가 간단합니다. 하지만 능동형 방식에 비하여 전력소모가 많습니다. 따라서 대화면에 사용하기 보단 MP3 플레이어나, 핸드폰 등에 많이 사용하게 됩니다. 이에 비해 능동형인 AMOLED는 응답 속도가 빠르고 전력소모가 상대적으로 적은 편입니다. 그래서 컴퓨터 모니터나 큰 TV에 주로 사용되는데요. 하지만 제조가 상대적으로 어렵고 그 단가가 높습니다.

 
 

4. OLED의 장점
 

이러한 OLED는 어떤 장점을 가지게 될까요?

OLED는 자체 발광하여 백라이트가 필요없기 때문에 상대적으로 얇은 초박형 디자인이 가능합니다. 이론상으로는 사람 머리카락 굵기인 500nm까지 가능하다고 합니다. 또한 OLED는 기판 재료를 플라스틱을 이용하여 구부릴 수 있는 디스플레이 기술로 각광받고 있습니다. 그리고 전력 소모량을 크게 줄일 수 있습니다. OLED의 각각 화소에 빛이 필요할때만 점등하는 방식을 가지므로 기존 LED에 비하여 전력소모가 적습니다. 또한 OLED는 화질이 우수합니다. 먼저 시야각이 넓고, 명암비 역시 좋아 검은색의 표현이 자유롭습니다. 또한 응답속도 역시 우수해 한층 편안한 영상을 만들 수 있다고 합니다.

 

Reference

How stuff works : http://electronics.howstuffworks.com/ (참고)

화학공학연구정보센터 : http://www.cheric.org/ (참고) 

News Danawa : http://news.danawa.com/  (참고)

verde. 녹색기술 Active-Matrix OLED, AMOLED, OLED, OLED 구성, OLED 원리, OLED 장점, Passive-Matrix OLED, PLED, PMOLED

11월 10일부터 11월 12일까지 일본 마쿠하리 컨벤션 센터에서 열린 FPD International 2010에서 삼성, LG, 소니 등 굴지의 글로벌 기업들이 미래를 선도하는 차세대 디스플레이 기술을 선보였습니다. 지난 번에 AMOLED와 해외친환경 아이템에 대한 소개를 포스팅한 적이 있었는데요. 이번 포스팅과 같이 보신다면 기술에 대한 이해에 많은 도움이 되시리라 믿습니다.

머나먼 미래의 이야기 같던 공상들이 현실화되고 있습니다. 그 놀라운 현장을 동영상으로 확인해보시죠.

 

첫번째 영상에서는 삼성의 투명한 OLED를 소개하고 있습니다. 투명한 OLED는 노트북에 적용이 가능하고, 회사의 유리창에 설치가 되면 업무를 볼 때 유용하게 쓰일 수 있습니다. 52초부터 삼성의 이종서 수석연구원께서 스마트 워킹을 위한 투명한 OLED 활용법을 소개하십니다. 1분 35초부터는 투명한 OLED를 활용하여 제품을 홍보하는 방법이 선보이는데요. 멋있습니다!

 

 

두번째 영상에서는 삼성, 소니, LG의 휘는 OLED를 소개하고 있습니다. 삼성의 휘는 OLED는 고정된 틀에서 휜 상태로 영상이 재생되지만, 소니의 휘는 OLED는 영상이 재생되는 순간에도 힘을 가해도 재생에 변함이 없는 것이 인상적입니다. LG는 신문 대용이 가능한 e-paper를 선보였습니다. 앞으로도 세 회사가 선의의 경쟁을 펼치며 기술 개발에 총력을 기울여주시길 바랍니다.

 

나날이 발전하는 차세대 디스플레이 기술들을 보면 노키아의 미래휴대폰 컨셉 Morph 등장이 멀지 않았음을 알 수 있습니다. 휘는 OLED, 접히는 OLED, 투명한 OLED… 최신 기술의 발전과 더불어 밝은 미래를 기대해봅니다.

 

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수년 전부터 컴퓨터 업계에선 LCD 모니터가 CRT 모니터를 완전히 대체하고 있다. 실제로 주위를 둘러봐도 CRT 모니터를 사용하는 분들은 거의 없다. 그리고 평판 디스플레이 방식을 적용한 PDP, LCD TV가 가전기기 부문을 독식하고 있다. 벽걸이 TV에 적용되는 PDP(Plasma Display Panel) 방식은 고화질 및 대면적화가 가능하지만 전력소비가 많은 편이다. LCD(Liquid Crystal Display) 방식은 가볍고 전력소모가 적은 장점이 있어 현재 가장 많이 사용되고 있다. 최근에는 LED(Light Emitting Diode) 방식을 적용한 디스플레이가 주력 상품으로 속속 출시되고 있다.

차세대 성장동력이자 친환경 테마주로 주목받고 있는 LED를 파헤쳐 보자.

1. Overview

OLED(Organic LED)는 차세대 Display로 기존의 LCD 에 비해 얇고 가벼우며, 높은 해상도, 넓은 시야 각, 저전력 구동 등의 장점을 통해 "꿈의 Display"로 불리고 있다. 구동 방식에 따라 PMOLED(Passive Matrix Type OLED) 와 AMOLED(Active Matrix Type OLED) 로 나뉘며 AMOLED는 저전력 소비 대면적이 가능한 형태로 각광 받고 있다. 최근 이슈가 되는 OLED는 AMOLED를 주목하는 것이며 삼성, LG 등의 가전 업체와 소형 기기 전문 업체들도 앞다투어 적용하고 있는 추세이다.

2. 원리 및 구조

OLED는 형광성 유기화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 발광현상을 이용하여 스스로 빛을 내는 자체 발광형 유기물질을 말한다. 전압을 가하면 유기물이 빛을 발하는 특성을 이용하며, 유기물에 따라 R, G, B를 발하는 특성을 이용해 Full Color를 구현하는 것이 발광원리이다. 자발광소자로서 휘도와 색순도 특성이 뛰어나다.

조금 더 자세히 살펴보자.

전원이 공급되면 전자가 이동하면서 전류가 흐르게 되는데 음극에서는 전자가 전자수송층의 도움으로 발광층으로 이동하고, 상대적으로 양극에서는 Hole이 Hole수송층의 도움으로 발광층으로 이동하게 된다. 유기물질인 발광층에서 만난 전자와 홀은 높은 에너지를 갖는 입자를 생성하게 되는데 이때, 입자가 낮은 에너지로 떨어지면서 빛이 발생하게 된다. 발광층을 구성하고 있는 유기물질이 어떤 것이냐에 따라 빛의 색깔을 달라지게 되며, R,G,B를 내는 각각의 유기물질을 이용하여 Full Color를 구현할 수 있다.

3. LCD와 OLED의 차이점

OLED(앞) / LCD(뒤)

LCD 의 경우 백라이트와 유리판 사이에 액정, 컬러필터 등이 포함된 복잡한 구조인데 반해 OLED는 유리판 사이에 자체 발광 유기물을 넣은 단순한 구조이다. OLED는 백라이트가 없는 자체 발광 소재인 만큼 두께가 훨씬 얇다. 또한 스스로 소자 자체가 스스로 빛을 내는 것으로 어두운 곳이나 외부의 빛이 들어올 때도 시인성이 좋은 특성을 갖는다. LCD의 경우 재생하는 동화상이 어두운 경우 색의 변화가 크다. 하지만 OLED는 화면이 어둡더라도 섬세한 표현이 가능해 검은색 배경에 검은 옷을 입은 사람도 비교적 선명하게 구분할 수 있다.

동화상의 재생시 응답속도의 높고 낮음은 재생 화면의 품질을 좌우하는데, OLED는 응답속도가 빨라서 잔상이 남지 않아 자연스러운 영상을 표현할 수 있다. 저온에서 얼어버리는 LCD와 달리 온도에 구애받지 않고 영상을 즐길 수 있는데다, 소비전력도 LCD의 40% 이하로 알려져 있다. LCD는 화면의 밝고 어두움과 관계없이 무조건 백라이트를 켜야하지만 OLED는 자체 발광인만큼 필요한 부분만 밝히면 되니 전력소모가 그만큼 적은 것이다.

4. AMOLED

OLED는 PM(Passive Matrix type)방식과 AM(Active Matric Type)방식으로 구분되는데, PMOLED는 가로선에 신호를 순차적으로 인가하여 가로 방향의 Dot들이 한 줄, 한 줄씩 순차적으로 발광하는 방식이어서 화면의 밝기와 해상도에 한계가 발생한다. AMOLED는 순차 발광의 단점을 없애기 위해 가로선과 세로선의 교차점에 박막 트랜지스터를 각각 형성하여 Dot 전부가 동시에 발광할 수 있도록 한 방식이다. 

주로 핸드폰의 sub창에 사용하였던 PMOLED에 비해 더욱 발전한 형태인 AMOLED는 R,G,B 독립구동 방식이므로 소비전력이 낮고, 높은 퀄리티의 Display구현이 가능하다. PM방식에 비해 복잡한 공정으로 인하여 장비 및 재료비용이 고가이나 이러한 AMOLED의 단점에도 불구하고, 낮은 소비전력, 고화질, 빠른 응답속도, 광시야각, 박형구현이 가능하다.

< AMOLED를 이용한 제품의 특징>

AMOLED를 적용한 제품은 고화질의 디스플레이가 가능하다. 또한 기존 디스플레이와 달리 빛을 내기 위한 백 라이트(Back Light)가 없어, 전력소모가 적고 배터리 사용시간이 향상된다. TFT-LCD의 전력소모 기준 대비 34~50% 수준의 전력 소비를 절감할 수 있다. 백라이트 부가 빠지면서 두께(Slim)가 얇아지고 화질의 왜곡이나 정보손상이 전혀 없고 LCD 응답속도의 1,000배 이상 빠르게 영상에 반응한다.

아울러 영상 재생시 빠른 화면에서도 잔상현상이 거의 나타나지 않으며 장시간 시청 시 눈의 피로도를 감소시킬 수 있다. 자체 발광이 가능한 유기물질을 이용하기 때문에 야외 및 어두운 곳에서도 선명하고 깨끗한 화질을 감상할 수 있다는 장점을 갖고 있다.

이처럼 OLED는 휴대용 기기뿐만 아니라 일반 디지털 TV에서도 넓게 사용 될 수 있기 때문에 시장영역이 점차 넓어지고 다양한 전자기기에 활용되고 있다.


5.결론

삼성전자와 LG전자에서 최근 출시한 LED TV는 진정한 의미의 LED TV라고 볼 수 없다. 위에서 언급한 LED Full Panel (AMOLED)을 적용한 것이 아니라 LED를 백라이트로 채택한 것이다. (물론 LED가 LCD의 백라이트로 사용됨에 따라 저전력 및 고화질의 효과를 누릴 수 있다.) 고로 2009년의 LED TV는 과도기 상태의 모델이라고 볼 수 있으며, 조만간에 AMOLED가 적용된 디스플레이 디바이스를 기대할 수 있다. 삼성SDI와 Lg디스플레이 등 대표 디스플레이 기업은 각각 OLED 라인을 증설하여 생산 단가를 떨어뜨려 경쟁력을 갖춘 후 향후 OLED 양산에 대비하고 있다.

이미 소니에서 OLED TV XEL-1 모델을 출시하였으나, 조그마한 11인치짜리 녀석이 무려 20만엔이라는 터무니 없는 가격이 책정되어 있다.

OLED 모니터를 내 책상 앞에 모셔둘 수 있는 날이 얼마 남지 않았다!

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