OLED 소자의 분류

발광 재료에 따른 분류

유기 발광 재료는 발광 메커니즘에 따라, 형광 OLED, 인광 OLED 및 자연 형광 OLED로 구분한다. 형광 OLED는 순수 유기물 또는 유기 금속 계열의 발광 물질을 이용하며, 일중항 여기 상태에 형성된 일중항 엑시톤을 이용하여 발광하는 소자로서 이론적인 최대 효율은 EL 과정에서 일중항 엑시톤 생성 비율에 해당하는 25%이다. 형광 OLED의 특징은 일중항 엑시톤 생성 비율이 낮기 때문에 효율이 낮은 반면, 일중항 엑시톤이 바닥상태로 떨어지는 시간이 ns 정도로 짧기 때문에 높은 에너지를 가진 전자가 높은 에너지 상태에서 오래 머물지 않아 소자의 안정성이 우수하여 소자 수명이 긴 장점을 가지고 있다. 발관 재료 중 가장 먼저 제품화된 방광 재료로서 대체되었으며, 청색 발광 소자의 경우에는 P-type 지연 형광 발광 재료로 대체되었다. P-type 지연 형광 발광 소자는 일반 형광 소자 또는 TTF 형광 소자로 부르기도 하여 혼용되어 사용되고 있다.

인광 OLED의 특징은 EL 과정에 의해서 생성되는 모든 엑시톤을 발광에 활용할 수 있기 때문에 효율이 높은 반면, 삼중한 엑시톤이 바닥상태로 전이하기 위해서는 스핀 변환이 일어나야 하기 때문에 전자가 삼중항 여기 상태에서 머무르는 시간이 길다. 긴 삼중항 엑시톤 수명으로 인하여 전자가 삼중한 여기 상태에서 오래 머무르기 때문에 발광 과정에서 발광 물질이 손상 됭 가능성이 커지며, 이에 따라 소자의 수명이 짧아지는 문제가 있다. 특히, 발광 에너지가 큰 청색 인광 소자의 경우에는 높은 에너지와 긴 엑시톤 수명에 의하여 소자 수명이 형광 청색 발광 소자에 비하여 많이 저하된다.

지연 형광 발광 재료는 일반적으로 유기물 기반의 발광 재료이며, 이론적인 최대 효율은 TTF 지연 형광 소자의 경우 62.5%, TADF 소자의 경우 100%이다. TTF 지연 형광 소자는 25%의 효율은 EL 과정에 의하여 생성된 25%의 일중항 엑시톤에 의한 것이며, 37.5%는 75%의 비율로 생성된 삼중항 엑시톤 중 두 개의 삼중항 엑시톤이 충돌하여 하나의 삼중항 엑시톤이 소멸하고 다른 하나의 삼중항 엑시톤이 일중항 엑시톤으로 전환되어 얻을 수 있다.

 

구동 방식에 따른 분류

구동 방식에 따라 OLED는 PMOLED와 AMOLED로 구분할 수 있다. 두 방식의 차이는 트랜지스터의 유무로서 AMOLED는 트랜지스터를 구동 단위로 포함하고 있는 반면에, PMOLED는 트랜지스터를 사용하지 않고 구동하는 방식이다.

 

PMOLED

PMOLED에서는 트랜지스터 없이 이미지를 표현하기 위해서 duty 구동 방식을 이용하는 방식이다. Duty 구동 방식은 순차적인 라인 스캔 및 시간 분할을 통하여 이미지를 표현하는 방식이다. Duty 구동에서는 스캔 라인을 동시에 켜는 것이 아니라 순차적으로 켜는 방법을 이용하여 구동한다.

 

AMOLED

AMOLED는 각 픽셀을 구동하기 위해서 서브 픽셀마다 트랜지스터를 이용하여 구동하는 방식의 OLED이다. 각 서브 픽셀에 스위칭 역할을 하는 박막 트랜지스터와 전류 조절 역할을 하는 박막 트랜지스터 및 축전기가 있으므로, 각 서브 픽셀에 흐르는 전류를 독립적으로 제어할 수 있으며, 각 픽셀의 켜짐 및 꺼짐을 제어할 수 있는 방식이다.

 

공정에 따른 분류

OLED 소자는 제작하는 공정 방법에 따라 증착 공정을 이용하는 OLED와 용액 공정을 이용하는 OLED로 구분할 수 있다. 증착 공정 OLED의 경우에는 진공상에서 유기물을 기화 또는 승화시켜 기판 위에 열증착하는 공정을 이용하여 제작하는 OLED 제작 방식이며, 용액 공정 OLED는 유기물을 잉크 화하고, 잉크를 용액 코팅 방식인 잉크젯 프린팅 또는 스핀 코팅 공정 등의 방법으로 박막을 형성하여 OLED를 제작하는 방식이다.

 

진공 증착 OLED

진공 증착 OLED에서는 물리적인 증착 공정인 진공 열증착 공정을 이용하여 OLED를 제작한다. 진공 열증착 공정은 고 진공 상에서 유기물에 열을 가하여 무기물을 기화 또는 승화시키고 온도가 낮은 기판상에서 기체 상태의 유기물이 다시 박막 필름을 형성하는 방법이다. 유기물 중 기화 또는 승화가 가능한 유기물만 진공 증착 공정에 활용할 수 있으며, 진공 열 증착 공정은 유기물의 화학적인 변화가 없는 물리적인 박막 형성 공정이다.

일반적으로 기화 또는 승화가 가능하기 위해서는 분자량이 1,000 이하인 저분자 물질인 것이 바람직하다. 유기물의 기화 온도는 분자 간의 힘인 상호 작용력에 의하여 결정되며, 분자 간의 힘든 반데르발스 힘이 주된 상호 작용으로, 극성-극성 상호 작용, 극성-비극성 상호 작용 및 비극성-비극성 상호 작용이 있다.

 

용액 공정 OLED

용액 공정 OLED는 진공 증착 OLED 공정을 이용한 대형 OLED의 RGB 픽셀 패터닝 공정이 어려운 점을 해결하기 위하여 개발되고 있다. 용액 공정 OLED에서는 RGB 픽셀 패터닝 공정으로서 잉크젯 프린팅 공정을 적용할 수 있으며, 잉크젯 공정의 대형화가 미세 마스크의 대형화에 비하여 상대적으로 쉽기 때문에 대형 OLED 제작 공정으로 개발하고 있다.

용액 공정을 적용하기 위해서는 유기 발광 물질을 잉크화할 수 있어야 한다. 스핀 코팅 및 잉크젯 프린팅을 비롯한 용액 공정에서는 잉크화 한 유기물을 코팅하는 공정을 적용하므로, 유기물을 용매에 용해하려 잉크를 만드는 것이 중요하다. 용액 공정에서는 유기물이 용해에 용해되면 저분자 유기물, 고분자 유기물, 올리고머, 덴드리머 등의 모든 유기물을 적용할 수 있다. 현재 주로 사용하는 것은 저분자 물질과 고분자 물질이다.