OLED 구조 TFT 유기물발광층 봉지

 

 

 

OLED구조 

 

LCD는 6개의 Layer가 필요합니다. 반면 OLED는 4개의 Layer가 필요합니다. 

OLED의 Layer는 1) TFT 2) Self Emitting Organic Layer 3) Encap 4) Window 가 있습니다. 

그래서 OLED는 LCD보다 얇습니다. 

OLED 생산공정은 총 5개이며 다음 순서로 진행됩니다.  

1) TFT 공정 : TFT를 생산합니다. 

2) 증착 공정 : 유기물층을 형성합니다. 

3) 봉지 공정 : OLED패널을 외부로부터 보호합니다. 

4) 셀 공정 : 최정 제품에 맞춰 적절한 크기에 따라 자릅니다. 

5) 모듈 공정 : 구동할 수 있도록 전기신호를 연결합니다. 

OLED 구동 방식을 이해하기 위해서 핵심개념인 TFT, 유기발광층, 봉지에 대해 알아보겠습니다. 

 

TFT 

TFT가 하는 역할을 크게 2가지 입니다. 

첫 번째, 각 서브픽셀에 전류의 흐름을 조절하여 픽셀의 밝기를 조절합니다. 

두 번째, 디스플레이가 색을 구현하도록 합니다. 

하는 역할에 따라 TFT는 '스위치 TFT'와 '구동 TFT'로 구분합니다.

스위치 TFT : 픽셀을 on/off 하게 합니다.  구동TFT : 픽셀에 전류를 전달합니다.

반도체의 8대 공정과 비슷한 여러 공정을 통해 게이트, 소스, 드레인을 형성합니다.  

a-Si가 바로 액티브층입니다. 채널이라고 부르기도 합니다. TFT는 액티브층을 통해 

소스와 드레인 사이에서 전자를 주고 받으면서 전류가 흐릅니다. 

전류가 빨리 흐르면 전자 이동속도 역시 빨라져 전력 소모량을 작아집니다. 

액티브 층의 재료에 따라 a-Si , Oxide, LTPS로 구분이 됩니다.  

a-Si(아몰퍼스 실리콘)은 정해진 형태가 없습니다. 비정질 실리콘입니다. 

전자이동도는 0.5~1입니다. 상대적으로 느리지만 제조비용은 저렴합니다. 

Oxide은 a-Si와 같이 비정질 형태입니다.  a-Si보다는 10배 빠릅니다.

하지만 LTPS보다는 느립니다. 가존의 a-Si장비를 사용하여 제조하기에 경제성이 있습니다.

LTPS와 달리 결정화(ELA) 작업이 필요 없습니다. 

비정질이지만 균일성이 우수해 TV와 같이 대형사이즈에 적합합니다. 

LTPS(저온 폴리실리콘)은 a-Si에 레이저를 가해 재결정화합니다.

a-Si를 다결정으로 변형시킵니다. 

전자이동도는 10~500이지만 제조비용은 비쌉니다. 

 

 

유기물발광층

TFT의 게이트가 전압을 받으면 액트브층에 채널이 형성하게 됩니다. 전자가 이동하면서 전류가

흐르게 됩니다. 전류가 흐르면 양극에서는 정공, 음극에서는 전자가 각각 주입됩니다. 

발광층에서는 전자와 정공이 만납니다. 전자가 정공과 만난 후 헤어지고 나면 전자는 여기자가 

됩니다. 여기자는 전자가 외부로부터 받은 에너지로 인해 이전보다 높은 에너지 상태가 되는 것을 

말합니다. 외부로부터 에너지를 받아 여기된 전자는 낮은 에너지 상태로 내려오면서 그 에너지 

차이만큼 빛을 발생시킵니다. 말이 어려우므로 정공과 전자가 만나 빛을 발생시킨다고

이해하시면 됩니다. 

EIL : 음극으로부터 전자 주입을 용이하도록 도와주는 역할을 합니다. 

ETL: 주입된 전자를 발광층으로 전달하는 역할을 합니다. 

HIL : 양극으로부터 정공주입을 용이하게 도와주는 역할을 합니다. 

HTL : 주입된 정공을 발광층으로 전달하는 역할을 합니다. 

EML: 전자와 정공이 만나 빛을 내는 층입니다. 

다층구조를 생산할려면 비용과 시간이 많이 들어갑니다. 1개의 층이 두 개의 역할을 하여 유기물

층수를 줄이는 추세입니다. 예를 들어 ETL(전자이동층)이 정공의 차단층 역할을 합니다. 

빨간색, 초록색, 노란색 EML층은 호스트와 도판트, 프라임으로 구성되어 있습니다. 

첨가량 기준으로 호스트는 90% 이상, 도판트는 10% 이하입니다.

호스트 : 발광층 안으로 들어온 전자와 정공이 만나 결합할 수 있도록 도와주는 물질입니다. 

여기자 상태를 만드는 물질입니다. 

도판트 : 여기자상태를 받아 발광을 돕는 물질입니다. 성능향상을 위해 호스트에 도핑괴는 

불순물입니다. OLED 색상을 결정하는 물질입니다. 도판트를 위해 호스트가 존재합니다. 

진입장벽이 매우 높습니다. 호스트만 발광소재로 사용을 할 경우 발광효율이 떨어집니다. 

프라임 : 발광층과 정공수송층(HTL)사이에 증착합니다. R, G, B 소재가 각각 존재합니다. 

전자가 발광층 밖으로 넘어가지 못하게 막아 정공과 결합해 빛을 내도록 합니다. 

CPL:음극 위에 증착합니다. 굴절율 특성을 이용하여 빛 입자를 외부로 방출하도록 하는 

재료입니다. 통상 디스플레이는 발생한 빛의 20%만 외부로 나갑니다. 나머지는 안에 갇힙니다. 

빛이 바같으로 잘 방출 될 수 있도록 굴절율을 조절하면 전체 효율을 높일 수 있습니다. 

 

 

봉지 

유기불을 산소와 수분을 만나면 산화가 되어 절연물이 됩니다. 전류가 흐르지 않아 빛이 나지

않습니다. 이를 막기 위해 기판 위에 증착된 유기물을 외부로부터 보호해야 합니다. 

봉지는 말 그대로 유기물을 보자기처럼 싼다는 것입니다. 

봉지공정에 따라 Rigid와 Flexible로 나눌수 있습니다. Rigid OLED는 기판을 유리로 사용합니다. 

패널 위도 유리나 금속을 사용하지만 두껍고 유연하지 못합니다. 

이를 개선하기 위해서 Flexible OLED를 개발하게 되었습니다. 

Flexible OLED의 기판은 PI 소재를 사용합니다.

유기물을 증착 후 여러 개의 얇은 막을 증착합니다. 

스마트폰 같은 소형 제품에 적합합니다.