나노기술을 이용한 다양한 기능성 잉크가 개발되면서 인쇄 시장이 열리게 되었고, 그 중 전기전자 기능을 갖는 잉크를 기반으로 한 프린팅 전자 소자는 전 세계적으로 주목을 받으며 전자 소재 및 부품 분야의 패러다임으로 떠올랐다. 인쇄전자란 기능성 잉크 또는 페이스트를 이용해 우리가 원하는 패턴과 모양을 종이나 필름과 같은 곳에 전이시키는 원리를 활용한 것이다. 이 인쇄전자 기술을 사용하여 만든 것이 바로 유기 발광 다이오드이다.
유기 발광 다이오드란 Organic Light Emitting Diode의 약자로 유기화합물을 사용하여 만든 자체 발광하는 디스플레이로써 화질의 반응속도가 LCD에 비하여 1000배 이상 빠른 차세대 평판 디스플레이다. 평판 디스플레이는 크게 빛을 받아들여 동작하는 수광형과 자체적으로 빛을 내는 발광형으로 나뉘는데 LCD가 수광형 디스플레이고 유기 발광 다이오드가 발광형이다. 유기 발광 다이오드는 기존의 LCD와는 다르게 후광장치가 필요가 없고 금속물질로 이루어지지 않고 유기 물질로 이루어져있기에 플렉서블 및 웨어러블 산업에 적용이 가능하다. 롤투롤 공정을 통해 생산비도 낮출 수 있다. 롤투롤(roll to roll) 공정이란 여러 개의 휘어질 수 있는 플라스틱이나 금속박에서 전자기기를 만드는 것이다. 대표적인 롤투롤 공정은 박막 코팅과 패터닝 그리고 미세 패턴 형성에서 좋은 인쇄결과물을 얻을 수 있는 그라비어 옵셋 인쇄기술이 있다.
유기 발광 다이오드의 장점은 후광장치가 필요 없고 낮은 전압에서 구동이 가능하며 얇은 두께로 만들 수 있으며 생산비용도 절감이 가능하다. 또한 데이터 응답속도도 LCD에 비하여 빠르고 측면에서 볼 때 다른 LCD와 달리 어느 방향에서도 동일한 시야를 가질 수 있다. 유기 발광 다이오드는 다시 2개의 종류로 나눌 수 있는데 구동 방식에 따라 수동구동(FM OLED)와 능동구동(AM OLED)로 구분할 수 있다. 수동구동이 음극과 양극의 단순교차를 통해 만든다면 능동구동은 화소마다 스위치용 TFT(박막트랜지스터)를 배치하는 방식이다, 수동구동은 제조과정이 단순하고 원가가 낮은 반면 수명이 짧고 응답속도가 낮아 큰 화면을 만들 수는 없다. 이 때문에 조명이나 휴대폰 화면에 사용이 된다. 능동구동은 제조공정이 복잡하고 원가도 비싸지만 응답속도가 빠르고 색 구현력이 좋으므로 TV 화면에 주로 사용된다.
유기 발광 다이오드의 구조는 총 4개의 층이 있다. 먼저 정공이 들어오는 HIL층, 정공이 EML층으로 이동하는 HTL층, 그리고 전자가 들어오는 ETL층, 정공과 전자가 합쳐져 EXCITON(여기자)이 되고 이 에너지를 빛으로 발산하는 발광층 EML으로 나눌수 있다. 발광순서는 정공과 전자가 들어와 EML층으로 이동해 합쳐진 후 빛을 방출하게 된다.
유기 발광 다이오드나 LCD를 제작하는데 꼭 필요한 유기 전자 재료물질을 합성하기 위해서는 촉매 짝지음 반응이 반드시 필요하다. 촉매 짝지음 반응이란 커플링 반응이라고도 하며 촉매를 이용해 화합물들 간에 새로운 짝을 지어 이전과는 다른 화합물을 만드는 방법이다. 예를 들면 Wurtz-fitting 합성이나 알돌축합도 하나의 짝지음 반응이라 볼 수 있다.
Wurtz-fitting 합성은 방향족과 지방족의 할로겐화물을 비활성 용매중에서 금속 나트륨을 촉매로 하여 가열하여 방향족 탄화수소를 얻는 방법이다.
알돌 축합이란 아세트알데히드 2분자를 염기로 처리하여 알돌(CH3CH(OH)CH2CHO)를 생성하는 반응이다. 이 반응은 새로운 탄소-탄소 결합을 형성하여 작은 분자로부터 큰 분자를 구성할 수 있으므로 합성에 매우 유용하게 사용된다.
유기 발광 다이오드 핵심재료로는 발광재료, 발광도핑재료, 전자주입 및 음극전극재료, 전자수송재료, 정공저지재료, 정공주입재료, 편광판 등으로 구성된다.
발광재료는 저분자 발광소재와 고분자 발광소재로 구성되며 각각 형광재료와 인광재료로 구분된다. 발광재료는 디스플레이 화면에 정보를 표시하는 소재로 풀 컬러 구현을 위한 다양한 색의 발광을 위한 재료 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 또한 정공주입 및 전달재료는 양극으로부터 정공주입을 쉽게 하고 발광층 사이에 삽입하여 정공을 쉽게 운반시킬 뿐만 아니라 여기자 형성 확률을 높여준다. 전자전달 및 주입재료는 음극으로부터 전자를 발광 층으로 원활히 수송하는 역할 뿐만 아니라 정공의 이동을 억제하여 발광 층 내의 재결합 기회를 증가시키는 역할을 한다.
이처럼 유기 화학분야가 디스플레이 분야에서 많은 역할을 해주고 있다. 또한 인쇄기술도 양산이 가능하게 도울 수 있는 방법이다. 머나먼 미래가 아닌 빠른 미래에는 이러한 기술들이 더욱 개발이 되어 우리의 삶을 윤택하게 할 것이다.
댓글