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2004. 11 O L E D OLED 재료 및 소자의 핵심기술 개발 동향
2004. 11
O L E DOLED 재료및 소자의 핵심기술 개발 동향
머 리 말
2 1세기는 지식과 정보가 그 국가의 경쟁력을 좌우하는 지식기반
산업사회로 나아가고 있으며, 최고가 아니면 살아남을 수 없는 무한
경쟁시대가 되어가고 있습니다. 우리나라가 이러한 변화 속에서 생존
하기 위해서는 국가경쟁력 강화가 필수 불가결한 것으로 인식되고
있으며, 이를 위해서는 선진국형 고부가가치 산업의 육성이 절실히
요구되고 있습니다.
이러한 시대적 요구 속에서 한국과학기술정보연구원에서는 우리나
라가 지식기반 산업사회를 선도해 나갈 수 있도록, 차세대 동력 산업
에 대한 심층분석정보를 제공하고 있습니다. 이를 통해, 국가 과학기
술 확산은 물론 국제경쟁력을 극대화시키기 위해 노력하고 있습니다.
차세대성장 동력 산업분석의 일환으로 출간되는 본 보고서는 우리
나라의 주력산업인 디스플레이 중 성장기에 접어들고 있는 O L E D의
시장 매력도 증대를 위한 기술적 해결과제들을 분석하였습니다.
O L E D가 차세대 디스플레이로 많은 기대를 모으고 있으나, 대형화,
풀컬러화를 위해 해결해야 할 기술적 과제들이 아직도 많이 남아있
는 상황입니다. 이러한 기술적 과제들을 해결하기 위해 세계적인 디
스플레이 관련 업체들이 추진하고 있는 기술개발 현황은 우리에게
많은 시사점을 주고 있습니다.
본 보고서는 O L E D에 대한 기술·시장의 분석, 이슈분석을 통해
체계적이고 심도 있는 분석정보를 제공하고자 하였습니다. 본 연구의
결과가 관련 과학기술정보를 국내에 확산시키고, 이와 아울러, 관련
산업의 국제경쟁력 증대에 작으나마 도움이 되었으면 합니다.
끝으로 본 보고서는 김강회 선임연구원과 정의섭 책임연구원, 여운
동 연구원이 집필한 것으로, 이 분들의 노고에 감사드리며, 수록된
내용은 한국과학기술정보연구원의 공식의견이 아님을 밝혀두고자 합
니다.
2 0 0 4년 1 1월
한국과학기술정보연구원
원 장
제1장 개 요 …………………………………………………………………1
1. 연구의 목적과 필요성 ……………………………………………………1
2. 연구 내용 ……………………………………………………………………2
제2장 기술동향분석 ………………………………………………………5
1. 기술의 특성 …………………………………………………………………5
가. 기술의 특성 …………………………………………………………………………………6
나. 경제적 특성 …………………………………………………………………………………8
2. 연구 개발 동향 ……………………………………………………………1 0
가. 국외 연구개발 동향 ………………………………………………………………………1 0
나. 국내 연구개발 동향 ………………………………………………………………………1 7
제3장 시장동향분석 ………………………………………………………2 1
1. 시장의 특성…………………………………………………………………2 1
2. 시장 동향……………………………………………………………………2 3
3. 업체 동향……………………………………………………………………2 5
i
목 차
제4장 이슈분석……………………………………………………………2 7
1. OLED 소재 핵심기술 동향 ………………………………………………2 7
가. 발광재료 ……………………………………………………………………………………2 7
나. 전하수송재료 ………………………………………………………………………………3 2
2. 소자의 핵심기술 동향 ……………………………………………………3 4
가. Full Color화 기술 …………………………………………………………………………3 4
나. 발광구조 기술 ………………………………………………………………………………3 9
다. 구동방법 ……………………………………………………………………………………4 0
라. 수 명 …………………………………………………………………………………………4 2
참고문헌 ……………………………………………………………………4 5
i i
표 목차
<표 2-1> OLED 기업간 제휴 현황…………………………………………………………9
<표 2-2> 국내 주요 OLED 업체의 개발 현황 …………………………………………1 8
<표 3-1> 중소형 디스플레이의 시장현황…………………………………………………2 2
<표 3-2> 세계 OLED 재료의 시장규모 및 점유율 ……………………………………2 5
<표 4-1> RGB 소자별 수명 ………………………………………………………………2 8
<표 4-2> 저분자 인광소재의 특성…………………………………………………………3 0
<표 4-3> 고분자 소재를 이용한 소자의 특성……………………………………………3 2
<표 4-4> 능동 구동 및 수동 구동의 특성 비교…………………………………………4 1
그림목차
<그림 2-1> OLED 기술의 역사 ……………………………………………………………6
<그림 2-2> PMOLED와 A M O L E D의 구조 ………………………………………………7
<그림 2-3> SK Display의 AMOLED 2.2″디지털 카메라와 QVGA, 14.7″…………1 1
<그림 2-4> Sony의 세계최대 3 . 8″급 P D A제품 …………………………………………1 2
<그림 2-5> Seiko-Epson 40″WXGA AMOLED ………………………………………1 2
<그림 2-6> Philips의 Polymer OLED를 채용한 전기면도기 …………………………1 5
<그림 3-1> 중소형 디스플레이의 응용기기별 비중 변화………………………………2 2
<그림 3-2> PMOLED의 응용기기별 매출 전망…………………………………………2 3
<그림 3-3> AMOLED의 응용기기별 시장규모 전망 …………………………………2 4
<그림 3-4> 주요 OLED 업체별 시장점유율 ……………………………………………2 6
<그림 4-1> OLED의 Full color화 방법……………………………………………………3 5
<그림 4-2> Microcavity를 이용한 S o n y의 Full color화 구조도 ………………………3 5
<그림 4-3> Ink-Jet 방식의 Full Color화 기술 구조도 …………………………………3 6
i i i
<그림 4-4> LITI 방법을 이용한 박막의 전사 기술 개요도……………………………3 7
<그림 4-5> Photo-Patterning을 이용한 고분자소자의 Full color화 방법 ……………3 8
<그림 4-6> 박막을 이용한 Passivation 개념도 및 유기/무기 다층박막을
<그림 4-6> 이용한 차단층의 단면도………………………………………………………4 4
i v
1. 연구의목적과필요성
○ LCD, PDP에 이어 차세대 평판 디스플레이로 주목받고 있
는 O L E D는 AM 방식의 제품이 2 0 0 4년부터 본격적으로 출
시되면서 2 0 0 5년 이후 시장규모가 급증할 것으로 예상되고
있음.
- L C D가 시장을 독점하다시피 하고 있는 중소형 디스플레
이 분야에서 본격적인 경쟁을 시작할 것으로 보이며, 특
유의 빠른 응답성과, 유기물질의 자발광 특성을 살린 박
형 디스플레이 제조가 가능하여 L C D의 가장 위협적인
대체재로 등장하고 있음.
- PM 방식의 제품은 이미 휴대폰 외부창에 적용이 되고
있으며, AM 방식의 풀컬러 제품이 휴대폰 내부창과
DSC, 차량용 디스플레이 등에 채용되기 시작하면, 예상보
다도 빠른 속도로 시장이 확대될 가능성도 있음.
- 그러나, 이러한 성장 전망의 배경에는 기술적인 우위를
제1장 개 요 1
제1장
개 요
살리기 위한 기술적 완성도가 제고되어야 한다는 전제가
있음.
- 현재 OLED 분야의 기술적인 핵심 이슈로는 AM 방식의
풀컬러 OLED 상용화, 고분자 발광재료 개발, 장수명화
등을 꼽을 수 있음.
○ 따라서 본 보고서에서는 OLED 기술 및 시장의 전반적인
현황 및 전망 분석과, 각 기업들의 기술 및 제품 개발 현황
을 점검하여 기술적인 핵심 이슈들의 추진 실태를 살펴보고
자 함.
2. 연구내용
○ 본 보고서에서는 O L E D의 기술과 시장 동향을 분석한 후,
O L E D의 대형화 추진현황 및 향후 전망을 분석함.
○ 제2장 기술동향분석에서는 한국과학기술정보연구원( K I S T I )
이 보유하고 있는 OLED 관련 기술문헌과 최근 개최된 워
크샵 및 전문가자문 등을 통해 전체적인 기술동향을 분석함.
○ 제3장 시장동향분석에서는 OLED 및 관련재료의 국내외 시
장동향을 살펴보고, 관련업체의 동향을 분석함.
○ 제4장 이슈분석에서는 O L E D의 성공적인 시장진입을 위한
주요 기술적 핵심과제들의 현황과 향후 전망을 분석함.
2 O L E D
- 특히 O L E D의 성패가 달려 있다고 해도 과언이 아닌
AMOLED 상용화 관련 기술과, 발광재료 기술, 장수명화 기
술 등을 깊이 있게 다루고자 함.
제1장 개 요 3
4 O L E D
1. 기술의특성
○ 초고속 이동 통신의 발달에 따라 정보전달의 매체( M a n -
Machine Interface)인 디스플레이는 장소, 시간에 구애됨이
없이 초경량, 저전력, 고화질의 고실감형, 박막형이 가능한
디스플레이로 발전할 것임.
○ 따라서 Full color, 응답속도, 고해상도, 광시야각, 초경량, 초
박막, 고휘도, 응답속도 등의 측면에서 우수한 OLED 디스
플레이는 차세대 디스플레이로 매우 유망한 기술임.
○ 특히, OLED 디스플레이는 고체 필름 상태의 소자를 이용한
디스플레이로서, 기술수준의 발달에 따라 PCS, IMT-2000
단말기, PDA, CNS, wearable PC, 10″급 이상의 모니터, TV,
노트북 등 디스플레이 영역의 핵심부품으로 사용될 뿐만 아
니라, 20″급 TV 모니터, 전자종이, 벽지용 디스플레이, roll-
up display, 초대형 광고판 등의 유연성 있는 대형 디스플레
이까지도 응용이 가능함.
제2장 기술동향분석 5
제2장
기술동향 분석
가. 기술의특성
○ OLED 디스플레이는 1 9 8 7년에 K o d a k사의 C.W.Tang 등이
정공 수송층과 전자 수송층으로 구성된 이층구조의 박막형
OLED 소자를 제작하여 구동 전압이 10V 이하이고, 휘도가
1,000 ㏅/ m2 이상인 획기적인 결과를 발표하면서 시작됨.
○ 이어서 1 9 8 9년에 C.W.Tang 등이 O L E D의 다색화 가능성을
제시한 이후, OLED 소자의 구조를 개선하여 휘도와 효율
향상 연구, 전극 물질 개발, 발광재료 개발 등을 통하여 구
동전압을 낮추려는 연구가 활발하게 진행됨.
○ 또한 소재측면에서도 화학적으로 안정되고 열에 강할 뿐만
아니라 적·녹·청색의 색 순도가 좋은 형광 및 인광물질,
6 O L E D
<그림 2-1> OLED 기술의 역사
History of OLED Technology
Small Molecule Organic LEDPrinceton Univ.
Electro-phospho rescenO L E D
Yamagata U.White OELD
S a n y o - K o d a kLTPS-TFT AMOELD
S e i k o - E p s o nI n k - J e t
S e i k o - E p s o nI n k - J e t
Linkoping U.Variable Colors from
Polymer Blend
U n i a xFlexible PLED
P E T / P A N I / M E H -P P V / C a
C a m b r i d g eI T O / P P V / A l
1 9 6 0Single crystals
1 9 8 0Thin films
K o d a kF l u o r e s c e n tdye doping
K o d a kM u l t i l a y e r
I T O / D i a m i n e / A l q3/ A l
P i o n e e rQ u i n a c r i d o n e
d o p i n g
I d e m i s t uC C M
M C CHTL doping
T D KPoly-Si TFT
P i o n e e rA I L i c a t h o d e
Yamagata U.White OELD
Princeton U.S O L E D
K o d a kUltrathin LiF layer
P i o n e e rDemo of full color panelBy shadow masking
U C B SCasting withM E H - P P V
C a m b r i d g eChemical Tuning
of Polymer
Polymeric LED
Cambridge Lasingfrom PolymerM i c r o c a v i t i e s
전하수송물질 등 고효율의 저분자와 고분자 소재를 개발하
려는 연구가 진행되고 있음.
○ O L E D는 구동방식에 따라 PM(Passive Matrix) OLED와
AM(Active Matrix) OLED로 구분되는데, PMOLED는 짧
은 시간 동안 선택된 OLED 화소를 높은 휘도로 발광하도
록 하므로 해상도가 높아지면 순간 발광 휘도가 더욱 높아
져야 하기 때문에 소자의 열화 및 전력 소모 등 단점이 있
어 대면적으로는 부적합함.
- 이에 반해 AMOLED 방식은 낮은 전류로 구동이 가능하
여 소비전력 및 표시 해상도 측면에서 유리하나, 폴리실
리콘 T F T의 불균일성에 의한 휘도 불균일성이 문제점으
제2장 기술동향 분석 7
<그림 2-2> PMOLED와 A M O L E D의 구조
로 대두되어 현재 회로에서 이러한 문제를 해결하고 있
으나, 앞으로 균일한 대면적 폴리실리콘 박막을 형성시키
는 공정을 개발해야 함.
○ 또한 O L E D는 사용하는 발광재료에 따라 저분자 O L E D와
고분자 O L E D로 구분하며, 저분자 O L E D의 경우 진공증착
법을 사용하고, 고분자 O L E D의 경우에는 잉크젯 프린팅 방
식을 주로 사용함.
- 현재 저분자 O L E D의 경우 일본, 한국, 대만을 중심으로
연구가 진행되어 휘도와 효율뿐만 아니라 기술 향상으로
양산화에 성공하였으나, 고분자 O L E D의 경우 아직 양산
화 단계에는 이르지 못한 실정임.
나. 경제적특성
○ OLED 디스플레이 시장은 성장 잠재력이 크고, 초기 투자
비용이 비교적 적다는 특징을 가지고 있어 대규모 디스플레
이 업체는 물론 중소벤처기업의 참여도 활발함.
○ 현재 O L E D를 양산하고 있는 나라는 일본, 한국, 대만으로
양산제품은 차량탑재용 오디오와 휴대전화용 디스플레이,
디지털 카메라 수준 정도며, 아직 고해상도를 갖는 O L E D의
경우 기술적인 문제점으로 인하여 개발단계에 머물러 있는
실정이기 때문에 양산화를 위한 치열한 경쟁이 벌어질 것으
로 전망됨.
8 O L E D
○ OLED 산업은 현재 시장 진입 초기 단계이므로 해결해야
할 기술적인 과제가 많고, 다양한 기술 개발 방향으로 인해
세계시장의 주도권 경쟁이 아주 치열함.
○ 재료측면에서 저분자로 할 것인지 또는 고분자로 할 것인
지, TFT는 LTPS 또는 a-Si TFT로 할 것인지, Full-color
방식은 R·G·B 패턴 형성 방식으로 할 것인지 또는 백색
O L E D와 color filter를 결합한 방식으로 할 것인지 등 다양
한 방향이 있음.
- 따라서 어느 한 업체가 독자적으로 주도하기 어렵고 어
느 방향으로 기술개발을 할 것인지 결정하는데 따른 위
제2장 기술동향 분석 9
<표 2-1> OLED 기업간 제휴 현황
항 목 현 황 비 고
합작
○ SK Display Corp.(Sanyo + Kodak)
○ ELDis(Pioneer + Sharp)
○ TMD(Toshiba + Matsushita)
○ S O L E D
○ Three-D OLED(Three-Five display + Dupont)
○ RitDisplay(RiTEK + Intel + Dupont)
○ IDTech(CMO + IBM Japan)
○ 모듈 + 소재
○ 모듈 + TFT
○ AM type
○ PM type
○ 모듈
○ 모듈
○ 모듈 + TFT
전략
적
제휴
○ Sanyo + Kodak + ULVAC
○ CDT + Seiko Epson
○ UDC + Vitex systems
○ Sony - UDC
○ Philips - CDT
○ Delta Optonics - Dow Chemical
○ Dupont - UDC
○ 장치개발
○ 소재 + 모듈
○ 패키징
○ 소재 + 모듈
○ 소재 + 모듈
○ 소재
○ 소재
자료：전자신문 등 기사자료 정리
험요소도 크기 때문에 상호 보완적 기술을 보유한 업체
간 전략적 제휴 또는 합작회사 설립으로 상호 시너지효
과를 극대화하는 한편 위험 요소를 분산시키고 있음.
2. 연구개발동향
가. 국외연구개발동향
○ 전세계적으로 약 1 0 0여개의 디스플레이, 재료, 장비 및 반도
체 업체가 참여하고 있으며, LCD가 주도하고 있는 휴대
폰·P D A·카오디오·캠코더·디지털 카메라·게임기 등
휴대형 초소형 정보단말기에 OLED 디스플레이가 적용되면
서 저분자 OLED 제품의 양산화는 일본, 한국, 대만을 중심
으로, 고분자 OLED 제품은 미국과 유럽을 중심으로 개발과
상용화가 진행되고 있음.
○ 동북 P i o n e e r는 S h a r p와 공동으로 E L D i s를 설립하였으며, 현
재 월 7만장의 생산이 가능한 5 0 0×6 7 0라인을 보유하고 있
음. ELDis는 휴대폰용과 함께 디지털 카메라용 OLED 양산
계획을 가지고 있으며, Full Color 제품은 2 0 0 4년 이후부터
시작할 예정임. 또한 Flexible 디스플레이의 개발을 진행하고
있으며 PMOLED 시제품을 2 0 0 4년도 S I D에 구현한 바 있음.
○ S a n y o는 미국 Eastman Kodak과 합작으로 설립한 S K
1 0 O L E D
D i s p l a y에서 2 0 0 2년부터 Full Color 제품 생산에 착수하고
S a n y o의 자회사인 돗토리 산요전기의 LCD 공장 일부를
O L E D용으로 교체해 생산 규모를 확대하였으며, 2004년 합
계 7 0 0억엔의 매출 달성과 30% 이상의 세계 시장 점유를
목표로 하고 있음. 또한 S a n y o는 2 0 0 2년 1 0월 백색 O L E D와
컬러 필터를 사용하는 방식으로 15 cd/A의 발광효율을 내
는 1 4 . 7인치의 AMOLED 디스플레이를 선보였고, Ulvac 및
K o d a k과 양산장비 개발을 공동 추진중임.
○ S o n y는 2 0 0 1년 top emission 방식의 1 3″풀컬러 A M O L E D를
개발, 2003년에는 1 2인치 4장을 붙인 2 4인치 O L E D를 개발,
2 0 0 4년 9월에는 세계최대 크기의 클리에라는 3 . 8″A M O L E D
를 P D A에 탑재함.
○ T o s h i b a는 M a t s u s h i t a와 합작으로 T o s h i b a - M a t s u s h i t a
Display Technology(TMD)를 설립하여 2 . 8 5″, 26만 컬러, 64
그레이 스케일을 지원하는 OLED 시제품을 출시하였고,
2 . 2″O L E D를 휴대폰용으로 2 0 0 2년 1 0월부터 양산하고 있으
제2장 기술동향 분석 1 1
<그림 2-3> SK Display의 AMOLED 2.2″디지털 카메라와 QVGA, 14.7″
며 고분자를 이용한 Ink-Jet 방식으로 1 7″A M O L E D를 개
발함.
○ S e i k o - E p s o n은 2 0 0 2년 4 / 4분기부터 이동전화단말기와 디지털
1 2 O L E D
<그림 2-4> S o n y의 세계최대 3 . 8″급 P D A제품(Top Emission 방식, 480×320,
콘트라스트비 1 0 0 0：1, 시야각 상하좌우：1 8 0도)
<그림 2-5> Seiko-Epson 40″WXGA AMOLED( 1 2 8 0×768, Ink-jet)
P Z 0 4 0 9 1 4
카메라 시장을 목표로 하여 O L E D를 양산하고 있으며, 고분
자를 이용한 Ink-jet 프린팅 기술로 OLED 중 최대 크기 제
품인 4 0″WXGA (1280×768), 26만 컬러의, AMOLED를
2 0 0 4년 5월에 발표하였으며, 2007년까지 상용화할 계획임.
○ Eastman Kodak사는 저분자 O L E D를 처음으로 고안하여
PM 및 AM 관련 원천 특허기술을 보유하고 있으며,
Pioneer, TDK, Optrex, OPTO Tech, Teco 등 1 0여 곳이 넘
는 PM 방식 업체와 eMagin, Sanyo 등 AM 업체 및 국내의
삼성SDI 등과 OLED 관련 라이센스를 체결하였고, 최근에
는 Truly Internationl Holdings에 저분자 P M O L E D에 대한
라이센스를 공여하였음.
○ 또한 K o d a k사는 금속 대신에 투명한 n -타입과 p -타입으로
도핑된 유기 층들의 조합으로 유기 전극을 개발해서 3개의
인광 O L E D층을 적층한 녹색 Tandem OLED 소자를 제작,
최대 발광효율은 136.3 cd/A에 도달하고, 최대 휘도는 1 0만
c d / c m2 이상인 제품을 발표하였음.
○ 미국 Princeton 대학의 S. R. Forrest 교수와 U S C의 M. E.
Thompson 교수팀은 인광 색소를 이용하여 삼중항 상태에서
도 효과적으로 빛을 내는 녹색과 적색의 고효율 OLED 소
자를 개발함.
○ UDC(Universal Display Corp.)와 Princeton 및 S o u t h e r n
California 대학은 양면에서 발광되는 T O L E D ( T r a n s p a r e n t
제2장 기술동향 분석 1 3
Organic Light Emitting Device), 휘도와 해상도를 높인
SOLED(Stacked pixel OLED) 그리고 유연성이 있는
FOLED(Flexible OLED)라 명명한 3종류의 O L E D을 개발
중임.
○ Dupont Display는 차세대 전략사업으로 O l i g h t라는 자사 대
표 브랜드를 내놓았으며, 향후 Full Color 디스플레이와 플라
스틱 회로기판에 대한 다양한 디스플레이에 적용될 것이라
고 예상함. 또한 U D C와 라이센스 협약을 통해 연구개발비
절감과 개발기간을 대폭 단축시킬 수 있을 것으로 기대함.
○ Dow Chemical사는 polyfluorene 계열 R G B물질(상표명
L u m a t i o n T M )을 시판하고 있음. Michigan Midland의 공장
에 수백만 달러를 투자하는 2단계의 Lumation LEP(Light
emitting polymer) 상용화 생산설비 확장계획을 가지고 있으
며 현재 제 1단계 확장계획을 마무리한 상태임.
○ CDT(Cambridge Display Technology)는 고분자 O L E D를 중
심으로 원천기술, 제조장비, 유기재료 등 전반적인 개발을
추진하고 있으며, Seiko-Epson과 함께 Ink-jet Printing 방식
으로 A M O L E D를 Plastic 기판 위에 개발한 바 있음. 고분자
발광체에 대한 기본 특허를 가지고 있는 동사는 직접 생산
을 하지 않는다는 전략으로 Dupont Display, Philips 등에 라
이센스를 대여하고 있음.
○ 영국 O p s y s사에서는 높은 발광 효율을 내는 저분자 인광
1 4 O L E D
O L E D의 장점과 고분자 O L E D에 사용되는 스핀코팅법의
경제적인 장점을 결합하는 약 28 cd/A의 높은 발광 효율을
나타내는 덴드리머(dendrimer) OLED를 개발함.
○ 독일 C o v i o n은 고분자 발광 물질과 유연성 있는 디스플레이
개발에 집중하고 있으며, 네덜란드 P h i l i p s사는 고분자
O L E D를 P o l y L E D라는 명칭으로 부르며 전기면도기에 적용
하여 시판하고 있으며, 최근 S I D 2 0 0 4에 잉크젯 프린팅 방식
으로 제작한 1 3″Full-color AMOLED TV를 발표하였음.
○ 대만의 RiT-Display, AU Optronics, Opto Tech 등의 업체는
소형 P M O L E D (휴대폰 및 기타 Mobile Application)의 상용
화에 성공하여 시장 선점에 앞서 있는 추세이며, 선두업체
인 R i T D i s p l a y는 게임, Mobile용, PDA, 카오디오용 F u l l
제2장 기술동향 분석 1 5
<그림 2-6> Philips의 Polymer OLED를 채용한 전기면도기
Color 디스플레이를 개발중이고, 현재 Mono Color와 M u l t i
Color 제품을 합해 월 8 0만개 규모의 양산라인을 가동하고
있음.
○ CMO(Chimei OptoElectronics)와 IBM Japan의 합작사인
I D T e c h은 2 0 0 3년 최초로 비정질 실리콘( a - S i ) T F T를 사용하
여 2 0″A M O L E D의 시제품 개발에 성공하여 대규모 신규투
자 없이 기존의 a-Si TFT 기술을 기반으로 저가 중대형
O L E D가 성공적으로 도입되었을 경우 TV 및 모니터용
OLED 시장이 활성화 될 것으로 예상됨. 대면적 a - S i
A M O L E D의 기술적 성과는 O L E D가 제품구현이 훨씬 어려
운 TV 보다도 1 4″~ 1 7″가 대부분인 PC 모니터 시장을 공
략하여 저가형 대면적 A M O L E D가 활성화된다면 상대적으
로 고가이며 기술적으로 어려운 저온폴리실리콘(LTPS) 기
술의 한계를 극복할 수 있을 것으로 예상됨.
○ Yamagata 대학의 J. Kido 교수는 2 0 0 3년 OLED 단위 소자
를 수직으로 여러층을 적층하여 전기적으로 연결한 t a n d e m
구조를 개발하여 발광효율이 적층수에 비례하는 것을 보였
으며, multiphoton generation형의 O L E D를 이용해서 C 5 4 5 T
를 도핑한 녹색 O L E D의 효율이 48 cd/A까지 되는 것을 발
표했음.
○ 재료 측면에서 볼 때 S u m i t o m o화학 등 몇몇 업체는 고분자
재료를 개발 중이며, Idemitsu Kosan, Toyo Ink, Chemi Pro,
Bando Chemical, Kyushu 대학, Yamagata 대학, Osaka 대학
1 6 O L E D
등이 저분자 소재 개발을 진행하고 있음.
○ 한편 기계장치 및 제조설비의 선진기술을 다양하게 갖추고
있는 일본은 연구단계에서 양산에 이르기까지 O L E D의 산
업화를 위해 본격적인 장비기술을 확보해 나가고 있으며,
대표적인 장비회사인 Tokki, Ulvac 등은 자국내뿐만 아니라
한국, 대만, 북미, 유럽에 이르기까지 다양한 판로를 개척해
놓은 상태임.
○ 또한 A x i t r o n은 OVPD(Organic Vapor Phase Deposition)법을
이용한 장비를 개발하고 있으며, Vitex와 투습 방지막에 대
한 연구를 진행하고 있음. 또한 인광재료를 앞세워 전략적
으로 AM 및 PMOLED 제조업체와의 공동 프로그램을 활
성화하고 있음.
○ e M a g i n사는 Si 기판 상에 저분자 O L E D를 집적화시켜 마이
크로 디스플레이를 구현하였으며, MED(Micro Emissive
D i s p l a y s )사는 최근 세계 최초로 고분자 O L E D를 사용한 마
이크로 디스플레이를 공개함. 마이크로 디스플레이는 현재
적용되는 분야와 시장규모의 측면에 있어서 제한이 있지만
상용화될 경우 특수 분야, 게임기 및 기타 오락용 적용분야
에 있어서 유망할 것으로 기대됨.
나. 국내연구개발동향
○ 국내기술은 아직 원천기술이 부족하고, 성장 기반이 미약하
제2장 기술동향 분석 1 7
며, OLED 관련 인프라도 취약한 실정이나 짧은 기간 동안
빠른 속도로 발전하여, 양산 및 제품화 기술에 있어서는 세
1 8 O L E D
<표 2-2> 국내 주요 OLED 업체의 개발 현황
업 체 주 요 사 항
삼성S D I
- 15.1″Full Color AMOLED 개발
- 세계 최고인 1 7″UXGA Full-Color AMOLED 개발
- 3 M과 LITI 기술, UDC와 유기 인광 재료, Vitex와 박막
Encap 기술 등 공동 개발 중
삼성O L E D
- 삼성SDI - NEC 제휴( 2 0 0 1년 9월)로 설립되었으나, 최근
N E C가 철수하고 삼성S D I가 1 0 0 %의 지분을 가짐
- 1″급 256 Color PMOLED 양산( 2 0 0 2년)
- 2″급 2 6만 Color PMOLED 양산 예정( 2 0 0 4년)
L G전자
- 2002년 1 0월 2″급 Color 시제품 출시
- 2004년 Full Color PMOLED 양산개시중
- LG Philips LCD의 L T P S기판을 이용 AMOLED 개발
LG.PHILIPS LCD- LG전자와 LTPS 기판을 이용 AMOLED 개발
- 4세대급(730x920mm) LTPS-TFT 라인 구축
삼성전자- a-Si TFT를 사용한 고분자 AMOLED 개발 중
- 4세대급 OLED 장비 발주함
현대L C D - PMOLED 생산 설비 검토중
오리온전기- 2″Full Color PMOLED 개발, 26만 C o l o r
- 2004년 OLED 양산을 앞두고 신제품 개발 중
네스디스플레이
- 3.8″(PDA), 26만 Color, 320 × 2 4 0
- 1.0″, 65k Color, 96 × 6 4
- 청색/적색발광, 폴리머 HIL 개발,
- 1"급 Blue/Area Color/Full Color패널 개발 및 판매
엘리아테크 - 1.9″, 26만 Color, 128 × 160 패널 생산기술 수출 계획
네오뷰코오롱 - 2004년 OLED 양산예정
대우일렉트로닉스- OLED 벤처 업체인 C L D를 인수
- 2005년부터 PMOLED 양산 계획
자료：기사내용 정리
계적인 수준에 도달하고 있는 것으로 평가받고 있음.
○ 국내 OLED 관련업체는 약 2 0여개이며 현재 시제품 개발
측면에서는 상당한 기술 수준에 도달해 있음. OLED 패널
및 모듈 개발을 목표로 하는 업체는 삼성SDI, LG전자, 삼성
O L E D (舊 SNMD), LG PHILIPS LCD, 오리온전기, 현대
LCD, 네오뷰코오롱, 대우일렉트로닉스와 중소·벤처기업인
네스디스플레이, 엘리아테크 등이 있음. 한편 재료 개발업체
로 L G화학, SFC, 코오롱, ELM, SK Chemical, 비스톰,
Gracel 등이 있으며, 장비 회사로는 ANS, 선익시스템, YAS,
DOV, 두산디앤디(舊 D R진공), 한백, 맥사이언스, 기타 관련
업체로 리디스, LDT, Siliconworks, RNDis, ELD, 모디스텍
등이 있음.
제2장 기술동향 분석 1 9
2 0 O L E D
1. 시장의특성
○ 휴대폰, PC용 모니터, Notebook PC, TV 등 우리 생활 주변
에서 사용하고 있는 각종 기기의 디스플레이로 활용되고 있
는 평판 디스플레이는 두께, 디자인 등의 측면에서 기존의
브라운관에 경쟁우위를 나타내며, 급속하게 시장이 팽창되
고 있음.
○ 전 세계 평판 디스플레이 시장규모는 향후 연평균 20% 이
상 증가할 것으로 전망됨.
- 평판 디스플레이별로는 L C D가 17%, PDP가 44%, OLED
가 90.4% 이상의 성장률을 기록할 것으로 전망됨.
- O L E D는 특히 휴대폰용 디스플레이 등 중소형 시장을 중
심으로 시장 규모를 늘려가고 있으며, 이는 L C D가 차지
하고 있는 시장을 위협하는 요인이 되고 있음.
- 중소형 디스플레이 시장을 대표하는 응용기기로는 휴대
폰, PDA, 자동차용 모니터, DSC, DVC 등이 있는데, 이들
제3장 시장동향분석 2 1
제3장
시장동향 분석
기기에 사용되는 디스플레이의 시장규모는 2 0 0 3년 3 / 4분
기 까지 크게 증가하여 왔음.
- 이들 기기 중 가장 큰 시장 비중을 차지하고 있는 휴대폰
은 전체 중소형 디스플레이의 80% 이상을 차지하고 있음.
2 2 O L E D
자료：
1 Q 0 2 2 Q 0 2 3 Q 0 2 4 Q 0 2 1 Q 0 3 2 Q 0 3 3 Q 0 3 4 Q 0 3 1 Q 0 4
Mobile Phone 7 6 9 . 1 9 0 9 . 2 1 , 0 1 7 . 6 1 , 3 1 5 . 7 1 , 4 3 0 . 1 1 , 6 6 5 . 6 2 , 0 3 1 . 4 2 , 8 3 6 . 7 2 , 6 9 7 . 7
P D A 1 2 3 . 4 1 3 2 . 1 1 5 4 . 6 1 6 0 . 6 1 4 8 . 4 1 5 5 . 0 1 7 7 . 5 2 0 3 . 9 1 6 9 . 4
Auto Monitor 1 0 1 . 4 1 3 2 . 8 1 5 5 . 9 1 6 0 . 0 1 4 5 . 9 1 7 4 . 0 1 9 2 . 2 2 0 0 . 6 1 7 8 . 3
D S C 6 0 . 7 8 2 . 7 1 2 8 . 1 1 4 0 . 1 1 3 6 . 1 1 9 8 . 0 2 6 3 . 9 2 5 4 . 0 1 9 9 . 3
D V C 7 9 . 0 8 6 . 2 9 5 . 8 7 8 . 5 6 5 . 5 8 7 . 3 9 4 . 3 9 1 . 8 7 8 . 6
T o t a l 1 , 1 3 3 . 6 1 , 3 4 3 . 0 1 , 5 5 2 . 0 1 , 8 5 4 . 9 1 , 9 2 . 0 6 2 , 2 7 9 . 9 2 , 7 5 9 . 3 3 , 5 8 7 . 0 3 , 3 2 3 .3
<표 3-1> 중소형 디스플레이의 시장현황
(단위：백만달러)
자료：DisplaySearch 2004. 2
자료：DisplaySearch 2004. 2
<그림 3-1> 중소형 디스플레이의 응용기기별 비중 변화
- 따라서, OLED의 주요 타겟시장은 휴대폰용 내외부 디스
플레이며, 이러한 시장 공략을 위해서는 내부창을 위한
풀컬러 제품의 상용화가 요구됨.
2. 시장동향
○ Display Search사는 2 0 0 3년 3 / 4분기의 PMOLED 시장규모가
7 , 0 0 0만달러를 넘어섰고, 4/4분기에는 8 , 0 0 0만달러를 초과한
것으로 분석하였음.
- P M O L E D의 매출은 카오디오와 휴대폰 외부창 시장 성
장에 따라 2 0 0 5년 3 / 4분기에는 9 , 0 0 0만달러를 초과하게 될
것으로 전망됨.
제3장 시장동향 분석 2 3
<그림 3-2> PMOLED의 응용기기별 매출 전망
Car AudioA u t o m o t i v eO t h e r s
Q 3 ' 0 3 Q 4 ' 0 3 Q 1 ' 0 4 Q 2 ' 0 4 Q 3 ' 0 4 Q 4 ' 0 4 Q 1 ' 0 5 Q 2 ' 0 5 Q 3 ' 0 5
Mobile Telephone SubW a t c hQ/Q Growth
$ 1 0 0
$ 9 0
$ 8 0
$ 7 0
$ 6 0
$ 5 0
$ 4 0
$ 3 0
$ 2 0
$ 1 0
$ 0
I n d u s t r i a lT o yY/Y Growth
1 5 0 %
1 0 0 %
5 0 %
0 %
- 5 0 %
- 1 0 0 %
자료：DisplaySearch 2004. 2
○ <그림 3 - 3 >은 A M O L E D의 매출전망을 나타내고 있음.
- 2 0 0 3년에는 S a n y o / K o d a k에 의해서만 생산되던 A M O L E D
가 2 0 0 4년에는 Pioneer, Sony, 삼성OLED 등에 의해 생산
이 시작될 것으로 기대되며, 시장규모는 2억달러에 달할
것으로 전망됨.
- A M O L E D의 핵심 응용기기는 휴대폰의 내부창과, PDA,
DSC 등이 될 것으로 판단됨.
○ D i s p l a y S e a r c h사의 OLED 시장 성장률 예측 데이터와 국내
관련 연구기관의 OLED 재료시장 성장률 전망자료, 세계
OLED 시장규모 중 재료시장의 점유율 등을 근거로 세계
OLED 재료시장규모를 예측하였음.
2 4 O L E D
<그림 3-3> AMOLED의 응용기기별 시장규모 전망
Mobile TelephoneC a m c o r d e rO t h e r s
P D AD V DQ/Q Growth
Digital CameraAutomobile MonitorY/Y Growth
G a m eHandheld TV
Q 3 ' 0 3 Q 4 ' 0 3 Q 1 ' 0 4 Q 2 ' 0 4 Q 3 ' 0 4 Q 4 ' 0 4 Q 1 ' 0 5 Q 2 ' 0 5 Q 3 ' 0 5
$ 3 5 0
$ 3 0 0
$ 2 5 0
$ 2 0 0
$ 1 5 0
$ 1 0 0
$ 5 0
$ 0
7 , 0 0 0 %
6 , 0 0 0 %
5 , 0 0 0 %
4 , 0 0 0 %
3 , 0 0 0 %
2 , 0 0 0 %
1 , 0 0 0 %
0 %
자료：DisplaySearch 2004.
- 그 결과 2 0 0 5년에 약 2억 2 , 4 0 0만달러, 2009년에는 1 3억
5 , 0 0 0만달러에 달할 것으로 전망됨.
- 한편 국내 O L E D의 재료 시장규모는 2 0 0 7년에 1억달러를
넘어설 것으로 예상되며, 2009년에는 2억 5 , 7 0 0만달러에
이르게 될 것으로 전망됨.
3. 업체동향
○ OLED 사업에 참여하고 있는 업체는 세계적으로 약 1 0 0여
개 업체에 달하지만, 능동형 구동방식의 제품 생산을 추구
하는 업체와 수동형 구동방식의 제품 생산을 추구하는 업체
가 비교적 잘 구분됨.
- O L E D의 상용화를 가장 먼저 시작한 일본은 모듈과 재료
및 장비업체들이 고루 분포되어 있고, 기술력도 가장 앞
서 있는 상황인 반면, 한국, 대만 등 모듈에서 강세를 나
타내는 국가들은 상대적으로 재료 및 장비부분의 기업이
제3장 시장동향 분석 2 5
2 0 0 4 2 0 0 5 2 0 0 6 2 0 0 7 2 0 0 8 2 0 0 9 C A G R
O L E D 5 3 9 1 , 1 8 0 2 , 1 7 2 2 , 6 5 0 3 , 4 8 4 7 , 1 4 0 6 7 . 6 5 %
O L E D재료 1 0 2 2 2 4 4 1 3 5 0 3 6 6 2 1 , 3 5 0 6 7 , 6 3%
점유율 1 9 . 0 1 % 1 8 . 9 % 1 8 . 9 % 1 9 . 0 % 1 8 . 9 % 1 9 . 0 1%
자료：DisplaySearch, KETI의추정자료를 바탕으로 KISTI 재구성
<표 3-2> 세계 OLED 재료의 시장규모 및 점유율
(단위：백만달러)
많지 않아 경쟁력이 취약한 상황임.
○ 시장점유율을 보면, 2003년도 1위였던 東北 P i o n e e r가 2위로
밀려나고 2위에 있던 S N M D가 2 0 0 4년 1분기에 N E C의 지분
을 모두 취득 후 삼성O L E D (삼성 S D I )로 사명을 변경하면
서 4 4 . 1 %로 1위를 기록하였음.
- 그 다음으로 대만의 R i T D i s p l a y가 25.3%, Philips가 2 . 4 % ,
K o d a k이 1.5%, TECO가 1 %의 시장을 점유하고 있음.
○ OLED 사업에서 가장 두드러진 경영전략상 특징은 제휴와
합작을 통한 협력우위 전략임.
- 이는 원천기술을 보유한 업체들과 전략적인 제휴나 합작
을 통해 기술개발 시간을 단축하고 이를 통해 시장선점
의 기회를 잡으려는 의도로 풀이됨.
2 6 O L E D
<그림 3-4> 주요 OLED 업체별 시장점유율
자료：DisplaySearch 2004. 2
1. OLED 소재핵심기술동향
○ OLED 유기재료는 분자량 크기에 따라 저분자 O L E D와 고
분자 O L E D로 분류하며, 유기박막의 전기적인 특성에 따라
발광층, 전하 주입층으로 구분할 수 있음. 발광층은 소재의
발광특성 메카니즘에 따라 형광과 인광소재로 구분하며 전
하수송층은 정공 및 전자 수송층과, 정공 및 전자주입층으
로 구분함.
가. 발광재료
(1) 저분자 발광소재
○ 형광재료
- K o d a k사는 효율과 수명 측면에서 기존 RGB 재료보다
2~3 배향된 Gen3 재료를 개발하여 수명은 2 5 % ( R ) ,
73%(G), 150%(B) 정도 증가함( <표 4-1> 참조) .
제4장 이슈 분석 2 7
제4장
이슈 분석
- I d e m i t s u - K o s a n사는 최근 녹색 발광 도판트를 개발, 초기
휘도 1,000 cd/m2에서 반감수명 20,000 시간 이상을 실현
하여, Alq3:coumarin 소자 대비 5배 이상의 뛰어난 결과
를 나타냄. 특히 적색 분야는 신규 적색 도판트를 개발하
여, 기존에 매우 어려웠던 고농도 도핑이 가능, 저전압 구
동이 가능해졌고, 1,000 cd/m2에서 5,000 시간의 장수명을
달성함.
- 청색발광에서도 호스트 재료로 새로운 분자 구조를 시도,
반감수명이 1,000 cd/m2에서 7,000 시간 이상이나 되는 장
수명 재료를 개발함(SID, 04″) .
- L G화학은 정공주입재료 및 2가지 전자전달재료 개발을
완료, 양산 라인을 구축하였으며, 정공주입재료의 경우 빛
이 투과되는 면에 위치하여, 양극재료를 저렴한 알루미늄
소재로 대체 가능할 수 있게 됨.
○ 인광재료
- 일중항 또는 삼중항 여기상태에서 삼중항 여기상태로의
2 8 O L E D
C o l o rPerformance @ 20 mA/cm2
U n i t s B l u e G r e e n R e d W h i t e
I n i t i a l
L u m i n a n c ec d / m2 4 0 0 ~ 5 0 0 2 , 0 0 0 1 , 0 0 0 1 , 0 0 0
L i f e t i m e h o u r s1 5 , 0 0 0 ~
2 0 , 0 0 0
3 0 , 0 0 0 ~
4 0 , 0 0 0
3 0 , 0 0 0 ~
4 0 , 0 0 03 0 , 0 00
<표 4-1> RGB 소자별 수명
자료：Kodak, 2004
계간 전이(intersystem crossing) 또는, 에너지 전이가 잘
일어나는 원자번호가 큰 전이금속이 중심원자로 있는 유
기 금속화합물이 해당됨.
- 인광재료에서는 저전류밀도에서의 효율은 실용화 가능할
정도로 충분히 높으나, 고전류밀도에서는 삼중항 여기상
태의 포화로 인한 소멸현상이 효율을 급격히 감소시키는
것이 가장 큰 단점임. 따라서 이러한 단점을 개선하기 위
해서는 도판트인 발광체의 삼중항 여기상태의 수명이 짧
아야 하며 매우 b u l k하거나 덴드리머( d e n d r i m e r )의 구조
를 갖는 측쇄(side chain)를 가져 삼중항-삼중항 소멸이
방지되는 재료를 개발해야 함.
- P t O E P는 적색이며 매우 우수한 열안정성을 보이고, 발광
대역폭이 좁아 색순도가 높다는 장점은 있으나, 긴 인광
수명으로 인하여 높은 전류밀도에서 삼중항-삼중항 소멸
이 발생하여 효율이나 휘도에 문제가 있음.
- 이리듐계 유기 금속화합물은 U C L A와 Princeton 대학의
공동 연구로 처음 보고되었으며, Ir(ppy)3, 적색인광재료로
Ir(btp)2(acac), 청색인광재료로 Firpic 등이 발표되고 있음.
- 대만의 A U O가 U D C의 적색 인광 재료를 4″ a - S i
AMOLED 개발에 응용하여, 40%의 소비전력 절감을 실
현한 바 있고, 삼성S D I는 U D C의 녹색 및 적색 인광 재
료, 그리고 I d e m i t s u - K o s a n의 청색 형광 재료를 사용하여
1 5 . 5″LTPS AMOLED를 발표, 저분자 O L E D의 단점인
소비전력과 휘도를 각각 30%, 29%씩 향상시킴.
제4장 이슈 분석 2 9
- 적색 재료는 최근 일본의 P i o n e e r사와 함께 적색(red) 영
역의 색순도로 15 cd/A의 효율로 구현, 세계 최초로 패널
양산에 적용하여 NTT Docomo 휴대폰 제품용으로
PMOLED 패널을 공급함.
- 청색 인광 재료는 하늘색(sky blue) 영역의 색순도로
8~9 cd/A 수준에 도달하였고, 고성능의 정공차단재료를
적용, 휘도 200 cd/m2에서 무려 18 cd/A에 이르는 효율을
보고하였음. 녹색은 고성능의 정공차단재료 개발과 함께
동일 재료로 82 cd/A에 이르는 소자를 구현함.
- 2 0 0 4년 S I D에서는 일본의 T o y o t a사와 함께 이들 재료를
이용하여 1,000 cd/m2에서 38 cd/A, 18.4l m/W 그리고,
16% 외부양자효율을 달성한 백색소자를 발표, 향후 백색
을 이용한 디스플레이의 개발의 가능성을 제시함.
<표 4-2> 저분자 인광소재의 특성
자료：UDC, 2004. 3
PHOLED Name RD15 RD07 GD33 BD58 BD30
Color
CIE(x. y) 0.68, 0.32 0.65, 0.35 0.31, 0.64 0.16, 0.38 0.14, 0.23
Luminous Efficiency
(cd/A) at XXX nits8 at 500 15 at 500 27 at 1,000 30 at 100 13 at 100
Lifetime(hours)⋎25,000@
500 cd/m2
22,000@
500 cd/m2
20,000@
1,000 cd/m2
Under
development
Under
development
3 0 O L E D
(2) 고분자 발광소재
○ 형광소재
- 고분자 재료는 주사슬에 달려 있는 측쇄의 기능 또는 공
중합체의 형성 등에 따라 발광 파장, 발광 특성을 유지하
면서, 실온의 단순공정으로 저가의 대면적 소자를 만들
수 있다는 장점이 있음.
- 발광 효율을 증가시키기 위하여 고분자 호스트 내에 저
분자계 인광 재료들이 많이 연구되고 있으며, 고분자 호
스트의 개발뿐만 아니라 저분자 인광 도판트의 고분자내
박막 특성을 개선하는 핵심 기술이 연구되고 있음.
- 근본적으로는 고분자 재료의 합성 및 정제 기술에 따른
OLED 특성의 신뢰성, 내구성 등이 해결하여야 할 과제임.
- 현재 대표적인 폴리플루오렌계 공중합체는 D o w의‘G K 2 '
라는 녹색 발광고분자로서, 16V에서 15,000 cd/m2의 휘도
를 보이며 최대 효율이 2 2 l m / W에 달함.
- C D T는 고분자 정공주입재료인 P E D O T에서 구성 성분인
산소와 유황이 유리됨으로써, 소자수명이 감소되는 것을
발표함. 따라서 장수명을 실현하기 위한 대책으로,
P E D O T층과 L E P층 사이의 중간층을 도입하는 방법을
도입하여 수명 측면에서 2배 이상의 개선 효과가 보고됨.
- 최근 덴드리머 재료를 이용하여 4V 구동으로 481 m / W ( 6 1
c d / A )의 효율을나타내는녹색O L E D를 개발하였다고보고함.
- 독일의 벤처회사인 N o v a l e d사는 정공전달층을 도핑하여 낮은
제4장 이슈 분석 3 1
구동 전압에서 녹색 인광재료를이용하여 1,000 cd/m2, 2.8V에
서 75 cd/A의 효율을 구현함.
○ 고분자 인광소재
- 저분자에서 인광개념이 도입되어 발광효율이 급격히 증
가함에 따라 고분자에서도 P V K를 골격으로 사용한 인광
개념을 도입한 고효율 인광 고분자 시스템이 연구됨.
- 아직 초기 단계이긴 하지만, NHK와 Showa Denko의 공
동 연구로 합성된 대표적인 인광 고분자는 세계 최초이
며 전하 균형을 위해 전자 전달 물질을 전체 중량 대비
30% 정도로 혼합하여 사용했다고 발표함.
나. 전하수송재료
○ 정공주입 및 전달재료
- 양극으로부터 정공주입을 용이하게 하기 위하여 이온화
3 2 O L E D
<표 4-3> 고분자 소재를 이용한 소자의 특성
C o l o rPerformance @ 1 mA/cm2
U n i t s B l u e G r e e n R e d W h i t e
E f f i c i e n c y c d / A 3 . 8 9 . 3 1 . 6 4 . 6
CIE x 0 . 1 7 0 . 4 3 0 . 6 8 0 . 3
CIE y 0 . 2 2 3 . 1 0 . 3 2 0 . 3 5
V o l t s V 6 . 5 3 . 1 3 . 3 3 . 6
L i f e t i m e h o u r s 1 6 , 6 0 0 > 5 0 , 0 0 0 ~ 7 0 , 0 0 0 ~ 1 2 , 5 00
자료：CDT, 2004
포텐셜이 작고, ITO와의 계면접착력이 좋으며, 가시광선
영역에서의 흡수가 가능한 없어야 함.
- C u P c는 정공주입 특성이나 재료 안정성은 매우 좋으나, 가
시광선영역에서 흡수 때문에 사용되지 않고, 전자주게 특
성을 갖는, 트리페닐아민을 골격으로 한 디아민, 트리아민
및 테트라아민 유도체와 TF-TCNQ, TBPAH 등이보고됨.
- 계면에서 여기 복합체 및 분자간 상호작용을 피하기 위
하여 TPD, NPB, 아민계, 히드라존계, Starburst계 등 이온
화 포텐셜이 높은 재료를 정공전달층으로 발광층과의 사
이에 삽입하여 정공을 쉽게 운반시킬 뿐만 아니라 전자
를 발광영역에 속박함으로써 여기자 형성 확률을 높여줌.
○ 전자전달 및 주입재료
- 음극으로부터 전자를 발광층으로 원활히 수송하고 발광
층에서 결합하지 못한 정공의 이동을 억제하여 발광층내
의 재결합 기회를 증가시키는 역할을 하는 것으로 전자
친화성과 음극 전극과의 접착성이 우수한 재료가 주로
사용됨.
- 전자친화도가 우수한 Alq3 이 외에도 전자전달과 정공차
단의 역할을 하는 PBD, spiro-PBD, oligothiophene,
perfluorinated oligo- p-phenylene, 그리고, 2,5-diarylsilole 유
도체들이 있음.
- T P B I와 P F - 6는 A l q 3보다도 효과적인 전자전달 능력을
가지고 있으며, 특히, PyPySPyPy의 경우, 실용화에 관한
제4장 이슈 분석 3 3
가장 중요한 성질인 소자 안정성을 크게 증가시키는 것
으로 알려짐.
2. 소자의핵심기술동향
가. Full color화기술
(1) 진공 증착법
○ OLED 디스플레이의 Full color화 하는 방법은 크게는 진공
증착, InkJet Printing 방법으로 구분할 수 있으며, 증착방법
은 RGB 소자구조에 따라 <그림 4 - 2 >처럼 크게 네 가지로
구분함.
○ RGB 발광층을 shadow mask 를 이용하는 방법은 현재 상
용화제품에 사용되는 기술로 고효율, 고색순도 측면에서는
우수하나, 개구율 문제, RGB의 각각 다른 aging 현상이 단
점임.
○ 단일 백색 발광층 재료, 2파장(보색관계) 또는 3색 파장을
이용하는 백색으로부터 Full color를 구현하는 방법은
mask 사용 없이 고효율의 백색으로부터 가능하다는 장점
은 있으나 컬러필터의 흡수에 따라 효율이 감소된다는 단
점이 있음.
3 4 O L E D
제4장 이슈 분석 3 5
<그림 4-1> OLED의 Full color화 방법
<그림 4-2> M i c r o c a v i t y를 이용한 S o n y의 Full color화 구조도( 1 2 . 7″급,
WVGA, LTPS, > 300 cd/m2)
TFT substrate
Patterning ofRGB Emitters
Without CFEfficient light usage
Color PurityWithout CFUnpatterned LED
C o n t r a s tColor PurityUnpatterned LED
Efficient light usageColor purityUnpatterned LED
A d v a n t a g e
P a t t e r n i n g ?→ I n s o l u b l e
p o l y m e r
Viewing angleCost of mirror( S i O2 / T i O2 6 layers)
With CFAbsorption Loss
Need stable andefficient blue dyes
D i s a d v a n t a g e
M i c r o c a v i t y
White Emissionwith CF
Blue Emission w/Color Conversion
○ Color-Change Medium을 이용하여 단일 청색 발광층으로부
터 Full color를 구현하는 방법은 역시 m a s k를 사용하지 않
는 것이 장점이나, 고효율의 청색소재가 절대적으로 필요함.
○ 특히 M i c r o c a v i t y를 이용한 Full color화 기술은 ITO 양극의
두께 변화를 이용하여 시도되는 것으로 종래의 RGB 3색방
법과 color filter를 사용하는 방법의 단점을 보완하여 대면적
에 패널의 고정세화가 가능한 방법으로 시도되고 있음( <그림
4-2> 참조) .
(2) Ink-Jet Printing 방법
○ 고분자재료의 용해성에 기인하여 Full color화 하는 방법으로
공정의 단순화, 재료의 절감, 대량생산에 따른 설비투자 절
감 등의 장점을 가짐( <그림 4-3> 참조) .
○ 핵심기술로는 점도, 용해도, 용매 선정 등의 특성을 기초한
잉크의 Formulation, Dispense 특성, 균일한 박막두께의 제어,
Ink-Jet Head의 기계적인 정밀도 제어 등임.
3 6 O L E D
<그림 4-3> Ink-Jet 방식의 Full color화 기술 구조도
Ink jet printer heads
S i O2
L E PP E D T
I T OP o l y s i l l i c o nT F T
S u b s t r a t e
P o l y i m i d e
○ 최소의 소재를 이용하여 Non-contact 프린팅 방법을 이용한
Direct Patterning Deposition이 요소기술이며 Ink Head 측면
에서는 다양한 잉크의 사용, 우수한 제어성, Ink Drop의
Internal Flow Velocity, Diffusion Speed 특성을 이용한 크기
의 제어 등이 요구됨.
○ 특히 N o z z l e로부터의 D r o p의 위치 제어성, 친수성, 소수성을
이용한 정밀도 향상, Baking 조건 등은 균일한 박막 뿐만이
아니라 균일한 휘도를 얻기 위한 필수 요소기술임.
(3) LITI 방법
○ 레이저빔을 조사하여 발생하는 열에 의해 Donor 필름으로부
터 기판 또는 유기 박막 위로 박막을 전사하여 소자를 제작
제4장 이슈 분석 3 7
<그림 4-4> LITI 방법을 이용한 박막의 전사 기술 개요도
LTHC/LEP Adhesive Force-Weak force:Mass Transfer
-Strong:No Transfer
LEP/LEP Cohesive Force-Strong:No Transfer/Mass Transfer
LEP/Substrate Adhesive Force-Weak:No Transfer/SpottyS u b s t r a t e
a d h e s i o n
c o h e s i o n
a d h e s i o n
L a s e r
Donor Film
L T H C
L E P
Force Balance During LITI Transfer
하는 기술로 Donor film 형성기술, Film 증착기술, LITI
imaging 기술이 핵심기술임( <그림 4-4> 참조) .
○ 전사시키는 Donor 필름의 형성 및 분자간의 인력( A d h e s i o n ,
C o h e s i o n )을 이용한 제어, 코팅필름박막의 두께 균일도 제
어, 다층박막 제작시에 적층 제어 등이 핵심 요소기술임.
○ 고분자의 경우 Film strength가 크므로 Edge formulation 의
어려움이 있으므로 불활성인 고분자 또는 비정질의 단분자
와 B l e n d i n g하여 전사특성을 조절하기도 함.
○ 대면적 소자제작의 우수함, 고정세화 패터닝, 박막 균질도
향상 등 단점이 있으나, 소재의 안정성, 다소 높은 구동전압
과 다소 높은 공정단가가 문제임.
3 8 O L E D
<그림 4-5> Photo-Patterning을 이용한 고분자소자의 Full color화 방법
d e p o s i tOLED polymer
X - linkOLED polymer by UV
remove not X-linkedOLED polymer
(4) Photo-patterning 방법
○ U V에 의한 고분자 가교현상( C r o s s - l i n k i n g )을 이용한 방법
으로 고해상도 소자를 간단한 공정으로 진행할 수 있는 점
이 장점임( <그림 4-5> 참조) .
○ 발광재료 이외에 U V에 의하여 첨가된 Cross-linking Agent
와 고분자간에 C r o s s - l i n k i n g이 완벽하게 이루어지지 않아 소
자성능의 저하를 방지하는 것이 핵심기술임.
○ 현재 D N P가 2 . 4″급, 86ppi, 개구율 5 5 %의 시작품을 구현함.
나. 발광구조기술
(1) Bottom Emission
○ TFT 기판 쪽으로 빛이 나오는 하부 발광 구조로 상용화되
고 있는 대부분의 소자가 사용하는 방법임( <그림 2-2> 참조) .
○ 건조제 부착이 용이하여 공정하기가 쉽다는 장점이 있으나
고해상도를 위한 개구율이 한정되는 단점이 있음. 개구율 측
면에서는 최대 50% 수준이나 전면발광의 경우 60-70% 이상
으로 예상됨.
(2) Top Emission
○ TFT 기판 위로 빛이 나오는 상부 발광 구조와 투명한 양
제4장 이슈 분석 3 9
극을 사용하여 양쪽 모두로 빛이 나오는 양면 발광 구조가
가능함.
○ T F T에 의해 빛이 가려지지 않으므로 높은 휘도를 얻을 수
있는 장점으로 양면 발광형 A M O L E D는 폴더형 휴대폰에
채택될 경우 하나의 디스플레이로 내·외부창 역할을 동시
에 할 수 있기 때문에 휴대폰의 두께를 최소화할 수 있어
소비자들이 휴대하기가 보다 편리해질 것으로 보임.
○ 고개구율로 인하여 고해상도의 디스플레이가 가능한 구조로
기판의 투명도와 관계없이 제작가능하나 투명 또는 반투명
의 음극제작이 필요함. 특히 D e s i c c a n t를 사용하기가 어려워
Desiccant Free Encapsulation 공정을 통한 수명증가 기술이
요구됨.
○ Mg, Ag, ITO 또는 산화물을 주로 사용하여 투명한 음극 제
작기술, 반사막 양극제작기술, 투명 Encapsulation 기술, 색좌
표 개선기술, 고효율기술 등이 필요함.
다. 구동방법
(1) Passive Matrix(PM)
○ 양극과 음극 Matrix 사이에 EL 소자가 선택된 Line 구간만
발광하는 것으로 짧은 시간 동안 선택된 화소를 높은 휘도
로 발광하게 되므로 해상도가 높아지면 순간 발광 휘도가
4 0 O L E D
더욱 높아져야 함. 따라서 소자의 열화 및 전력 소모 등의
단점 때문에 대면적으로는 부적합함( <표 4-4> 참조) .
○ Panel 크기가 커짐에 따라 배선전극저항과 캐패시턴스 값이
증가함. 따라서 평균휘도를 얻기 위하여 필요한 휘도×l i n e
제4장 이슈 분석 4 1
<표 4-4> 능동 구동 및 수동 구동의 특성 비교
S p e c i f i c a t i o n A M O L E D P M O L E D
Ease of Fabrication
OLED deposited on backplane-
isolated pixels, no cathode
s e p e r a t o r
OLED requires cathode
s e p e r a t o r
Module cost
Higher because of backplane
lower voltage driver IC Drive
electronics integration?
No Backplane-higer voltage
drive IC
Y i e l d Pixel isolatedPixel shorts create line
d e f e c t
Array size/ resolutionBackplane limited, especially
if top emissionLimited to < 100 rows or < 3"
Power consumption L o wHigher -line losses and
lower OLED efficiency
Life time Higher -OLEDs driven dc Lower-OLEDs pulsed
U n i f o r m i t yVery dependent on drive
TFT threshold voltageDirect current drive
Driving
D a t aVoltage or current driven-
depends on pixel circuit
Current driven and higher
voltage to drive OLED at
peak brightness
S c a n Pulse select TFT Pulsed OLED
L i n e
r e s i s t a n c eLow resistance lines
very low resistance row
lines-all current instantane-
ously flows down a single
l i n e
Grey Scale Generally analog PWM or analog
수만큼의 전압이 필요하여 소비전력이 증가하게 되므로 소
형에서만 채택 가능한 방법임.
(2) Active Matrix(AM)
○ Matrix 전극사이의 Pixel 하나 하나를 독립적으로 구동하여
고해상도, 대형 패널이 가능함. AMOLED 방식은 낮은 전류
로 구동이 가능하여 소비전력 및 표시 해상도 측면에서 유
리하나 폴리실리콘 T F T의 불균일성에 의한 휘도 불균일성
이 문제로 대두됨.
○ 현재 T F T의 불균일성 및 전원 Line 저항에 의한 V o l t a g e
drop 현상은 해결되어야 할 과제이며, 균일한 대면적 폴리실
리콘 박막을 형성하는 공정을 개발해야 함.
라. 수명
○ 고해상도, 저전력, 경량 OLED 디스플레이는 다른 L C D나
P D P와는 다르게 짧은 수명때문에 상용화가 늦어지고 있음.
그 요인으로는 외부에 의해서 침투되는 산소나 수분의 영
양, 구동시 소재의 D e g r a d a t i o n에 의한 색좌표의 변화, 공정
시 먼지나 Particle 에 의한 전기적 단락, 소재의 내구성 등
이 예상되며 이를 극복하고자 소재/소자분야 전 공정에 걸
쳐서 연구가 진행되고 있음.
4 2 O L E D
(1) 외부적인 특성
○ 외부로부터의 수분이나 산소침투를 막기 위한 방법으로 기
존에는 c a n (유리 또는 서스 소재)을 이용하며, 건습제를 부
착하여 구동시 발생되는 o u t - g a s i n g에 의한 소자의 노화현상
을 방지하는 것이 핵심기술임.
○ 소자제작 공정시에 발생하는 P a r t i c l e로 인하여 형성되는
Dark spot은 불균일한 박막 제작으로 외부에서 걸어준 전기
에 의해 단락현상이 발생함.
○ 외부적인 요인에 의한 수명감소현상은 적합한 건습제,
Sealent 선정, 불활성 조건의 소자 밀봉, 소자 제작시에 청정
도 유지 등에 의하여 어느 정도까지 방지 가능함.
(2) 내부적인 특성
○ 대부분 구동시 발생되는 소자 내부적인 노화 특성으로 전극
의 delamination, 전극과 유기박막 계면간의 노화, 유기박막
간의 Inter-diffusion, 화학적 변화에 의한 발광 색좌표의 변
화, RGB 소재의 서로 다른 내구성, 열적인 안정성, 전하의
Balanced Injection 등으로 이를 해결하는 것이 핵심기술임.
○ 따라서 고효율이며 내구성과 열적안정성이 우수한 소재개발
뿐만 아니라 새로운 개념의 소자개발, 저전력 구동회로의
개발 등이 요구되고 있음
제4장 이슈 분석 4 3
(3) Thin Film Passivation
○ 저전력 소모의 초경량 디스플레이가 가능한 OLED 디스플
레이 기술은 보다 더 가벼운, 깨지지 않는 Thin Film 형태
의 기판을 이용한 유연한 디스플레이로의 접근방법이 시도
되고 있음.
○ Thin Film을 이용한 Passivation 기술은 고분자 유기박막의
유연성, 고밀도 무기박막의 차단성을 이용하여 유기/무기 다
층구조에 의한 차단성을 향상 시키는 방안, 또는 얇은 ( 0 . 1
mm 정도) 유리기판과 고분자막의 유연성을 이용하여 소자
위에 접착시키는 방법도 시도되고 있음( <그림 4-6> 참조) .
4 4 O L E D
<그림 4-6> 박막을 이용한 Passivation 개념도 및 유기/무기 다층박막을
이용한 차단층의 단면도( V i t e x사 제공)
L i q u i dP r e c u r s o r
I n o r g a n i cd e p o s i t i o n
L i q u i dP r e c u r s o rC u r e C u r e
참고문헌
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참고문헌 4 5
O L E D2 0 0 4년 1 1월 2 5일 인쇄
2 0 0 4년 1 1월 3 0일 발행
발 행 처
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◯우 1 3 0 - 7 4 2
전화 : 3299-6114
등록 : 1991년 2월 1 2일 제5 - 2 5 8호
발 행 인
조 영 화
인 쇄 처
이룸출판사
BA293 김강회·정의섭·여운동
저자소개
김 강 회
•국제경영학 석사
•산업기술정보원 책임연구원
•현, 한국과학기술정보연구원 선임연구원
정 의 섭
•공학박사
•산업기술정보원 컨텐츠개발실 책임연구원
•현, 한국과학기술정보연구원 책임연구원
여 운 동
•전자공학 석사
•현, 한국과학기술정보연구원 연구원
자문위원
도 이 미
•Tokyo Institute of Technology 공학박사
•현, 한국전자통신연구원 책임연구원
