결론 , 생각해볼문제 OLED 의분류및정의 5 장 OLED

5장 OLED

1. OLED의 분류 및 정의

2. OLED의 구조 및 동작 원리

3. 발광재료 및 특성

4. 디스플레이 기술

5. 연구동향 및 과제

6. 결론, 생각해 볼 문제

1.OLED의 분류 및 정의

EL 이란?

 ELD(ElectroLuminiscent Displays)- 전계를 인 가하거나 전류를 흘려주었을 때 발광재료가 자 체 발광하는 것

 LED(Light Emitting Displays)와 같은 뜻으로 쓰

임

유기물/고분자 EL 이란?

유기물/고분자 ELD는 반도체 성질을 띄는 유기물

또는 공액 고분자를 발광 소재로 하여 이를 두 전

극 사이에 끼워 놓고 전압을 가하면 전류가 발광

소재 내로 흐르면서 유기물 또는 고분자로부터 빛

이 발생되는 원리 (전기발광이라 부른다)를 이용하

는 발광 디스플레이이다.

유기물/ 고분자 EL 디스플레이 특장

1. 발광 소자

2. 고휘도(>10만 cd/m ² ), 고효율(>10 lm/W)

3. 낮은 구동 전압 ; 직류 구동; 건전지 사용 가능 4. 색상 변화 용이(다색화 가능)

5. 대면적화 용이

6. 구부릴 수 있는 소자 용이

7. 소자 구조 간단 ; 제작 공정 간단 8. 고속 응답성(ms 이하)

9. 타 분야 핵심 기술로 응용 가능

기술적 측면

유기 EL의 구분

발광 재료에 따른 분류

유기 EL과 무기 EL의 장단점 비교

왜 OLED 인가?

 solid-state로써 내구성 우수, 빠른 응답속 도

 자체발광 – 고휘도, 고효율, 높은 대조비, 광시야각, 후면광(backlight unit)이 불필 요

 무기 EL 은 고전압필요, 대면적화와 청색

발광 어려움

1998 1999 2000

Pioneer

5.2” PM-OLED Sanyo-Kodak

5.5” AM-OLED Pioneer, PM

4 Area Color OLED

ETRI

2” PM-OLED

Sony 13” AM-OLED

SDI 15.1” XGA AM-OLED

UDC OLED

Pioneer OLED CDT-Seiko Epson

2” AM-PLED

1999

LG, 8”-Full color

2001

LG, 1.8”

Full color Motolora

Area color

Toshiba 2.8”

Full color

Flexible 유기 EL

유기 EL

TMD 17” AM-PLED

XGA

2002

2.OLED의 구조 및 동작원리

 OLED의 기본구조(단층,다층)

Multilayer Device Structure(다층구조)

- +

Electron Injection Electrode(cathode)

Hole Injection Electrode(anode, ITO) Emitting Layer(EML)

Light Substrate

Electron Transporting Layer(ETL)

Hole Transporting Layer(HTL)

OLED의 기본구조

LIGHT

전자 수송층

(ETL) 발광층

(EML) 정공

수송층 (HTL)

양극

음극

(낮은 일함수 금속, Ca, Al:Li, Mg:Ag,등)

-

전자

정공

+

- +

두께: 100 ~ 200 nm

Exciton

능동유기 EL의 주요기술

그림 5-2에서 능동 유기EL의 주요기술을 도식적으로 표현하고 있다. 유리기 판위에 반도체를 증착하여 TFT를 제작한다. 2.2” 능동유기 EL 패널 제작을 위 해 화소구동용 TFT가 약 1백30만개 필요하며 데이터, 스캔구동, DC/DC 변환 기등에 30만개정도의 TFT가 소요된다. Red, Green, Blue가 각각 독립 증착되 며 증착된 유기 EL의 오염 및 습도 방지를 위해 봉지기술이 필요하다.

OLED의 발광원리

 Cathode-electron injection

 Anode-hole injection

 EML(발광층 or host)에서의 전자-정공의

재결합과정을 거쳐 광이 생성

+ V

-

I

hn

+ V

- I

I

>> I

V

Band diagram under bias

+ -

Impact Excitation

Acceleration

EL Luminescence Center

Electron-hole Recombination

EL

Electron moves into p-region

Electron injection

Intrinsic or High-field EL

(Phosphor, Org. Crystal) Injection EL

p n

Semiconductor p-n junction Organic / Polymeric LED

Electron-hole Recombination

EL

Hole injection

 Schematic representation of various EL mechanisms

Schematic Diagram of EL Process

Anode

Coulomb Capture (Non-geminate recombination)

Cathode

Singlet S = 0

Triplet S = 0

Ground State

Electron Injection Hole Injection

Hole Leakeage Current Electron Leakage Current

ISC

T-T Anihil.

Nonrad.

Nonrad.

hn

h+ e-

Exciton Formation

Exciton Decay

Cathode Anode

Electron Hole

Conduction Band (LUMO)

Valence Band (HOMO)

Electron-Hole Capture; Exciton

Singlet Exciton Triplet Exciton

Light Emission Heat Dissipation

Light Output Internal Decay g

j

f

h_ext h_e

h_F

c h_re

제조공정

ITO Patterning : Photo-mask, Photo-lithography Cathode Patterning

1. Simple patterning : Shadow mask 2. High resolution Patterning

1. Cathode separator 형성

2. 발광층 형성

3. Cathode 형성

Prevention of shorts Angular Evaporation

1. ITO Patterning

2. Vertical shadow mask

3. Organic Deposition

4. Oblique Cathode Deposition

제조공정-패키징



현재는 흡습제 사용한 금속캔을 유기ELD 뒷면 부착-무게 부피 문제

등..



보호층 형성방법 연구중 : PE-CVD 등

3.발광재료 및 특성

Aspects in Emissive Material

1. Color tuning 2. Color Purity

3. Quantum Efficiency : Photoluminescence

4. Stability

단분자 ELD

 장점-낮은 구동전압과 비교적 큰 휘도

 단점-지속적인 발광이나 안정성, 양자 효

율면에서 문제점

Emissive Materials :

Polymers vs Small molecules

1. No essential difference in molecular design concept 2. Emission mechanism is very similar

3. Big difference in processing and durability of devices Polymers : spin-coating, about 5,000 hours

Small molecules : vacuum-deposition, ~10,000 hours

Advantages of Small Molecules:

1. Molecular Design and synthesis of materials are easy : Color tuning and high fluorescence efficiency

2. Fabrication of multiple layer structures are easy : High Quantum efficiency

3. Simplified understanding of phenomena Disadvantages :

1. Insufficient stability of vacuum deposited films

2. Lack of thermal and mechanical durabilities

Functional Molecules Metal Complexes:

배위자 자신이 강한 형광성을 갖는 것(넓은 선폭)

배위자로 부터의 에너지 전이에 의해 금속 이온 자신이 발광하는 것:

(예; Tb, Eu, Dy 등 ) ; 선폭이 좁음 (단색성 우수)

N

N N

O O O

Al

N N O O

N O N

O Zn

N

N O

O Be

Lumophore molecules:

CH CH

N O

N

O N N

N N

Organic ELD

Eg; p-p* gap

+ + +

- - -

+

+ +

+ + +

+ +

+ - - -

+

- -

+ +

+

-

- ⁺

- -

+ + +

LUMO

HOMO

High p-electron density at para-position

Poly(p-phenylene)

Energy Band Structure

Band Gap E_g

Benzene

sp² (s) + p_z (p) bonding

p-orbitals

HOMO-LUMO gap of organic molecules

E _g N 1



발광재료에 요구되는 특성

유기물 발광층으로 요구되는 특성

 고체 상태에서 양자 효율이 클 것

 전자 또는 정공 이동도가 클 것

 진공 증착이 가능할 것

 균일한 박막이 형성 될 것

 막 구성이 안정할 것

 적당한 HOMO, LUMO 준위를 가질 것

Doping in OLEDs

• Color tuning

eg. Red emission from DCJTB or DCM2 doped Alq3

• Enhance lumious efficiency

Doping either fluorescent or phosphorescent dyes

• Improve the device stability – longer lifetime,

– less voltage increase during operation

eg. Alq3-based OLEDs doped with rubrene, quinacridone derivatives, etc.

• Energy transfer to dopant

• Direct charge carrier Trapping at dopant

0.15

0.10

0.05

0.00

Li ght (ar b. units)

800 700

600 500

Wavelength (nm)

310 K 290 K 250 K 200 K 150 K 100 K 50 K 17 K undoped

OLEDs doped with DCM

H

C o

N CH

CH

NC CN

N O

N N O

O Al

Alq3 DCM

Dopants :

N

N O

O

i) Exciton formation in host -> energy transfer -> dopants excitation -> light emission ii) Recombination in Dopant itself

O NC CN

H3C

N(CH3)2

O

N CN

NC

H3C

Roles of Dopants 1. Color Tuning

2. Higher Quantum efficiency

3. High Durability

N

O NC CN

N

2

TDK

DPVBi Idemitsu

Alq3

Red shift modifided

Gaq3

Perylene

distyrylbiphenyl Idmitsu

Pioneer quinacridone

DPT

rubrene

BTX

ABTX

DCJTB Kodak Kodak

Kodak

B G Y Or R

Host

Dopant

N S

O H O

S

O OCH₃ N

H

HN O

O N

O N N O

O Al CH₃

H₃C

CH3

L

(Rj)m

(Ri)n

2

Alq-family

N O

N ON N

O Al N

O N ON N O Ga

Mitsubishi

Mitsubishi Mitsubishi

Mitsubishi

대표적인 host/dopant 발광계

Effect of Dopants on the EL Spectrum

Solid State Solvation Effect

host

Bulovic et al., Chem. Phys. Lett. 287, 455 (1998); 308, 317 (1999). ´

Host – Dopant Interaction

Blue OLED I-V Curve

Energy transfer

1. Intermolecular energy transfer 1. Forster energy transfer

2. Dexter energy transfer

2. Intramolecular energy transfer

Forster

~ 100 angstrom

Dexter

< 10 angstrom

Donor Acceptor

Dopant 조건 :

1. 높은 발광 효율

2. Host 물질 보다 밴드 갭이 낮을 것

3. Host 물질과 exciplex를 형성하지 말 것 4. 여기-발광 사이클 동안 안정할 것

5. Host 물질에 분산이 잘 될 것

Advantages of Polymers:

1. Stability and durability are much improved

2. Good Processibility using solution or melt processes 3. Possibility of molecular design

Disadvantages :

1. Fabrication of multilayer structures is difficult 2. Removal of impurity is difficult

3. Less flexible in molecular design and difficulty in synthesis

Trans-Polyacetylene

sp²

s p

P_z

C C C C C C

sp

: mixing of one s and two p orbitals

120

C : One S

Three P orbitals

Pz

C

C C C

C H

H H H

H H

H

H 3

C

H C H

H H

H H H

H H

H

H

H

C C C C C

15

H H

C C

n->

HOMO LUMO

Eg; p-p* gap

?

HOMO : Highest Occupied Molecular Orbitals <-> Valence band

LUMO : Lowest Occupied Molecular Orbitals <-> Conduction band

Analogous to Tight binding model :

n

R

R ⁿ

n

n

n

OR

RO

S n

S _n

R

S _n

NH n

N

H n

p-p* Energy Gap of Some Common Conjugated Polymers

trans-Polyacetylene 1.5 eV

Polydiacetylene 1.7

Poly(p-phenylene) 3.0

PPV 2.5

RO - PPV 2.2

Polythipophene 2.0

Poly(3-alkylthiophene) 2.0

PTV 1.8

Polypyrrole 3.1

Polyaniline 3.2

Positive polaron

Negative polaron

Positive polaron

Negative

polaron

Carrier Transport

Hopping Transport

Microscopic Anisotropy : Intrachain transport is faster than interchain transport and Conformational disorders or defects interrupt the 1-D transport

Interchain Hopping Low Mobility : m~ 10^-4- 10^-8cm²/Vs for holes

due to poor wavefunction overlap (larger hopping distance), increased disorder and trapping

much lower m for electrons(at least two order of magnitude smaller) trapping at defect sites due to impurities such as O₂

HOMO 음극

e

hn 전자

주입

음성 폴라론

발광 분자

양성 폴라론

전자- 포논 커플링

LUMO

양극

h 정공 주입 폴라론

재결합- 여기자 빌광소멸

전자- 포논 커플링

1 2 3 4 5 4 3 2 1

전기 발광 기구

Electroluminescence ; Non-geminate recombination

재료 측면 :

- 치환기

- Electronic properties

ex) MEH-PPV : red shift : incorporation of unused electron pairs to enhance the p-electron conjugation - Steric effects

- Backbone 구조

- Ring structure - Segmentation

- Torsional twist due to side group ex) Polythiophene derivatives

색상 튜닝 전략

N O

Al

N O N

O

N O

Al

2 4 5

7

N

N O

Al

N N O

N N

O

N

N O

Al

N N

O

N N

O

515 nm

440 nm 580 nm

Group 4-Me 5-Me 5-F

5-Cl

5-CN 7-nPr

-10nm 31nm 15nm 10nm -3nm 35nm

HOMO LUMO

Effects of substituents

n

OMe

n

O

O n

OC6H13

OC6H13

OC6H13

OC6H13

CN

CN

n

520 nm ; Green 550 nm ; Yellow

590 nm ; Orange 620 nm ; Red

n

520 nm ; Green

S

650 nm ; Red

S

CH2CH2OCONHCH2COOC4H9

n

590 nm ; Orange

S n

650 nm ; Red

Effects of torsion of backbone

O O Si

Si n

470 nm ; Blue-green n

520 nm ; Green

Effects of segmentation

300 400 500 600 700 0.0

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2

Abs.

PL EL

Intensity (Normalized)

Wavelength (nm) Spectra of conjugated polymer

O O Si

Si n

400 500 600 700 800 0

5000 10000 15000 20000 25000

PPV

EL Intensity

Wavelength (nm)

Color Purity

Definition of color purity

White light generation

EL Intensity(a.u.)

400 500 600 700

A B C

Wavelength (nm)

ITO/PVK(30wt% PBD; 3mol% TPB; 0.04mol% coumarin6;0.02mol% DCM1;0.015mol% Nile Red)/Mg:Ag

A: 10mA/cm² B: 20mA/cm² C: 200mA/cm²

1. 재료

- 형광 수율이 높은 것 ; - 평면성이 좋을 것

- 사슬간 상호작용이 적을 것 - 여기자 속박이 잘 될 것

- 3중항 여기자 생성확률이 낮거나, 일중항 여기자로 에너지 전이가 잘 될 것

PL efficiency

: Q = h X q

h

= efficiency of singlet exciton formation q = t/t

; ratio of radiative decay

t^-1

= t

+ t

Efficient PL : Necessary but not sufficient condition for EL - PL studies provides good insight

- Needs photophysics and photochemistry study

m-x

OMe

OMe

n-y

OMe

x

y OMe

OMe

OMe

효과적인 Exciton Confinement 를 위한 구조

1. Copolymer

2. Long side chain

Si Si

3. Disorder in chain

- cis, trans-alkene unit

- kink in backbone

Non-radiative channel;

- intersystem crossing

- exciton-exciton collisional annihilation - migration to quenching site

- deep levels - excimers - exciplexes

- chemical defects such as C=O group - contaminants

400 450 500 550 600 650 0.1

1 10 100

Q u a n tu m E ff ic ie n c y ( lm /W )

W avelength (nm )

FL

Halogen/R LED Bulb

B LED LCD PDP

Pioneer

Quinacridone CDT Polymer

Idemitsu DPVBi

Mitsubishi Rubrene

Kodak DCM

Q.E. Limit(5%, 5V)

Full Color Requirement

Electronic Processes in Molecules

N Ir

3

N N

N N

CH3 CH3

Ir(ppy)3

CBP

BCP

2.6eV 2.7eV

3.7eV 3.2eV

5.7eV 4.7eV

6.3eV

6.7eV

6.0eV Alq3

BCP Ir(ppy)₃ /CBP a-NPD

Singlet -> ground state in Ir(ppy)₃

Triplet of CBP -> Dexter energy transfer to triplet of Ir(ppy)₃-> ground state Singlet -> intersystem crossing to triplet in Ir(ppy)₃-> ground state

7.5 % external quantum efficiency , 19 lm/W @ 100 cd/m² ITO

MgAg

Ligand Effects on Emission energy

Hybrid Organic/Quantum Dot LED

Organic LED의 발전 추세

[J. R. Sheats et al., Science 273, 884 (1996)의 자료에 최근 발전을 추가함.]

고분자 유기 EL 물질의 분류표

소재 관련 기술

유기 LED의 주요 기판 소재인 유리와 플라스틱의 특징 비교

발광 효율

금 속 일함수 ( eV ) 양자 효율 (%) Ca

In Ag

Al Cu Au

2.87～3.00 4.12～4.20 4.26～4.74 4.06～4.41 4.65～4.70 5.1～5.47

4Χ10^-3 1.6Χ10^-4 1.8Χ10^-4 8Χ10^-6 8Χ10^-6 5Χ10^-7 MEH-PPV로 된 발광층 단층 소자에서의

음극 금속의 일함수에 따른 양자 효율의 변화

전하 수송층을 포함한 소자의 구조

4.디스플레이 기술

(1) 색상도 향상 기술

 유기물 및 고분자의 EL 발광 - 스펙트럼의 영역의 반촉 치 매우 넓음

 넓은 스펙트럼 - 선명한 색을 내지 못함

 색상도 - 삼원색 각각의 색순도(color purity)가 좋아 야 함 (발광 빛의 단색성)

 단색성 - 발광 스펙트럼의 폭이 매우 좁아야함

 희토류 금속을 포함 유기물

 dopant로 사용하여 적색의 색순도를 높임

Eu을 포함하는

유기물의 화학 구조 EL 발광 스펙트럼

마이크로 공진기

 유전체 다층막 반사경-투명 전극과 기판에 도입

 EL 발광 소자와 구조는 같음 (다음 슬라이드 그림 참고)

 색순도를 높이기 위한 발광 색의 단색성을 높임

 방향성을 가짐(그림)

 발진 공진 구조를 이용할 경우 색순도가 좋아짐

 공진 길이를 조절 - 발광 파장을 조절할 수 있어

색상 조절도 가능

마이크로 공진기의

발광 빛의 방향성과 EL spectra

(2) 화소제작 기술

 유기물 및 고분자 발광 소자를 이용

 컬러 디스플레이를 실현하는 방법

 Side – by – side

 CCM

 Color filter

 Microcavity

B G R

Blue EL +

Color Changing Material Blue,Green, Red EL

Emitting Layer

Color Technology

Company Pioneer, NEC 장점

과제

높은 발광 효율 고해상도

고효율 R, B 발광재료

White EL +

C/F for LCD

B G R

LCD용 Color Filter 사용가능

백색 EL 효율 향상

B G R

Idemitsu Kosan 유기층 패턴 불필요

높은 변환효율 TDK

Full-Color 방법

ITO Patterning : Photo-mask, Photo-lithography Cathode Patterning

1. Simple patterning : Shadow mask 2. High resolution Patterning

1. Cathode separator 형성

2. 발광층 형성

3. Cathode 형성

Prevention of shorts Angular Evaporation

1. ITO Patterning

2. Vertical shadow mask

3. Organic Deposition

4. Oblique Cathode Deposition

Organics : Vacuum deposition

Thin Film Formation

Mask stock chamber

Mask change/

alignment chamber Loading chamber

EV1 EV2

EV3 Unload chamber 1. In-line Type

- Easy to install more chamber - Easy maintenance

2. Cluster Type

- Easy back and forth process - Parallel process

ITO Stripes

Glass Substrate Cathode

Separator

Cathode Stripes

Organic layer

Pixel Patterning Process

Fine Metal Shadow Mask

Substrate

Source

Vacuum Deposition

Pioneer

Spin Coating

Doctor Blade

Ink Jet Printing

Dipping

Polymers

Ink-Jet Multicolor Polymer Display Patterning

Cathode

Red(Rhodamin101/PPV)

Green(PPV)

Blue(Poly(dioctylfluorene)

PEDT/PSS

마이크로 가공 관련 기술

side – by -side

 R, G , B 소자를 나란히 배열

 공정에 어려움

Organic EL display demonstrated

by Pioneer (1998)

CCM

 청색 발광된 빛을 색 변환층 이용 화소 형성

 고휘도 청색 발광소자 이용-발광된 빛을 광 발광 효율이

우수한 R,G,B의 색변환층 이용

Kosan CCM display

color filter

 백색광을 방출하는 전계발광 소자를 컬러

필터를 이용하여 화소 형성

Microcavity

 백색광 발광 소자로부터 나온 빛을 미세공진 구조를 이 용하여 화소 형성

 컬러 필터 대신 공진 구조사용

유기 EL 소자의 풀칼라 구현방식

(3) 디스플레이 구동방법

 메트릭스 구동 요구

 Passive Matrix

 Active Matrix

Passive Matrix Active Matrix 차이

 Passive Matrix-가로,세로 전극이 교차

 Active Matrix-TFT가 화소마다 위치

(스위치 역할)

Device Structures - AMOLED

Al

Wiring

Light

Metal Cathode

Transparent Anode

Metal Anode Translucent

Cathode

Transparent Plate

Light

Emissive Layer

Buffer Layer

Emissive Layer

(a) Bottom emission (b) Top emission

 Driving the pixels

 active matrix

능동 구동 소자와 수동 구동 소자의 비교

전압모드 프로그래밍 방식은 데이터를 쓰는 동안 화소의 저장 커패시터에 균일한 전압을 유지하도록 하는 방식인 반면, 전류 모드 프로그래밍 방식은 전류를 데이터로 하여 그에 해당하는 전압치를 저장 커패시터에 인가함으로 써 TFT의 특성에 상관없이 일정한 전류를 유기 EL 소자에 흐르게 한다.

유기 발광 디스플레이의 구동 원리

수동 구동 방식(a)과 능동 구동 방식(b)의 회로도

구동 원리를 살펴보면 선택 신호에 따라 실렉트 전극에 신호를 인가하 면 SW_TFT가 열리고 데이터 전극 에 서 인 가 한 데 이 터 신 호 가 SW_TFT를 통과하여 DRV_TFT와 저장 커패시터(Capacitor)에 인가 되며 DRV_TFT가 열리면 전원 공 급 선(라인)인 power line(Vdd)로 부터 전류가 DRV_TFT를 통하여 유기 EL 소자에 인가되어 발광하게 된다. 데이터 신호의 크기에 따라 DRV_TFT의 열리는 정도가 달라져 서 DRV_TFT를 통하여 흐르는 전 류량을 조절하여 계조 표시를 할 수 있게 된다.

채널 길이에 따른 저온 폴리 TFT의 ID-VG 특성

[그림 5-25]는 능동유기 EL 패널 구동을 위한 TFT 특성이다. 폭 2um에 따른 채널 길이 변화의 특성이 다. n/p TFT 특성비를 맞 추기위해 문턱전압과 이 동 도 의 균 형 을 공 정 과 nTFT LDD를 조정하여 최 적화한 특성이다.

능동 구동 소자와 수동 구동 소자의 비교

M₁ M₂

M₃

M₄ V₁ C₂

C₁

Power Line Source Line

Gate Line

AZ AZB

OLED GND

Data AZ

AZB Scan

M₁ M₂

M₃

M₄ V₁ C₂

C₁

Power Line Source Line

Gate Line

AZ AZB

OLED GND

M₁ M₂

M₃

M₄ V₁ C₂

C₁

Power Line Source Line

Gate Line

AZ AZB

OLED GND

Data AZ

AZB Scan Data AZ

AZB Scan

M₃ C_ST

Power Line

Gate Line

OLED GND 1 Dat M₁

M₂

M₄ VEL

1 Dat VEL VSEL

M₃ C_ST

Power Line

Gate Line

OLED GND 1 Dat M₁

M₂

M₄ VEL

M₃ C_ST

Power Line

Gate Line

OLED GND 1 Dat M₁

M₂

M₄ VEL

1 Dat VEL VSEL

전압 모드 프로그래밍 방식과 전류 모드 프로그래밍 방식의 보상회로

구동 TFT를 보상하기 위해 사용되는 여러 가지 예

구동 TFT를 보상하기위해 사용되는 전압 모드

프로그래밍 보상회로 :

(a) 전압 프로그램(IMID '02), (b) 전압 프로그램(SID '03), (c) 전압 프로그램

(Mirror Compensation)(IDW '03), (d) 구동TFT 직접보상(IDW '03)

디지털 구동방식

최근에는(2008년) 유기 EL 디스플레이에서 발생하는 TFT 불균일을 원천적으 로 보상할 수 있는 구동방식의 대안으로 디지털 방식이 연구되고 있다. 2TR 1 캐패시터를 사용하는 [그림 5-24(b)] 디지털 구동방식은 [그림 5-28]에서와 같이 TFT의 on/off 영역을 이용한다. 구동 TFT는 on/off 동작만함으로 TFT의 Subthreshold영역의 변화에 좌우되지않는다. 유기 EL에 전류를 공급하는 구 동 TFT를 완전 OFF 상태와 완전 ON 상태만을 이용하는 디지털 방법으로 이 경우에는 TFT의 특성이 불균일하여도 그에 따른 전류량의 차이가 상대적으로 적어서 불균일성을 해소할 수 있다. 즉, TFT 특성 불균일을 보상할 수 있어 전 압방식의 대안으로 떠오르고 있다. 계조표현방식으로 시분활계조와 면적계조 방식이 있다. 시분할 계조 표시 방식으로 화소가 켜져 있는 시간을 길게 또는 짧게 조절하여 사람의 눈에는 밝기가 다르게 보이도록 하여 계조를 표시하는 방법이다. 면적계조방식은 고개구율이 불가능하다. 즉, 하나의 화소를 여러 개 의 작은 단위 화소로 나누어 발광되는 단위 화소의 개수에 따라 밝기를 조절하 는 면적 분할 방식이다.

디지털 구동 방식 구동영역 유기 EL의 응용 분야

디지털 구동방식

Variation in threshold voltage and I-V slope causes problems

AM 소자와 PM 소자의 비교

 PM소자 – 제조방법 간단함

크기,화소수 증가시 RC지연,

화소간 간섭,소비전력 문제점

Passive type Active type

구동법

고휘도 고정세화

소비전력

소형화

소자구조 cost

Duty 구동

(Row line선택시 on)

Static 구동 (anytime on)

Row line 수 증가에 반비례하여 휘도 감소 Row line 수에 한계 (현 240개)

Row line 수에 관계없이 고휘도 실현 가능

Row line 선택시 요구 휘도 X Row line 수의 휘도가 필요

고전압 구동

요구 휘도의 구동 전압에서

항시 발광 저전압 구동

(저소비 전력화)

구동 IC를 외장 구동 IC를 패널 상에 내장

소형화

단순 매트릭스 단순한 공정

저온 poly-Si 복잡한 공정

Power Consumption

Device Efficiency Display Efficiency

• Injection Efficiency

- ITO surface modification - Interface layers

- Low work function metals/alloys

• Balanced Transport

- Selection of HTL and ETL

• Recombination

- Band Offset

• Quantum Efficiency - Quenching - Doping

• Heating Effects

- ITO tracks

- Reverse bias leakage

• Drive Electronics

- Drive waveforms

Power Consumption

0 Time Voltage

Light I

Behaviour of the LED during operation

1. Intrinsic Degradation - Electrodes :

- Cathode :

- Corrosion ; O₂, H₂O

- Chemical Rxn with Org. Mater.

- Diffusion - Anode :

- ITO ; Oxygen Source;

Degradation of Org. Layers - In ; diffusion ; Quenching sites - Au ; diffsuion ; formation of shorts - Interfaces :

- Interfacial degradation

- Chemical Rxn with Org. Layers Dopant ; PPV/ITO, PPV/Ca Covalent bond ; PPV/Al - Uncontrolled formation of oxide layer - Changes in injection

- Electrochemical reaction

- Delamination of polymer/metal Interfaces - Organic layers :

- Morphological changes - Crystallization - Intermixing

- Morphological changes - Crystallization - Intermixing

- Electrochemical Degradation - Photochemical changes

- Bleaching ; Carbonyl; chain scission - Intrinsic Impurities

- O₂, H₂O, ionic, ....

2. Extrinsic Degradation

- Moisture and Oxygen

- Substrate Roughness & Particles

- Thickness of Organic Layers - Particles : Substrate/Preparation

; Device Fab.; under Cleanroom - External Heat : Crystallization

- Light : UV, Visible

- Device preparation condition

- Sputtering, evaporation, etc.

Metal - Polymer Interfaces ;

Al : Covalent Bond

PT ; a - linkage carbon PPV ; vinylene carbon interfacial region ; 20 - 30 A Breaking p- conjugation

Interfacial region

Polymer Cathode Anode

Ca : Doping or Oxide Layer

Oxygen-free sample ; Doping by Ca⁺² ; Conducting Polymer at Hi-Temp Oxygen-rich sample ; Oxide layer formation

Interface region ; 20 - 30 A

Polymer Cathode

Anode Anode Polymer Cathode

Doped region Oxide region

Oxygen - free Oxygen - rich

0 5000 10000 15000 20000 25000

400 500 600 700

0 m in 15 min 30 min 60 min

EL Intensity

Wavelength(nm)

0 100 200 300 400 500

0.2 0.4 0.6 0.8 1.0

air458 vac458 air514

PL intensity

Time(min)

n

Generation of carbonyl group which is quenching site under light irradiation

Effects of moisture on the LED

1

EL image PL image Optical image

3 4 2

1 5

6 7

8

3 4 2

1 5

6 7

8

3 4 2

1 5

6 7

8

ITO MEH-PPV

Al

488 nm

ITO MEH-PPV

Al

Halogen lamp

ITO MEH-PPV

Al

Microscopic images of EL device

t

t

0 100 200 300 400 500 600 0

2 4 6 8 10

V o lt ag e (V )

Time (sec) t

t

Evolution of Dark Spots

1 2 1 2

(d)

(c) (a)

1

2

(b)

1 2

Origin of Degradation Dark Spots ; Pinhole

Packaging

Encapsulating material for OLED displays

10-year device lifetime



water vapor and oxygen less than 10^-6 g/m²/day (at 38°C and 90% RH).

Vitex Systems (Sunnyvale, CA)

Barix is a coating :

alternating layers of polymer

and ceramic thin films

Light Technology Performance

Light Technology Performance

(M. G. Craford et al. in Electroluminescence I edited by G. Mueller, p. 34) Light Technology Average Commercial Efficiency (lm/W)

Incandescent 8 – 22

Halogen 13 - 39

LEDs (Inorganic)

blue 3 – 7

red, yellow, green 20 - 30

white (phosphor-converted blue) 5 - 10

High-pressure mercury 36 - 60

Metal Halide 68 – 95

Fluorescent 41 - 104

High-pressure sodium 46 - 140

low-pressure sodium 100 – 200

Organic EL 40 - 50

유기EL의 응용 분야

AM 유기EL의 기본 화소 구조

 선택신호 구간

 M2 정도에 따라 전류 량 조절 가능

 비선택 신호 구간-커

패시터에 충전된 데이

터가 M2에 지속적으

로 인가,유기소자발광

 수동 구동에 비해 낮은 전압

 순간적으로 낮은 전류 인가 가능

 셀렉트에 관계없이 한 화면시간 동안 구동 가능

 저소비전력, 고해상도, 대면적화에 유리

 TFT 통해 전류 흘려주는 구조

 기존의 비정질 실리콘-캐리어 이동도 낮음

 캐리어 이동도 높은 Poly-Si TFT 채용

유기 발광 디스플레이의 연구 동향 및 과제

① 삼성 SDL ② LG 화학 ③ SKC

④ Elia Tec ⑤ NESS Display ⑥ Smart Display

⑦ 현대 Display Tech. ⑧ 네오 디스플레이 ⑨ LG 전자

⑩ 에이스디지텍 ⑪ 삼성정밀유리

주요소재 관련기업

① ② ③ ④ ⑤ ⑥ ⑦ ⑧ ⑨ ⑩ ⑪

Assembly ￭ • ￭ • ￭ ￭

발광 재료 • • ￭ •

발광 도핑 재료 • • ￭ •

전 자 주 입 / 음 극 전 극 재

료 • • • • •

전자 수송 재료 •

정공 저지 재료 •

정공 주입 재료 • •

봉지 기판

Encapsulation •

흡습제

편광판 •

유리 기판 󰋪

󰋪

국내 소재 개발 동향

(자료 : 전자부품 연구원, 유기 EL 부품소재 산업동향, 2002. 12.)

(a) CDT (b) Covion

(c) eMagin의 유기 LED 소자 (d) Philips의 고분자 발광 소재 국내 소재

개발 동향

국외의 연구 개발 동향

국외의 연구 개발 동향

TOLED와 SOLED의 개념도 및 FOLED의 모양

5. 발전 방향

 Display Search 예측

기술 수준 및 기술로드맵

구 분 선진국 한국 기술격차

(년)

종 합

선진국 한국 기술격차

원천 기술 보유 90 50 5

80 50 2

신뢰성 검사 기술 85 70 1.5

소재, 부품 자급도 85 50 3

생산 기술 85 80 0.5

인적 자원 85 75 1

자료 : 한국산업은행, 테크노리포트

유기 EL 기술 수준 비교

~2004 2005 2006 2007 2008 2009 ~ 2010

유기 EL

소형급 AM EL 개발 - Pixel 100PPI - 수율 : 50%

- 기판 사이즈 :

중대형급 AM 유기 EL개발 - Pixel 200PPI

- 수율 : 50%

-기판 사이즈 : 730×920

Flexible 유기 EL - Pixel 300PPI - 수율 : 90%

- 기판 사이즈 :

유기 EL 기술로드맵

 IDC 예측

 21세기 휴대형 정보단말 Display

앞으로의 과제

 국가 경쟁력 면에서 중요한 분야

 발광 mechanism 개발

 새로운 고분자 재료의 개발

 소자 적층 구조에 효율성 향상

 소자수명의 한계 극복

 새로운 기술과 문화와 결합

6. 생각해 볼 문제

1. 앞으로의 OLED 시장의 확대와 제조, 공정 기술력들을 바 탕으로 볼때 OLED가 display 이외의 어떠한 역할을 할 수 있을 것인가?

2. OLED 디스플레이의 기본 구조와 원리에 대해서 간단히 설명하시오

3. 수동구동과 능동구동의 차이점에 대해서 간략히 설명하시 오.

4. OLED의 특징을 바탕으로 앞으로의 display 시장에서의

위치와 다른 display와의 차별성에 대해서 생각해 보시오.