OLED (Organic Light Emitting Diode)

OUTLINE I. Overview II. 종류 III. 제작과정 IV. 장비 견학 및 설명 V. 실습

I. Overview A. 정의 OLED: Organic Light Emitting Diode 외부 전기장이 유기물내에서 전자와 정공이 결합하여 자체 발광하는 소자 1963년 Pope 등에 의해 처음 발견됨 2004년 4월 7일 산업자원부 기술표준원으로부터 명칭이 표준화됨.

OLED 특성 응답속도가 빠르다 (약 수 s) - 동화상 재생에 적합 - LCD의 1000배 수준 자체 발광형 - 어두운 곳이나 외부의 빛이 들어 올 때도 시인성이 좋다. - 넓은 시야각 (160o 이상) - 면발광으로 인한 균인한 빛 3. 초박막 가능(소자 두께: 100~300 nm(기판 제외)) - 가볍고 얇은 제품에 적합 (휴대용 Display, 벽걸이 TV등) 낮은 소비 전력 - 표시 부분만 빛이남 고휘도 발광 (수만 ~ 수십만 cd/m2) - 옥외용으로 사용 가능

개략적인 OLED 개발 연대기 Year 저분자 OLED PLED 1963 최초의 유기 EL 특성 확인 (안트라센, 400V, New York Univ.) 1982 최초의 특허 (Kodak) 1987 최초의 실제적인 구조 Tang(Alq3) (Kodak) 1990 최초의 특허(Cambridge Univ.) 1997 최초의 단색 제품 출시(Pioneer) 1999 Color AMOLED(Kodak/Sanyo) 2000 Multi-color OLED 휴대폰 탑재(Pioneer/Motorola) Color AMPLED 보고 (CDT/Seiko Epson) 2001 15.1-inch AMOLED 개발(SDI) 17” 풀칼라 잉크젯 AMPLED(Toshiba) 2002 외부창용 OLED 256 color(SOLED) Philips 면도기 첫 PLED 제품 2003 Digital Camera용 디스플레이 시판(Kodak/Sanyo) 40” Tiled AMPLED 잉크젯 (Seiko-Epson) 2005 21” TV용 OLED 개발(삼성전자)

Display 비교 구분 OLED LCD PDP FED CRT 응답속도 O(수 s) X(수십 ms)  시야각 O X 백라이트 필요없슴 필요 소비전력 두께 무게 저가격화

Display 비교 LCD CRT LCD projection

Display 비교 PDP LCD DLP (Digital Light Processing)

Structure Comparison between OLED and LCD OLED A-Si TFT /LTPS TFT AMOLED AMLCD C/F B/L a-Si TFT / LTPS TFT LC 5-6 층수 >10 <2mm 두께 6mm 3g 무게 10g 35mW 소비전력 150mW <0.1mS 응답속도 >25mS -25~65 동작온도 0~50

LCD 對比 유기 LED LCD 유기 LED

미래형 플라스틱 디스플레이 CRT LCD PDP 유기 EL Flexible 디스플레이

Flexible 유기 디스플레이의 현황 a) PM-PLED (DuPont) b) 스크린 프린팅방법을 이용한 PM-PLED (DNP) c) PM-OLED (ETRI) d) PM-OLED (UDC) e) Full color PM-OLED (Pioneer)

Flexible 디스플레이의 조건 전극 ⇒ Flexible & 고 전도도 (무기물 → 전도성 고분자) (단분자 →고분자) 발광층 형성 방법 (Patterning) 스핀코팅 → 스크린 프린팅 or 잉크젯 프린팅 기판 ⇒ Flexible !! (Glass 기판 → 플라스틱 기판)

전도성 고분자 (Conducting Polymers)

청색 녹색 적색

1. P-N junction with dopants

2. Bandgap Energy Conduction band (empty) Valence band Hole Energy Vacuum zero Electron Majority Carriers C B Work Function Donor levels Vacuum zero Vacuum zero Vacuum zero Ef Conduction band (empty) Electron Affinity C B Work Function Valence band Hole Minority Carriers Work Function Ec Electrons Eg Eg Holes Ef Ef Ev Hole Energy Electron Energy Valence band (Full) Valence band Valence band n-type semiconductor Vacuum zero Electron Affinity Electron Minority Carriers C B insulator conductor semiconductor Ef Acceptor levels Hole Majority Carriers Valence band p-type semiconductor

II. 종류 구조: PM OLED AM OLED Bottom Emission Top Emission 형광 재료: 단분자 인광 재료: 단분자 인광 고분자

PM & AM OLED 구조

Device Structure of OLED Pixel Depending on Emitting Materials Fl. OLED Emission Layer Glass substrate Anode Hole Injection Layer Hole Transport Layer Electron Transport Layer Cathode Ph. OLED Glass substrate Anode HIL Blocking Layer Cathode Electron Transport Layer Emission Layer HTL PLED Emission Layer Glass substrate Anode Hole Transport Layer Cathode

디스플레이 구조 Bottom Emission OLED Top Emission OLED

AMOLED 기술 정리표 분류 기술방식 장점 단점 재료 형광 저분자 양산 검증 저효율 인광 저분자 장수명-고효율 양산 검증 필요 고분자 대형화 용이 낮은 구동전압 패터닝 어려움 발광 구조 배면 발광 PMOLED 이미 적용됨 고해상도 적용 어려움 전면 발광 고해상도 적용 용이 색상 및 효율 유리 광학적 균일도 확보 어려움 패터닝 방식 독립 증착 패터닝 용이 발광체 고유색상 유리 대형화 어려움 고해상도 적용시 생산성 저하 우려 색변환/ 컬러필터 방식 생산성 높음 저효율 및 색순도 저하 LCD와의 차별성 적음 잉크젯 프린팅 공정 변수가 많음 LITI 재료에 무관함 열에 의한 특성 저하 LITI: Laser Induced Thermal Imaging

단분자 OLED 유기 EL 소자의 기본 구조

The Principle of the Operation of OLEDs ITO HTL EML ETL Cathode Difference in Potential Electric Field E

Photoluminescence와 Electroluminescence 비교 Fluorescence • Electroluminescence Phosphorescence • Photoluminescence

Excitation and Deactivation Jablonski diagram

h+ e- h+ + e- pair Singlet exciton Triplet exciton Emission External emission Phosphorescence Fluorescence(~25%) 25 % 75 %

Wavelength, nanometers (nm) hv Cathode Anode HTL EML HBL ETL Visible light Orange X-rays Ultraviolet light Violet Green Yellow Infrared Radio light waves Blue Red 400 500 600 700 Wavelength, nanometers (nm)

(Electron affinity, eV) Energy Levels of Metals and Others Sample Work Function (eV) Au 5.14 ITO 4.7 Zn 4.33 Al 4.3 Mg 3.7 MgAg 3.6 Ca 2.9 Li 2.32, 3.1 Sample HOMO (IP, eV) LUMO (Electron affinity, eV) Band Gap (eV) Alq3 5.8 3.1 2.7 PBD 6.2 2.6 3.6 MEH-PPV 5.1 (4.96) 3.0 (2.73) 2.1 (2.23) CN-PPV 5.7 3.5 2.2 PPV 5.1 (5.4) 2.6 (2.1) 2.5 PVK 5.4 (6.1) 1.9 TPD 5.5 2.3 3.2

Emitting Materials

고분자 OLED

Poly(p-phenylenevinylene)s Light-Emitting Polymers for PLEDs Poly(fluorene)s Poly(p-phenylenevinylene)s Poly(thiophene)s Buffer Layer

Ligand Centered 3-* Transition 형광 emitting (ground state) singlet excited state triplet 인광 (계간전이) 3 p* 1 p* ▶ Ligand centered 3 p-p* transition 에너지를 결정하는 주요 요인은 3p* 의 에너지이며, 이는 conjugation 늘어남에 따라 낮아지는 즉 red-shift 하는 경향을 보인다.