OLED 소자는 어떻게 처음 발견되었을까?

직접 빛을 내는 소자인 OLED

 

삼성전자는 2007년도에 아몰레드라는 OLED 방식의 패널로 만든 스마트폰을 세계 최초를 선보인다. 아무래도 OLED 소자가 대중들에게 가장 널리 알리게 된 시점은, 손담비의 아몰레~ 아몰레~ 광고 때문이지 않을까? 14년이 지난 지금도 그 멜로디가 떠오른다. 당시에는 PMOLED(수동형 유기발광다이오드)를 사용하는 게 대부분이었는데, 삼성전자에서 AMOLED(능동형 유기발광다이오드)를 개발하여 스마트폰에 적용한 것이다.

 

하지만, OLED는 아직까지도 완벽한 기술이 아닙니다. 당시에도 완벽한 기술이 아니었기 때문에, 필자가 직접 써봤던 갤럭시 S3를 예로 들자면, 사용한 지 1년도 안되어서 화면은 누레지고, 얼룩이 생기기도 했다. 지금은 수명도 많이 늘어나고 불량도 많이 잡아서 소형 OLED에서는 거의 완벽한 기술로 자리 잡고 있지만, 아직 대형화 쪽에서는 소형보다는 품질이 완벽하지 않다.

 

그렇다면 OLED 소자의 특징인 자체발광이 왜 좋을까? 자체 발광한다는 것은 각각의 소자가 밝기를 조절할 수 있기 때문에 밝은 부분은 밝게 하고 어두운 부분은 어둡게 표현하면서도 세세한 표현이 가능한 고명암비를 제현할 수 있고, 화면의 색을 표현함에 있어서, 별도의 인위적인 LED 조명(백라이트)이 필요 없기 때문에 불필요한 빛의 순도를 감소시키지 않습니다. 다시 말하면 색을 표현하는 재현력이 높아져, 사람 눈으로 직접 보는 듯한 자연스러운 색표현이 가능합니다. 그래서 엘지디스플레이에서 항상 광고할 때 광활한 자연을 배경으로 티브이 광고를 하는 것이 그 이유이죠.

 

Organic Lighting Emitting Diode

 

OLED 소자는 말 그대로 위에 풀네임에서 보는 바와 같이 유기물질이라는 뜻을 가지고 있습니다. 유기물질에 대한 연구는 이탈리아의 한 과학자에게서 처음 시작되었습니다. 1906년도 이탈리아의 포체티노(A. Pochettino)가 유기화합물인 안트라센(Anthracene)의 결정에서 광전도현상(Photoconductive)을 직접 발견한 것이 유기물질에 대한 연구의 시초이다.

 

안트라센 - 출처 구글 이미지

 

 

이 연구가 시초였지만, 전문가들은 이러한 연구로부터 유기물에서의 기초적인 발광 메커니즘만 이해가 가능했고, 안트라센을 이용한 소자는 매우 효율이 낮았고, 수명도 짧았다고 한다. 안트라센 결정은 전기전도도가 아주 낮은 절연체이기 때문에, 매우 높은 전압을 가해야 전자와 홀이 주입되면서 빛을 내기 되어 아주 낮을 효율 때문에 널리 쓰이지 않았고, 연구용으로 쓰이는데 그쳤다.

 

그렇다면, 현재 OLED 기술의 근간이라고 부를 수 있는 연구는 언제 시작되었을까? 그 시작은 미국 코닥의 칭탕(Ching Tang) 박사부터이다. 1980년대 초부터 유기태양전지를 개발하던 칭탕 박사는 우연기 유기물에 전기를 가하면 빛이 발생한다는 사실을 발견하고 이에 착안해 아주 얇은 유기반도체 박막을 사용하여 처음으로 발광효율이 높은 OLED 소자를 만들어내게 된다. 이 박막의 두께는 100나노미터 정도로 아주 얇았고, 이 연구 결과는 향후 OLED를 이용하여 고효율의 디스플레이를 만들 수 있다는 가능성을 보여줬다.

 

칭탕 교수- 출처 : 구글 이미지

칭탕 박사는 연구를 계속하여 1989년 논문에서 발광층에 유기 형광 색소를 도핑하면 다른 색을 낼 수 있고, 자연적인 색을 낼 수 있는 가능성도 제시했다. 칭탕 박사는 저분자 유기물 이외에 고분자 유기물을 이용한 발광다이오드 연구도 함께 진행했다. OLED 연구 초기에는 저분자를 사용하는 게 좋을지 고분자를 사용하는 게 좋을지 학계에서도 많은 대립이 있었다. 하지만 오랜 기간의 연구가 지속되자, 답은 저분자 유기물질에 있다는 것을 알아내게 되었다.

 

저분자 유기물질은 수명과 발광효율이 고분자 유기물에 비해서 매우 우수하다는 것이 밝혀졌다. 하지만 연구 후에 상용화는 그렇게 빨리 진행되지 않았습니다. 상용화에 가장 중요한 수명과 품질을 확보하기 어렵기 때문이다. 저분자는 특히 대형화에 어려움이 있는데, 삼성전자에서도 저분자 유기물은 대형화하면 소자의 균일도를 확보하기가 어렵기 때문에 초기에 스마트폰에만 OLED를 적용한 이유가 있었다. 삼성전자가 대형화를 포기하면서 현재는 엘지디스플레이에서 대형화에 성공하여 삼성은 QLED, 엘지는 OLED라는 방식으로 대립구도가 형성된 것이다.