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유기 EL 디스플레이의 최신 기술 동향


자료집필/제공: 국제테크노정보연구소
관련자료안내: 액정 디스플레이 시스템

활짝 열린 유기 EL 디스플레이 시대

멀티미디어화나 모바일화가 급속히 진행되는 정보화 사회에 있어서 FPD(플랫 패널 디스플레이)의 수요는 가속도적으로 높아지고 있으며, 이미 텔레비전 업계에서는 CRT(브라운관)가 LCD(액정 디스플레이)나 PDP(플라스마 패널 디스플레이)로 교체되어 일반 가정에 보급되고 있다. 이러한 개발 경쟁이 격화하는 FPD 업계내에서 유기 EL 디스플레이는 FPD로서의 이상적인 성능을 가진 자발광형 디스플레이로서 기대되고 있다.
1995년에 세계 처음으로 TFT 구동(액티브)형의 풀컬러 유기 EL 디스플레이(4인치, QVGA)가 발표된 이래, 그 개발은 눈부신 진보를 거듭하고 있다. 특히 2000년대에 들어와서 카오디오용 모노컬러 유기 EL 디스플레이의 상품화 이후는 휴대전화, 전기면도기, 디지털카메라, PDA, 디지털 오디오 플레이어로 그 채택 실적이 급속히 확산되고 있다.
또 2004년에 패시브형의 컬러 유기 EL 디스플레이가 상품화되었고, 더구나 액티브형의 풀컬러 유기 EL 디스플레이도 상품화 단계에 들어감으로써 드디어 유기 EL 디스플레이 시대가 활짝 열린 것이다.

유기 EL 디스플레이의 핵심기술

유기 EL 디스플레이는 자발광형의 FPD로서 광시야각, 고속응답, 박형경량, 고정밀도와 원리상 압도적으로 뛰어난 성능을 가지고 있지만, 성장이 현저한 LCD와 본격적으로 경합 하려면 해결해야 과제도 적지 않다. 특히 유기 EL 디스플레이의 휘도수명 특성은 유기 EL 디스플레이 사업의 운명을 좌우하는 최대의 핵심기술로 자리잡고 있다.
유기 EL 디스플레이의 휘도수명 특성은 유기 EL 재료, 유기 EL 박막적층 구조, 유기 EL 제조 프로세스에 크게 의존하기 때문에, 이들을 종합적으로 최적화하는 높은 기술력이 필요하게 된다.
TDK(주)에서는 1991년부터 유기 EL 재료개발을 시작하여, 자사내에서 유기 EL 재료의 분자구조 설계, 화학합성, 디바이스 평가를 실시함으로써 독자적인 장수명 재료, 박막적층 구조, 제조 프로세스의 개발에 성공했다(그림 1).

또, 모노컬러 디스플레이부터 풀컬러 디스플레이까지 폭넓게 대응 가능한 발광소자로서 백색발광 유기 EL 소자의 개발을 1995년에 착수하여, 동년 이 백색발광 유기 EL 소자와 컬러필터를 조합한 액티브형의 풀컬러 유기 EL 디스플레이를 개발하였고, 이후 백색발광 유기 EL 소자의 장기 수명화 기술에 전념해 왔다.
1998년에는 제1세대의 백색발광 유기 EL 소자를 개발하였고, 2000년에는 패시브형 백색 모노컬러 유기 EL 디스플레이가 알파인사의 카오디오에 탑재된 것을 계기로 장수명화 기술에 대한 도전은 더욱 가속되었다. 제1세대의 백색발광 유기 EL 소자는 1/64 패시브 구동으로 초기휘도 100cd/m2, 85℃ 연속동작(점등률 50%)의 휘도반감 수명이 2,000시간이었다.(그림 2)

유기 EL 디스플레이의 구동방법으로 이상적이라고 생각되는 액티브형은 LTPS(저온 폴리 실리콘)-TFT(박막 트랜지스터) 기판이 필요하지만, 유기 EL용은 전류구동형이 필요하기 때문에 염가로 안정된 제조를 수 있는 단계에 도달하지 못했다. 이런 이유로도 유기 EL 소자의 장수명화 기술이 중요한 요인이 되고 있었다. 액티브형에서는 각 발광화소를 TFT에 의해 동시에 개별적으로 제어할 수 있기 때문에, 디스플레이 휘도가 100cd/m2 필요한 경우에는 각 발광화소도 100cd/m2로 발광시키면 되지만, 패시브형에서는 순간적으로는 1행밖에 발광하지 않고, 순번으로 행을 주사하는 선순차 구동방식을 취하기 때문에 각 발광화소는 순간적으로는 10,000cd/m2 이상으로 발광하지 않으면 안된다.
액티브형보다 2자리 정도 가혹한 조건에서 구동하는 패시브형으로 또한 차 탑재용 전자부품의 요구사양을 만족시키지 않으면 안되었다. 다시 말해서, 가혹한 패시브형으로 요구 사양이 엄격한 차 탑재용 디스플레이를 상품화하는 것이 바로 유기 EL 디스플레이의 핵심기술 그 자체가 되는 것이다.
TDK에서는 2002년에 차 탑재용 디스플레이로서의 요구 사양인 -20℃~85℃ 동작, -40℃~105℃ 저장이라고 하는 사양을 만족시킨 제2세대의 백색발광 유기 EL 소자의 개발에 성공하여 2003년부터 카오디오용으로 상품화하고 있다. 제2세대의 백색발광 유기 EL 소자는 1/64 패시브 구동으로 초기휘도 120 cd/m2, 85℃ 연속동작(점등률 50%)의 휘도반감 수명이 6,000시간 정도로 제1세대에 비해 3배 개선되었다(그림 2).
게다가, 장수명화를 목표로 한 제3세대는 2004년에 개발을 완료하고, 2005년부터 상품화 예정이지만, 백색발광 유기 EL 소자의 휘도반감 수명은 같은 조건에서, 14,000시간 이상으로 제1세대에 비해 7배 개선되었다(그림 2). 이것은 실온에서의 휘도반감 수명으로 환산하면 50,000시간 이상으로 추정되며, 탑재용 디스플레이로서의 요구 사양을 충분히 만족시키고 있어, 금후 자동차에 모노컬러 유기 EL 디스플레이가 급속히 보급될 것으로 기대된다.

유기 EL 디스플레이의 색채화 기술

유기 EL 디스플레이의 색채화 기술로서, ①RGB 독립 도색 방식, ②색변환 방식, ③컬러필터 방식의 3종류(그림 3)를 수 있는데, 에너지 효율이 뛰어난 ①의 RGB 독립 도색 방식이 아니라, 공업적으로 제조하기 쉽고, 색수명이 ③의 컬러필터 방식이 또 하나의 핵심기술이 되고 있다. TDK에서는 1995년부터 컬러필터 방식의 개발에 임해 왔는데, 몇 년 사이에 컬러필터 방식을 채용하는 유기 EL 메이커가 증가하는 경향에 있어, 색채화 기술 동향은 눈을 뗄 수 없는 상황이다.

특히, 2004년에 카오디오용으로 4096색 컬러 유기 EL 디스플레이가 일본 빅터사에 채용된 이래, 유기 EL 디스플레이의 색채화 경쟁은 더욱 격화되고 있다(사진 1). 이 컬러 유기 EL 디스플레이는 1/64 패시브 구동으로 초기휘도 80cd/m2, 85℃ 연속동작(점등률 50%)의 휘도반감 수명이 3,000시간 이상이며, 실온에서의 휘도반감 수명으로 환산하면 10,000시간 이상으로 추정되어 패시브형 컬러 유기 EL 디스플레이로서는 세계 최고 수준의 장수명으로 되고 있다.

금후의 유기 EL 디스플레이

유기 EL 디스플레이는 크게 나누어 패시브형과 액티브형으로 대별되는데, 여기서 액티브형 유기 EL용의 LTPS-TFT 기술이 하나의 핵심기술이 되는 것이다. 패시브형에서는 장수명화 기술과 컬러필터 방식의 2가지 핵심기술에 의해 차 탑재용 디스플레이로서의 유기 EL 디스플레이 시장이 개척되고 있어서, 사업화하는데 큰 기대를 가질 수 있게 되었다.
TDK에서는 2003년 CEATEC에서 6.5인치형(416×RGB×240) 4096색 컬러 유기 EL 디스플레이를 선보여, 패시브형 컬러 유기 EL 디스플레이의 사이즈 한계에 도전했다. 2004년 CEATEC에서는 2.0인치형(220×RGB×176) 32,768색 컬러 유기 EL 디스플레이(사진 2)와 1.0인치형(96×RGB×64) 65,536색 컬러 유기 EL 디스플레이(사진 3)를 선보여 패시브형의 고정밀도 한계에 도전하고 있다.

디스플레이의 대형화, 고정밀도화, 고휘도화, 장수명화에 있어서, 가혹한 구동방식인 패시브형은 불리하지만, 이들의 과제를 일거에 해결될 것으로 기대되는 것이 LTPS-TFT를 이용한 액티브형이다. 유기 EL용의 LTPS-TFT도 상품화 단계에 들어가 있으므로, 이 개발 경쟁도 더욱 격렬해지고 있다.
TDK사에서는 반도체에너지연구소와 공동으로 고성능 TFT(CGS-TFT)를 채용한 세계 최고 화소밀도(423ppi)의 1.5인치형(QXGA) 모노컬러 유기 EL 디스플레이와 CGS-TFT에 장수명 백색발광 유기 EL 소자와 컬러필터 방식을 조합한 톱 에미션 방식의 1.8인치형(QVGA) 풀컬러 유기 EL 디스플레이의 2종류를 2004년「FPD International 2004」에서 선보여,  액티브형의 고정밀도 한계에 도전하고 있다(그림 4). 마침내 유기 EL 디스플레이도 본격적인 색채화 단계에 돌입했다고 해도 과언은 아니다.
금후는 패시브형, 액티브형 모두 이미 성숙한 단계에 있는 LCD와 어떻게 경합, 공존해 나갈 수 있을지가 유기 EL 디스플레이의 과제가 될 것이다.

 

 

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