유기 EL
최근 휴대전화나 소형 TV 등에 유기 EL이라는 디스플레이가 사용되게 되었습니다. 유기 EL 디스플레이는 액정과 플라즈마 디스플레이에 이어 차세대 박형 디스플레이로 주목받고 있습니다. 또한, 유기 EL을 조명에 이용하는 것에 대한 연구 개발도 진행되고 있으며, 차세대 조명으로도 기대되고 있습니다. 유기 EL은 유기 일렉트로 루미네센스(Organic Electro Luminescence)의 약자로 유기물에 전압을 가하면 빛을 내는 현상을 말합니다.
일렉트로 루미네센스
금속이 전기를 통하는 이유는 금속 내부에 금속 원자로부터 떨어져 자유롭게 움직일 수 있는 자유 전자가 존재하기 때문입니다. 이 자유 전자의 움직임이 바로 전류의 정체입니다. 많은 유기물은 자유 전자가 없기 때문에 일반적으로 절연체 입니다. 그러나 어떤 종류의 유기물은 그 내부에 비교적 자유롭게 움직일 수 있는 전자를 가지고 있어, 전압을 가하면 전류가 흐릅니다. 이러한 유기물을 유기 전도체라고 하고, 그 중에 전압을 가하면 빛을 내는 것이 유기 EL의 재료로 사용됩니다. 일렉트로 루미네센스에서 '루미네센스'는 물질이 외부로부터 에너지를 흡수한 후, 흡수한 에너지를 빛으로 방출하는 발광 현상을 뜻 합니다. 예를 들어, 파티 등에 사용하는 케미컬 라이트는 화학 반응으로 고에너지의 불안정한 상태가 된 형광 물질이 원래의 안정된 에너지 상태로 돌아갈 때, 여분의 에너지를 빛으로 방출하는 화학 루미네센스 반응을 이용한 것 입니다. 일렉트로 루미네센스는 루미네센스 반응 중 전기 에너지로 발광하는 현상입니다. 형광등이나 LED가 빛나는 구조도 일렉트로 루미네센스입니다.
유기 EL 발광 패널의 구조
유기 EL의 발광 패널은 유기 EL의 재료가 되는 유기물을 투명한 기판에 얇게 바른 것으로, 그 두께는 1만분의 1밀리미터 정도밖에 되지 않습니다. 유기 EL의 발광 패널은 플러스와 마이너스의 전극사이에 발광층을 끼운 구조를 하고 있습니다. 전극 사이에 전압을 가하면, 음극으로부터 전자가, 양극으로부터 정공(전자가 부족하여 전자의 빠진 구멍이 생긴 곳)이 주입 됩니다. 전자와 정공은 각각 전자 수송층과 정공 수송층을 통해 발광층에서 만나 결합하게 됩니다. 이때 생기는 결합 에너지로 발광층의 물질이 고에너지 상태가 됩니다. 그러나 이 고에너지 상태는 즉시 원래의 안정된 에너지 상태로 돌아가려고 합니다. 이 때, 고에너지 상태와 원래의 안정된 에너지 상태의 차이 만큼의 에너지가, 빛으로서 투명 기판을 통과하여 방출 됩니다. 그리고 이 발광은 전압을 가하는 한 계속됩니다. 발광층에 사용되는 재료에는 저분자와 고분자의 형광 물질과 인광 물질이 있습니다. 현재 널리 사용되고 있는 것은 저분자의 형광 물질로, 빛의 삼원색의 형광 물질이 갖추어져 있습니다. 인광 물질은 형광 물질에 비해 발광 효율이 좋아서, 최근에 실용화 단계를 밟고 있습니다만, 긴 수명의 청색 발광 재료의 개발이 진행되고 있습니다. 고분자 재료도 실용화를 향해 개발이 진행되고 있습니다. 실용적인 재료가 개발되면, 저렴한 대형 유기 EL 패널의 대량 생산이나, 형태를 자유롭게 바꿀 수 있는 디스플레이의 실현이 가능해질 것으로 기대되고 있습니다.
유기 EL에 의한 컬러 표시
유기 EL 디스플레이의 컬러 표시 방식에는 여러 가지가 있는데, 다음 그림에 표시된 네 가지 방법을 알아봅시다.
①은 가장 표준적인 방식으로, RGB의 빛의 삼원색을 발광하는 발광층을 사용한 것 입니다. 발광층을 색별로 배치할 필요가 있으므로 제조 비용이 높아집니다. ②는 백색광을 방출하는 발광층과 RGB의 필터를 사용한 방식입니다. ①보다 구조가 간단하지만 필터로 빛이 흡수되기 때문에 발광 효율이 떨어집니다. 이 방식은 백라이트를 사용하는 액정 디스플레이(LCD)의 컬러 표시 방식과 매우 유사합니다. ③은 청색광을 방출하는 발광층과 RG의 형광 물질을 사용하는 방식입니다. ①보다 구조가 간단하고 ②보다 발광 효율이 좋은 방식입니다. ④는 ①과 같지만 발광층을 늘어놓는 것이 아니라 쌓는 방식입니다. ①은 RGB를 3개 나란히 1픽셀로 하고 있습니다만, ④는 RGB를 겹쳐 1픽셀로 하고 있습니다. 유기 EL 패널의 기판이 매우 얇기 때문에 이러한 방식도 가능합니다.
유기 EL의 특징과 이용
유기 EL 디스플레이는 LCD에 비해 밝고 선명한 이미지를 표시할 수 있습니다. 이것은 LCD가 필터를 투과해 온 백라이트의 빛으로 화상을 만들고 있는 반면, 유기 EL 디스플레이는 발광층이 스스로 발광하기 때문입니다. 또, 시야각이 넓고, 대각선에서 봐도 화상이 깨끗하게 보입니다. 발광의 응답이 좋고, 전력 소비 또한 적습니다. 게다가 매우 얇게 만들 수 있기 때문에, 구부러지거나 접을 수 있는 필름형 디스플레이 등에도 화상을 표시할 수 있습니다. 유기 EL 조명은 1990년대에 백색광을 방출하는 발광층 재료가 개발되어 실현할 수 있게 되었습니다. 유기 EL 조명은 패널 전체가 빛나기 때문에 천장이나 벽면 전체를 빛나게 하는 대규모 면광원의 조명을 만들 수도 있습니다. 또한 형상도 자유롭게 설계할 수 있습니다.