상부 발광형 OLED(Top-emitting OLED) 특성 분석

문서 내 토픽

1. 상부 발광형 OLED 소자 구조

상부 발광형 OLED 소자는 투명 금속 물질인 ITO를 애노드로 사용하고, 반사막인 MgAg 합금을 캐소드로 사용한다. 유기물층 구조는 HIL, HTL, EML, ETL 등으로 구성되며, 이때 유기물층의 두께 조절을 통해 마이크로 캐비티 효과를 고려하여 광효율을 향상시킬 수 있다.
2. 마이크로 캐비티 효과

상부 발광형 OLED 소자에서 EML층에서 발생한 빛은 다양한 계면에서 투과와 반사가 일어나게 되며, 이때 복잡한 간섭 현상이 발생한다. 이러한 마이크로 캐비티 효과를 고려하여 유기물층의 두께를 최적화하면 약 1.5배~2배 정도 광효율을 향상시킬 수 있다.
3. 삼중항 상태와 인광

OLED 소자에서 전자와 정공이 만나 엑시톤을 형성하면, 스핀 통계에 의해 25%의 싱글렛 상태와 75%의 삼중항 상태로 나뉘게 된다. 인광은 이 75%의 삼중항 상태에서 발생하게 된다.
4. 상부 발광형 OLED와 하부 발광형 OLED 비교

상부 발광형 OLED는 마이크로 캐비티 효과를 고려하여 유기물층 두께를 최적화하였기 때문에 하부 발광형 OLED에 비해 더 sharp한 발광 스펙트럼 특성을 보인다. 또한 전면 발광 구조로 인해 높은 개구율과 투과율을 가지므로 배면 발광 구조보다 더 높은 광출력 특성을 나타낸다. 다만 마이크로 캐비티 효과로 인해 좁은 시야각 특성을 보이는데, 이는 소형 스마트폰 디스플레이에 적합한 특성이다.
5. 시야각에 따른 색 변화

상부 발광형 OLED의 좁은 시야각 특성은 마이크로 캐비티 효과 때문이다. 마이크로 캐비티 구조에서 시야각에 따라 간섭 현상이 달라지므로, 시야각 변화에 따라 색 변화가 나타나게 된다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

1. 상부 발광형 OLED 소자 구조

상부 발광형 OLED 소자는 기존의 하부 발광형 OLED와는 달리 발광층이 기판 위에 위치하는 구조를 가지고 있습니다. 이를 통해 발광층에서 생성된 빛이 기판을 통과하지 않고 직접 외부로 방출되어 더 높은 광 추출 효율을 달성할 수 있습니다. 또한 상부 발광형 구조에서는 반사층을 추가하여 하부로 방출되는 빛을 상부로 반사시킬 수 있어 광 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 이러한 장점으로 인해 상부 발광형 OLED는 디스플레이, 조명 등 다양한 분야에서 활용되고 있습니다.
2. 마이크로 캐비티 효과

마이크로 캐비티 효과는 OLED 소자 내부에 형성된 마이크로 크기의 공동(cavity)에 의해 발생하는 현상입니다. 이 공동은 OLED 소자의 구조적 특성에 의해 자연스럽게 형성되며, 이 공동 내부에서 발광층에서 생성된 빛이 간섭을 일으켜 특정 파장의 빛이 증폭되거나 억제되는 효과를 나타냅니다. 이를 통해 OLED 소자의 발광 스펙트럼을 조절할 수 있으며, 색 순도 향상, 발광 효율 증대 등의 장점을 얻을 수 있습니다. 따라서 마이크로 캐비티 효과는 OLED 소자 설계 시 중요하게 고려되어야 할 요소라고 할 수 있습니다.
3. 삼중항 상태와 인광

OLED 소자에서 발광 메커니즘은 크게 형광과 인광으로 구분됩니다. 형광은 단일항 상태에서 발생하는 발광이며, 인광은 삼중항 상태에서 발생하는 발광입니다. 삼중항 상태는 단일항 상태보다 에너지 준위가 낮으며, 따라서 삼중항 상태에서 발생하는 인광은 단일항 상태에서 발생하는 형광보다 긴 수명을 가집니다. 이러한 인광 메커니즘을 활용하면 OLED 소자의 발광 효율을 크게 향상시킬 수 있습니다. 최근에는 인광 물질을 이용한 고효율 OLED 소자 개발이 활발히 진행되고 있으며, 이를 통해 OLED 디스플레이와 조명의 성능 향상이 기대되고 있습니다.
4. 상부 발광형 OLED와 하부 발광형 OLED 비교

상부 발광형 OLED와 하부 발광형 OLED는 발광층의 위치와 구조적 특성이 다릅니다. 상부 발광형 OLED는 발광층이 기판 위에 위치하여 발광된 빛이 직접 외부로 방출되는 반면, 하부 발광형 OLED는 발광층이 기판 아래에 위치하여 발광된 빛이 기판을 통과해야 합니다. 이에 따라 상부 발광형 OLED는 하부 발광형 OLED에 비해 더 높은 광 추출 효율을 가지며, 투명 기판 사용이 가능하여 투명 디스플레이 구현에 유리합니다. 반면 하부 발광형 OLED는 상부 발광형에 비해 제조 공정이 상대적으로 간단하고 비용 효율적입니다. 따라서 응용 분야와 요구 사항에 따라 상부 발광형과 하부 발광형 OLED 중 적절한 구조를 선택할 수 있습니다.
5. 시야각에 따른 색 변화

OLED 디스플레이는 시야각에 따라 색 변화가 발생할 수 있습니다. 이는 OLED 소자의 구조적 특성에 기인합니다. OLED 소자에서 발광층에서 생성된 빛은 다양한 경로를 통해 외부로 방출되는데, 이 과정에서 간섭 현상이 발생하여 시야각에 따라 색 좌표가 변화하게 됩니다. 이러한 색 변화는 OLED 디스플레이의 화질 저하로 이어질 수 있으므로, OLED 소자 설계 시 이를 최소화하기 위한 다양한 기술들이 개발되고 있습니다. 예를 들어 마이크로 렌즈 어레이, 편광판 등을 활용하여 시야각 의존성을 개선하는 연구가 활발히 진행되고 있습니다.