유기 발광 다이오드(OLED)

유기 발광 다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED 또는 유기 LED) 또는 유기 일렉트로루미네센스(Organic EL) 다이오드로, 발광층은 전류에 반응하여 빛을 방출하는 유기 화합물의 막이다. 이 유기층은 두 개의 전극 사이에 위치한다. 전형적으로, 이들 전극 중 적어도 하나는 투명하다. OLED는 텔레비전 화면, 컴퓨터 모니터와 같은 장치와 스마트폰과 휴대용 게임기와 같은 휴대용 시스템에서 디지털 디스플레이를 만드는 데 사용된다. 주요 연구 분야는 고체 조명 애플리케이션에 사용하기 위한 백색 OLED 장치의 개발이다.

OLED에는 작은 분자에 기반한 제품군과 폴리머를 사용하는 제품군의 두 가지 주요 제품군이 있다. OLED에 모바일 이온을 추가하면 작동 방식이 약간 다른 발광 전기화학 셀(LEC)이 생성된다. OLED 디스플레이는 패시브 매트릭스(PMOLED) 또는 액티브 매트릭스(AMOLED) 제어 방식으로 구동될 수 있다. PMOLED 방식에서는 디스플레이의 각 행과 라인이 하나씩 순차적으로 제어되는 반면, AMOLED 제어는 박막 트랜지스터(TFT) 백플레인을 사용하여 각각의 개별 픽셀에 직접 액세스하고 켜거나 끌 수 있으므로 더 높은 해상도와 더 큰 디스플레이 크기를 허용한다.

OLED는 p-n 다이오드 구조를 기반으로 하는 LED와 근본적으로 다르다. LED에서 도핑은 호스트 반도체의 전도성을 변경하여 p-영역과 n-영역을 생성하는 데 사용된다. OLED는 p-n 구조를 사용하지 않는다. OLED의 도핑은 양자-기계적 광학 재조합 속도를 직접 수정하여 복사 효율을 증가시키는 데 사용된다. 도핑은 광자 방출의 파장을 결정하기 위해 추가로 사용된다.

OLED 디스플레이는 자체 가시광선을 방출하기 때문에 백라이트 없이 작동한다. 따라서, 그것은 깊은 블랙 레벨을 표시할 수 있고 액정 디스플레이(LCD)보다 얇고 가벼울 수 있다. 어두운 방과 같은 낮은 주변 조도 조건에서 OLED 화면은 LCD가 냉음극 형광등을 사용하는지 LED 백라이트를 사용하는지에 관계없이 LCD보다 높은 대비 비율을 달성할 수 있다. OLED 디스플레이는 LCD와 동일한 방식으로 제조되지만, TFT(액티브 매트릭스 디스플레이의 경우), 주소 가능 그리드(패시브 매트릭스 디스플레이의 경우) 또는 ITO(인듐-주석 산화물) 세그먼트(세그먼트 디스플레이의 경우) 형성 후, 디스플레이는 홀 주입, 수송 및 차단 층으로 코팅되며, 첫 번째 2개 층 이후의 전기발광 물질로 코팅된다그 후 ITO 또는 금속을 다시 양극으로 적용하고 나중에 전체 재료 스택이 캡슐화됩니다. TFT 층, 주소 지정 가능한 그리드 또는 ITO 세그먼트는 ITO 또는 금속으로 이루어질 수 있는 음극으로 기능하거나 연결된다. OLED는 광학식 지문인식 스캐너가 적용된 스마트폰에 투명 디스플레이가, 폴더블 스마트폰에 플렉시블 디스플레이가 사용되는 등 유연하고 투명하게 만들 수 있다.

앙드레 베르나노스와 프랑스 낭시 대학교의 동료들은 1950년대 초 유기 물질에서 전기 발광을 처음으로 관측했다. 그들은 셀룰로오스 또는 셀로판 박막에 침전되거나 용해된 아크리딘 오렌지 염료와 같은 재료에 공기 중의 높은 교류 전압을 적용했다. 제안된 메커니즘은 염료 분자의 직접 여기 또는 전자의 여기였다.

1960년, 마틴 포프와 뉴욕 대학교의 동료들은 유기 결정에 대한 옴의 암투과 전극 접촉을 개발했다. 그들은 홀 및 전자 주입 전극 접점에 필요한 에너지 요구사항(작업 기능)을 추가로 설명했다. 이러한 접점들은 현대의 모든 OLED 장치에서 전하 주입의 기초가 된다. 1963년 포프의 연구진은 400볼트의 작은 면적의 은 전극을 사용하여 안트라센의 단일 순수 결정과 테트라센이 도핑된 안트라센 결정에서 진공 하에서 직류 전기 발광을 처음으로 관찰했다. 제안된 메커니즘은 분자 형광의 전계 가속 전자 들뜸이었다.

1965년 포프의 연구진은 외부 전기장이 없을 때 안트라센 결정의 전기 발광은 열화된 전자와 구멍의 재결합에 의해 발생하며, 안트라센의 전도 수준은 여기자 에너지 수준보다 에너지가 더 높다고 보고했다. 또한 1965년 캐나다 국립연구위원회의 볼프강 헬프리치와 W. G. 슈나이더는 홀과 전자 주입 전극을 사용하여 안트라센 단결정에서 처음으로 이중 주입 재조합 일렉트로루미네센스를 생산하였다. 같은 해 다우 케미컬 연구진은 안트라센 분말, 테트라센, 흑연 분말로 구성된 용융 인광체의 1밀리미터 두께의 전기 절연 처리된 고전압(500–1500 V) AC 구동(100–3000 Hz)을 사용하여 전기 발광 전지를 제조하는 방법에 특허를 냈다. 그들이 제안한 메커니즘은 흑연 입자와 안트라센 분자 사이의 접촉에서 전자 들뜸을 포함한다.

최초로 만들어진 폴리머 LED는 영국 국립 물리 연구소의 로저 패트리지에 의해 만들어졌다. 두 전하 주입 전극 사이에 위치한 최대 2.2 마이크로미터 두께의 폴리(N-비닐카르바졸) 필름을 사용했다. 사용된 고분자는 낮은 전도도와 전자 주입의 어려움이라는 두 가지 한계를 가지고 있었지만, 생성된 빛은 정상적인 조명 조건에서 쉽게 볼 수 있었다. 나중에 공액 중합체의 개발은 다른 사람들이 이러한 문제들을 크게 제거할 수 있게 할 것이다. 그의 기여는 프로젝트에 부과된 비밀 NPL 때문에 종종 간과되어 왔다. 1974년 특허를 받았을 때 정부의 산업부가 추가 개발에 자금을 지원할 산업 협력자를 찾으려 했지만 실패하는 동안 의도적으로 모호한 "catch all"이라는 이름이 붙여졌다. 결과적으로 출판은 1983년까지 지연되었다.