일반적으로 디스플레이 장치는 크게 프로젝션형과 직시형이 있으며, 프로젝션에는 CRT 방식, DMD방식, LCD방식, 레이저 방식이 있다. (여기서 DMD란 TI社에서 개발한 칩의 명칭이다.) 그리고 직시형에는 CRT와 Flat Panel이 있다. 오늘 얘기하려는 OLED은 이 중에서 Emitter형태에 속하는 장치이다.
EL이라는 현상 자체는 1920년대에 무기EL에서 이미 발견되었으며, 그 후 1953년 초에 OLED의 발광이 관측되고, 1963년에 직류에서의 발광이 확인된 이후, OLED의 본격적인 연구가 시작되었다. 1987년에 이르러 미국의 이스트만 코닥사가 저전압구동, 고휘도의 OLED소자를 고안하여 수많은 기본 특허를 취득하였다. 그 후 고휘도, 직류 저 전압, 높은 응답속도라는 특징 때문에 세계의 연구방향이 OLED로 전환되었다. 제품화의 시초는 파이오니아로 1997년에 동북 파이오니아 회사의 OLED을 사용한 차량용 FM문자방송 수신기의 디스플레이를 세계 최초로 실용화하였다.
1. 자체 발광형
LCD와 커다란 차이점은 자체 발광형 이라는 것임. 자체 발광형 이라는 것은 소자자체가 스스로 빛을 내는 것으로 어두운 곳이나 외부의 빛이 들어 올 때도 시인성(視認性)이 좋다.
2. 넓은 시야각
시야각이란 화면을 보는 가능한 범위로써 LCD와는 달리 바로 옆에서 보아도 화질이 변하지 않는다.
3. 빠른 응답속도
동화상의 재생 시 응답속도의 높고 낮음이 재생화상의 품질을 좌우한다. OLED는 LCD보다 우수한 동화상 재생이 가능하다(LCD 응답속도의 1,000배)
4. 간단하고 저렴한 제조공정
OLED : 약 55 Steps, LCD : 약 62 Steps
5. 초박형, 저전력
백라이트가 필요 없어 저 소비전력(LCD의 ½배)과 초박형(LCD 두께의 ⅓배)이 가능하다.
구 분 OLED LCD PDP FED CRT
응답속도 X O O O
시야각 X
백라이트 필요없음 필요 필요없음 필요없음 필요없음
소비전력 O X X X
두 께 O O O X
무 게 O O O X
저가격화 O X X X
위와 같은 장점을 가진 OLED은 매우 다양한 분야에서 활용가능성을 보여주고 있다. 휴대폰과 디지털카메라, 캠코더, PDA, CNS(Car Navigation System), Audio 등과 같은 소형 디스플레이 용도에 가장 경쟁력있는 장치로 부각되고 있으며, 모회사에서 출시된 핸드폰의 경우 외부표시창이 OLED이란 점을 세일즈 포인트로 부각시키기도 했을 정도로 이제 OLED은 실용화되어 우리 생활에 침투하기 시작했다.
한편, 전자부품연구원의 자료에 의하면 OLED은 계속된 변천과 개량에 의해 2007년경에는 노트북컴퓨터의 디스플레이 장치로 쓰여질 것이라고 예상하고 있으며, 2009년경에는 벽걸이TV로 발전되고, 2012년경에는 두루말이TV로도 발전될 것이라고 한다. OLED이 가진 고휘도, 초박막의 장점이 이러한 예상을 가능하게 하고 있는 것이다.
1. OLED의 원리
대부분의 보고서에 나와 있는 OLED의 원리를 설명한 글을 보면“OLED이란 유리기판에 적, 녹, 청색 등의 빛을 내는 유기화합물을 사용해 자체 발광시키는 디스플레이”라고 되어있다. OLED을 다룬 최초의 논문에 따르면 유기결정에 전류를 흘리면 발광이 관측된다고 했다. 이 현상을 체계적으로 정립하여 표현하면 “OLED은 전극과 유기재료 사이의 포텐셜 장벽에 의해 발광한다.”라고 할 수 있다.

OLED은 기본적으로 음극, 양극의 전극과 유기물 그리고 기판의 구조로 되어 있다. 전극에 전기를 가하면 양극에서 발생된 정공과 음극에서 발생된 전자가 유기물 층에서 재결합되며 이 때 생긴 에너지 갭에 해당하는 빛이 발생하게 된다. 에너지가 빛으로 바뀌는 현상은 화학시간에 배운 에너지 보존의 법칙에 의해 설명될 수 있을 것이다. 받은 만큼 돌려주는 철저한 자연현상이라고 할 수 있다.
유기물 층은 재료에 따라 저분자형과 고분자형으로 나뉘며 두께는 일반적으로 100nm정도이다. 유기물 층은 세부적으로 보면 정공 관련 층과 전자 관련 층 그리고 발광 층의 구조를 가진다. 정공 관련층은 정공 주입 층과 정공 운송 층으로 나뉘며, 전자 관련 층 역시 주입 층과 운송 층으로 나뉜다. 전극에 전압을 가하면 양극에서는 정공이 주입, 운송되고 음극에서는 전자가 주입, 운송되어 발광 층 내에서 포논(Phonon)과 상호작용에 의해 각각 양성, 음성 폴라론(Polaron)을 생성하며, 이 폴라론 들이 서로 만나 재결합하여 여기자(Exciton)을 생성하게 된다.

이 여기자는 확산하며 빛을 생성하고 에너지 준위가 낮은 상태(Ground State)가 된다. 생성된 빛은 투명전극인 ITO와 유리기판 쪽으로 방출된다. 여기자와 관련된 원리와 효율에 관한 더 자세한 얘기는 어려운 학문으로 일컬어지는 이른바 “양자역학”의 영역에 해당하기 때문에 생략하기로 한다.
2. OLED 구동방법 - 수동/능동
위에서 살펴 본 OLED의 원리를 실제로 디스플레이 기기화 시키기 위해서는 구동방법이 필요하다.현재 OLED의 구동방법에는 수동 구동과 능동 구동 방법이 있다.
수동 구동은 양극과 음극이 교차하는 부분에 OLED 소자를 위치시키는 방식이다. OLED 소자는 응답시간이 빠르며, 전압이나 전류 등의 정보를 저장하지 않기 때문에 구동 펄스가 제거되면 곧바로 Off된다. 따라서 실생활에 쓰일 수 있는 디스플레이 휘도를 유지하기 위해서는 On 상태에서 빛의 휘도가 아주 밝아야 한다. 순차 구동이라는 특성을 지닌 수동 구동 방법은 이런 조건에서 패널의 해상도와 크기가 증가할수록 소비전력이 급격히 증가하게 된다.
따라서 수동 구동 방식의 OLED은 5인치 미만의 디스플레이 기기로 활용되고 있으며, 소자의 효율 증가나 구동 전압의 감소, 배선의 저 저항화 기술, 저 소비전력 구동 IC 개발 등의 방안을 통해 소비전력을 억제시키는 연구가 시도되고 있다. 능동 구동은 하나의 OLED 소자당 한 개 이상의 트랜지스터를 사용하여 각 소자 별로 On/Off를 조절하며, 저장용량을 이용하여 정보를 저장하기 때문에 수동 구동 방식에 비해 소비전력이 작아진다. 또한 픽셀 형성 공정이 수동 구동에 비해 간단하고, 고해상도의 패널을 제작할 수 있는 장점이 있다.
이 때 사용되는 트랜지스터는 일반적으로 출력전류가 큰 단결정 혹은 다결정 실리콘 TFT를 사용하며, 대면적에서 저가형으로 제작하기 위해 주로 LTPS TFT(저온 다결정 실리콘 TFT)가 사용된다. OLED 소자는 전류 구동 방식이 유리하기 때문에 기존의 전압구동방식의 LCD와는 다른 구조를 가지게 된다. 전류 구동을 위해서는 2개 이상의 트랜지스터가 필요하며, LTPS TFT 사용 시 균일도가 좋지 않은 문제를 보완하기 위하여 3개 이상의 TFT를 사용하는 것이 일반적이다. 하지만 이렇게 되면 TFT와 기타 보조물 들의 차지 면적이 커지게 되어 실제로 빛이 발생하는 영역은 작아지게 된다.
위이것을 보상하기 위해서는 전류의 증가가 필연적이므로 전체적인 소비전력 증가 현상이 생긴다. 때문에 일부 제조사들(소니)은 이런 소비전력 및 수명감소 현상을 보상하기 위해 빛이 기판의 반대방향으로 방출되도록 하는 Top Emission 방식을 채용하고 있다. 이 경우 투명 전도성 물질을 음극으로 사용해야 하며, 투명 전극이 가지는 전자 주입의 어려움 때문에 여러 가지 해결방안에 대한 연구가 시급한 상황이다.
3. OLED 소재와 구동방식의 의미
이번에는 OLED의 제조에 있어서 가장 중요한 사항을 살펴보자.

OLED 기술은 관련된 기본 특허를 일부 회사 (미국의 Eastman Kodak, UDC, 영국의 CDT 등)가 소유하고 있어서 최근 합작회사의 설립 및 특허 기술 공유 등의 제휴 관계가 활발히 이루어지고 있다. 이러한 제휴 관계에 있어 가장 중요한 것이 OLED의 재료와 구동 방식이라고 할 수 있다. OLED의 재료와 구동방식이 결정되어야 Poly Si TFT 기술이나 전압, 전류의 구동 회로 기술과 같은 후공정이 결정되기 때문이다.

아직 어떠한 기술도 표준화 되어 있지 않은 상태로 치열한 경쟁관계에 있는 OLED 산업에 있어 가장 중요한 문제인 이 내용을 산업자원부의 발표자료를 근거로 도표화 해보았다.
※OLED의 재료와 구동 방식의 비교
구 분 장 점 단 점 원천기술보유업체
저분자 조기양산 가능 대화면 곤란 Kodak
고분자 고색상 가능 재료의 신뢰성 미흡 CDT
수동형 저가격,
단순 제조공정
고 소비전력,
복잡한 제조공정
Pioneer
능동형 대화면 용이,
저 소비전력
고가격 Sanyo
구분 : 발광 재료에 따른 분류 (고분자, 저분자), 신호정보를 화면에 구현하는 방법에 따른 분류
         (수동형, 능동형)