Blameless Life..: 보다 효율적인 조명 개발 노력, OLED가 해답으로 떠올라

보다 효율적인 조명 개발 노력, OLED가 해답으로 떠올라

니콜라스 모코프

OLED의 장점은 보다 길어진 수명 및 효율적인 백색 혹은 틴티드 광원을 제공하는 것이다.

OLED는 올해 그 모습을 드러낼 OLED 기반의 TV를 비롯해 모바일 기기 및 TV 디스플레이에서 중요한 역할을 차지하고 있다. 하지만 OLED의 킬러 어플리케이션은 일상생활에서 조명으로 사용되는 고효율 백색 광원이라고 할 수 있다. 유럽에서 실시된 리서치 프로젝트는 실제와 유사한 조명 어플리케이션의 시제품에 대해 보고했으며, 기타 지역에서도 비슷한 프로그램이 진행 중이다.

이제 3년째를 맞는 유럽의 OLLA(Organic LEDs for ICT and Lighting Applications) 프로젝트는 정보통신기술(ICT) 및 차세대 조명용 고휘도 OLED의 개발을 모색하고 있다. OLLA는 지난 5월 25lm/W 효율의, 초기 1,000cd/m² 밝기로 5,000시간 이상의 수명을 갖춘 백색 OLED 광원의 시제품을 제작했음을 알렸다.

“기존의 텅스텐 필라멘트 전구와 비교해서 효율은 두 배로, 수명은 다섯 배로 높였다”며 “몇 년 내에 콤팩트 형광 광원의 효율성을 갖춘 OLED 광원의 생산을 기대하고 있다”고 OLLA 프로젝트 매니저인 Peter Visser 씨는 말했다.

이제 막 자금지원 기간의 절반을 넘어선 OLLA 프로젝트는 50lm/W 및 초기 휘도 1,000cd/m²에서 10,000시간의 수명을 갖춘 OLED 조명의 생산을 최종 목표로 하고 있다.

백색 OLED 광 타일은 OLED에 대한 지지를 천명하고 있는 Philips Research Labs가 프로젝트 파트너인 Novaled AG사의 독점적인 PIN(p-doped, intrinsic, n-doped) 구조에서 형광성 및 인광성 OLED 물질을 혼합하여 설계했다.

지난해, Philips사와 Novaled사는─삼파장 형광등과 경쟁관계인─CRI(color-rendering index) 수치가 88이며 32lm/W의 효율을 달성하는 시제품 디바이스의 개발을 위한 협력을 시작했다. (CRI는 광원에 의해 조명되는 물체색의 지각이 규정된 조건에서 기준 광원으로 조명했을 때의 지각과 일치하는 정도를 나타내는 수치이다.) 전체 밝기는 1,000cd/m²였다. Novaled 씨는 이 시제품의 수명이 20,000시간 이상이라고 말했다. 업체 관측통에 따르면, 생산 제품의 수명은 적어도 10,000시간이 되야 한다.

전세계에서 가장 큰 규모의 조명 제조업체 중 하나인 Osram GmbH사는 조명 어플리케이션용 소분자 기술에 주력하고 있다. 이 업체의 OLED 엘리먼트는 18lm/W의 조명효율을 실현하여 기존 전구의 12lm/W를 넘어섰다.

표준의 필요성

OLED에 대한 표준이 부재한 상황에서도 측정된 결과들로 인해 목표가 바뀌고 있다. “전세계 연구 단체들이 측정한 결과를 비교할 때 발생하는 문제점 가운데 하나는 OLED 측정에 대한 표준이 없다는 것이다”라고 Philips Lighting사의 OLED 개발 매니저이자 OLLA 프로젝트 테크니컬 코디네이터인 Dietrich Bertram 씨는 말했다. “측정이 적분구(integrating sphere)에서 이뤄졌거나 적층된 레이어가 사용되었을 경우, 상당한 차이가 발생한다. 따라서 OLLA 프로젝트는 성능 및 측정 평가에 대한 표준화 지원을 위해서 OLED 조명 측정에 관한 백서를 발간키로 결정했다.”

이밖에도, 대만 National Tsing Hua University 연구진은 백색 OLED를 기반으로 하는 솔리드스테이트 조명 시스템 개발을 목표로 하는 시애틀 소재의 신생 R&D업체인 Advanced Electroluminescent Sciences사와 제휴를 맺었다. 한편, Princeton University 연구진은 백색 발광 OLED에서 거둔 성과에 대해서 보고했다.

Princeton의 연구는 미국 에너지국과 이 대학의 스핀오프인 Universal Display사가 자금 지원을 맡았으며, University of Southern California의 연구 협력으로 이뤄졌다. 연구원들은 빠른 연소가 문제가 되었던 푸른(blue) 빛을 발생시키는 콤포넌트의 수명 연장을 위해 OLED의 구조를 수정했다.

연구원들은 우선 네 개의 초박막 유기 레이어를 유리 혹은 투명 플라스틱에 올려놓아 표준 OLED를 만들었다. 이 중 세 개의 레이어는 전하가 중앙의 “방사성(emissive)” 레이어에 도달하기 위한 도관으로 사용했다. 반대로 대전된 분자가 방사성 레이어에서 만나면 전자는 음선 전하 분자에서 양성전하로 뛰어오르고, 최종적으로는 스타팅 에너지로 완화된다. 그 결과 방출된 빛은 광범위한 파장을 포함하도록 조율할 수 있다.

연구원들은 종전의 OLED가 모든 형광 기반의 디바이스보다 높은 에너지 효율을 갖춘 빛을 발생시키기 위해 인광성의 블루, 그린, 레드 염료를 사용했음에 주목했다. 그들은 OLED의 속성을 희생시키지 않고 블루용 형광성 염료로 대체할 수 있음을 알아냈다.

보다 얇은 스크린

한편, 기업들은 OLED TV 및 액티브 매트릭스(active-matrix: AM) OLED를 공급하기 시작했다. OLED는 백라이트가 필요 없기 때문에, 비유기 LED 보다 전력 소비가 낮고, LCD나 플라즈마와 같은 평판 기술 보다 더 얇은 스크린이 가능하다. OLED는 또한 롤업 디스플레이를 생산하기 위한 플렉시블한 소재에서도 인쇄가 가능하다.

유럽의 OLLA 프로젝트는 OLED 광원이 150lm/W의 효율을 달성함을 보여주었다.

DisplaySearch사에 따르면, 2006년도 OLED 디스플레이 출하량은 29퍼센트가 증가한 7,210만 대를 기록했지만, 수익은 3퍼센트가 하락했다. Sony사는 올해 후반 11인치 OLED TV의 제조 및 판매에 돌입할 예정이라고 밝혔다. 초도 생산량은 월 1,000대 수준이 될 전망이며, Sony사와 Toyota Industries사의 합작 회사가 그 제조를 맡게 된다.

한편, Toshiba사 및 Matsushita Electric Industrial사의 합작 회사인 Toshiba Matsushita Display Technology사도 평판 TV용 OLED 패널 제작에 나서, 2009년도부터 20.8인치 스크린을 생산할 예정이다.

Mitsubishi Heavy Industries사는 올해 OLED 패널의 샘플을 출하할 계획이며 수요가 높을 경우, 양산을 시작할 수 있다고 말했다. Konica Minolta Technology Center는 General Electric Company와 제휴를 맺고 향후 3년에 거쳐 OLED 기술을 이용하는 조명 제품을 공동 개발하게 된다.

패시브 매트릭스 OLED

삼성SDI나 LG전자, CMEL(Chi Mei EL Corp.) 등의 기업들은 올해 AM OLED의 본격적인 생산에 돌입했다.

AM OLED는 패시브 매트릭스(passive-matrix: PM) OLED 보다 전력 소비가 낮아 대각선 길이가 2~3인치가 넘는 디스플레이가 사용되는 휴대용 전자제품에 적합하다고 Universal Display사는 말했다. 이 업체는 자사의 평판 IP 포트폴리오에 AM OLED를 포함하고 있다.

최근 Universal Display사는 Chi Mei Optoelectronics사의 TFT-LCD 제조 부문인 CMEL사와 계약을 맺었다. 향후 Universal사는 PPG Industries가 제조한 자사의 인광성 OLED 물질을 CMEL사에 공급하고, CMEL사는 이를 상용 AM OLED 디스플레이에 사용한다. Universal사는 자사의 독점적인 인광성 기술은 종전의 OLED 기술에 비해 전력 효율을 최대 네 배까지 높인다고 주장한다.

에너지 보존이 대중에게 중요하게 인식되면서, OLED와 태양 전지의 결합을 모색하는 연구도 진행되고 있다. National Taiwan University의 과학자들은 OLED 뒤에 태양전지를 달아, 편광판보다 월등한 콘트라스트를 제공하고, 그렇지 않았을 경우 그냥 버려졌을 에너지를 재사용한다.

이 연구에 참가한 과학자들은 OLED 뒤쪽에 단 태양전지가 입사광 및 내부 OLED 방사를 흡수하고, 이후 그 빛은 광전지 디바이스에서 재사용되는 전력으로 전환된다고 보고했다. 실험 디바이스를 통해 거둔 0.26퍼센트의 전력 재사용 효율은 보다 효율적인 OLED 및 태양전지를 사용함으로써 향상될 수 있다고 연구진은 밝혔다.

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