ELD의 구조 및 동작에 대해서 자세하게 알아보자

박막형 IELD의 기본구조를 봉준다. 발광추의 상부오 ㅏ하부에 절연층을 형성하고 있으며, 하부는 투명전도막인 ITO박막형 IELD의 기본구조를 봉준다. 발광층의 상부와 하부에 절연층을 형성하고 있으며, 하부는 투명전도막인 ITO와 유리기판으로 구성되어 화면의 역할을 한다. 그리고 상부에는 알루미늄 전극이 연결되어 교류 전압이 인가된다. 이때, 화면 색은 발광층의 소재와 첨가되는 첨가물에 따라 결정된다. 동작 원리를 살펴보면 IELD의 상하 두 개의 전극에 외부에서 교류 전압을 인가하여 절연층 사이에 수 MV/cm 이상의 강한 전계가 걸리면 절연층과 발광층 사이의 계면 준위에 포획되어 있던 전자들이 방출되어 발광층의 전도대로 tunneling 현상이 일어난다. 이와 같이 방출된 전자들은 외부 전계에 의해 가속되어 발광 중심을 여기시키에 충분한 에너지를 얻어 발광 중심의 최외각 전자를 직접 충돌하여 여기시킨다. 여기 상태의 전자들이 다시 기저 상태로 완화되면서 에너지 차이만큼의 빛을 방출하게 된다. 이때, 높은 에너지를 가진 전자의 일부는 발광 모체와 충돌하여 이온화시켜 2차 전지를 방출하기도 하며, 발광 중심과의 충돌과정에서 에너지를 잃은 전자들과 충돌하지 않은 일부 1차 전자 및 2차 전자들은 다시 높은 에너지를 갖게 되어 발광 중심을 여기시키고, 결국 양극 게면 주위로 포획된다. 다시 외부의 전압이 반대로 극성이 바뀌면 같은 과정을 되풀이한다. IELD의 발광체로는 발광 모체에 인위적으로 첨가한 발광 중심으로부터 발광이 가능하여야 하고, 높은 전계를 견딜 수 있어야 한다. IELD용 발광 모체와 발광 중심으로 사용되는 대표적인 재료와 특성을 나타낸다. 이와 같이 IELD의 발광층은 발광 모체와 발광 중심 재료의 결합으로 이루어진다. 즉, 발광 중심으로 첨가되는 천이 금속이나 희토류 원소들은 모체의 양이온 자리를 치환하여 들어가는 것으로 알려져 있다. 여기서 발광 모체의 내부에 효과적으로 첨가되기 위해서는 모체의 양이온과 발광 중심 이온의 화학적 특성이나 이온 반경의 정합이 중요하다. 발광 휘도를 개선하기 위해서는 발광층의 역할을 세분화하여 발광층과 전자 주입층 및 수소층 등으로 구분하여야 하는 방안이 모색 중이며, 발광 재료로서 고효율의 발광이 가능한 산화물이나 할로겐 화합물 등에 대한 연구가 요구된다. 또한, 발광층에서 생성된 빛의 일부는 발광츠으 내부나 절연층과 계면에서 전반사 등으로 소실되므로, 이를 유효하게 외부로 방출하게 되면 발광 휘도를 개선 할 수 있다. OEDL의 구조와 동작에 대해서 알아보자. OELD에 대한 연구의 획기적인 역할을 담당하였던 1986년에 Eastman Kodak사가 제작한 OELD의 기본 구조이다. 박막의 전체 두께가 약 100nm정도이고, 전자 주입 전극은 MeAg  합금을 사용하였다. 이와 같은 소자를 개발하여 저전압에서도 효율적으로 전자와 정공의 주입이 가능하게 되었고, 안정적인 발광을 얻을 수 있다. 1990년 Cambridge 대학에서 제조한 OELD로서, 발광층을 폴리파라페닐렌비닐렌의 단층 박막으로 제작한 구조이다. PPV는 도전성 고분자 재료 및 비선형 광학재료로 널리 알려져있었고, 강한 형광 특성을 가진다는 것을 알게 되었다. 이후, 폺리페닐렌 혹은 폴리티오펜이나 이들이 공중합 고분자를 이용한 유기 EL에 대해 많은 연구가 활발하게 전개되었으며, 새로운 소자의 구조, 발광 재료 및 발광 기구 등에 관한 결과가 증가하였다. 한편, 1988년에는 전자 수송층과 정공 수송층을 끼워 만든 3층 구조가 제시되었드며, 여러 종류의 발광 재료를 사용하여 다양한 색을 구현하게 되었다. OELD의 발광 효율을 향상하게 위해서는 적층 구조를 취하여야 한다는 연구 결과가 나오는데, 이는 적층 구조를 가짐으로서 발광층으로 전자와 정공의 전달을 균형있게 유지할 수 있으며, 또한 발광층에서 전자나 정공, 그리고 여기자를 잘 가두어 두어야 한다는 것이다. 특히, 소자의 내구성을 개선하기 위해 소자의 구조는 발광 재료의 안정성과 함께 매우 중요한 요소라는 것이다. OELD중에서 가장 먼저 연구되어온 소자가 단분자 OELD이며, 단일층이나 2중층의 구조로 빛을 발광할 수 있지만, 발광 효율 ,밝기 및 안정성 등을 개선 하기 위해 적층 구조가 바람직하다. 유기 단분자의 막 형성은 고진공에서 저항 가열방식의 열증착으로 연속적인 증착방식으로 만들어진다. 그러나 여러 종류의 유기물을 동일 진공챔버에서 사용할 경우, 오염의 문제가 발생할 수 있다. 단분자 혹은 저분자 OELD의 구조와 에너지대에 의한 동작이 있다. 양극과 음극 사이에 정공 주입층, 정공 수소층, 발광층, 저지층, 전자수소층 및 전자 주입층으로 구성된다. 양극에서 정공 주입층의 가전자대로 주입된 정공은 유기물 사이를 이동하여 정공 수송층을 통과한 후, 발광층으로 진행하고, 동시에 전자는 음극에서 전자 주입층으로 주입하여 전자 수송층을 통과한 후에 발광층의 전도대로 전자가 이동한다. 따라서 발광층에서는 전자와 정공이 만나 결합하게 되는데, 이를 재결합이라 하며, 재결합한 전자와 정공쌍은 정전기력에 의해 재배열하여 여기자가 된다. 이러한 여기자는 안정된 상태로 되돌아오면서 방출되는 에너지가 빛으로 바뀌어 발광하게 된다. 양극 전극은 일반적으로 투명전도막인 ITO나 IZO등의 금속산화물을 사용하는데 이유는 일함수가 커서 정공주입을 용이하게 하며, 또한 투명하기 때문에 가시광선이 방출하게 된다. 그리고 음극 전극으로는 일함수가 낮은 세슘, 리튬, 칼슘 등과 같은 금속을 사용하며, 혹은 알루미늄 ,구리 및 은 등과 같이 일함수가 약간 높으나 안정하고 증착이 용이한 금속을 사용하기도 한다.