유기화합물에 전기를 흘려 스스로 빛을 내는 소재(素材)로 만든 유기발광다이오드(OLED) 시장이 커지고 있다. 유기화합물이란 금속 등을 지칭하는 무기화합물과 반대되는 말로 탄소(C)를 포함한 물질이다. 불에 타고 휘어지는 성질을 갖고 있다.
OLED 시장은 크게 소재와 TV, 조명 시장으로 구분된다. 시장조사기관 IHS에 따르면, OLED 소재 시장은 올해 4700억원에서 연평균 30% 가까이 성장해 2016년 8000억원, 2017년엔 1조원까지 시장이 확대될 것이라고 밝혔다. OLED 조명 시장도 내년부터 연평균 100%씩 성장해 2016년에는 5500억원, 2020년에는 4조8000억원 규모로 확대될 것으로 예상한다.
OLED 원리는 1950년 프랑스 낭시대학의 앙드레 베르나노즈 교수가 이끄는 연구팀이 처음 개발했다. 이후 미국 뉴욕대, 캐나다 국립연구원 등에서 후속 연구를 진행하다가 1984년 코닥사가 상용화가 가능한 단계의 연구를 발표하면서 산업의 한 축으로 자리 잡았다.
OLED는 여러 종류의 유기 박막층을 샌드위치 구조로 쌓아 만든다. 이 박막층을 어떤 재료로 만드느냐에 따라 색의 구현력과 에너지 효율이 결정되기 때문에 기업들은 OLED 소재를 만드는 기술력 향상에 공을 들이고 있다. 국내에서는 LG화학과 삼성SDI가, 외국에서는 스미토모, 노발레드 등이 선두 기업이다.
유기 박막층은 보통 전자 주입층, 전자 전달층, 발광층, 정공 전달층, 정공 주입층으로 구성돼 있다. 발광 원리는 전자의 이동과 결합이다. 먼저 유기물에 전류를 흘리면 양극에서 정공(전자가 없는 구멍)이 흘러나와 정공 전달층을 통해 발광층으로 이동한다. 동시에 음극에서는 전자가 빠져나와 전자 전달층을 통해 발광층으로 전달된다. 이동해 온 정공과 전자가 발광층에서 결합해 에너지가 낮아지면서 빛을 내게 된다. 이때 정공과 전자의 결합물을 '여기자'라고 하고, 에너지가 낮아진 상태를 '기저 상태'라고 한다.
OLED는 물질 자체가 빛을 내는 '면(面)' 형태의 광원이기 때문에 빛을 내기 위한 다른 부품이 필요하지 않다. 휘어지는 성질도 있어 플렉시블(flexible) IT 제품 소재로 주목받는다. 두께는 발광다이오드(LED)의 10분의 1, 무게는 5분의 1에 불과하다. 눈부심과 발열이 없고 납·수은 등 중금속이 함유되지 않아 친환경 소재로도 불린다. 박영기 LG화학 정보전자소재 사업본부장(사장)은 최근 조명 신제품 발표를 하면서 "OLED는 빛의 품질, 설치 용이성 등 기존 소재와 차별되는 많은 장점을 보유하고 있다"고 말했다.
OLED는 구동 방식에 따라 수동구동과 능동구동으로 구분한다. 수동구동이 음극과 양극의 단순 교차를 통해 만든다면, 능동구동은 화소마다 스위치용 TFT(박막트랜지스터)를 배치하는 방식이다. 수동구동은 제조 공정이 단순하고 원가가 낮은 장점이 있는 반면 수명이 짧고 응답 속도가 낮아 큰 화면을 만들 수는 없다. 이 때문에 조명이나 3~5인치 휴대폰 화면 등에 사용된다. 반면, 능동구동은 제조 공정이 복잡하고 제조 원가도 비싸지만, 응답 속도가 빨라 색 구현력이 좋기 때문에 TV 화면 등에 사용된다.
조남성 삼성SDI 소재부문 사장은 최근 보도자료를 통해 "그동안은 OLED의 핵심인 소재 시장을 외국 기업들이 점유하고 있었지만, 최근에는 국내 기업들도 기술을 많이 따라잡고 있다"며 "올 상반기부터는 자체 기술로 개발한 핵심 소재의 양산(量産)에 들어갔다"고 밝혔다.