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최근에 인광유기발광다이오드는 우수한 발광 효율 때문에 각광을 받고 있다. 하지만 유기발광다이오드는 내부에서 발생한 빛이 소자에서 내부 반사 현상과 wave-guiding 등으로 80 % 정도 손실이 되어, 정면에서 볼 수 있는 빛의 양은 약 20 ~ 25 % 정도로 알려져 있다. 이 때문에 유기발광다이오드소자의 최대 양자효율은 인광유기발광다이오드의 경우 최대 25 % 로 알려져 있다. 따라서 높은 양자효율의 인광유기발광다이오드를 제작하기 위해서는 내부에서 발생하는 효율을 최대한 시켜야 한다. 따라서 본 학위논문에는 인광유기발광다이오드의 고효율화를 위하여 양자효율을 향상시키는 방법에 관한 연구를 수행하였다.
지금까지 알려진 인광유기발광다이오드의 고효율화를 위한 방법에는 몇 가지 문제점들이 있다. 높은 양자효율의 인광유기발광다이오드를 제작하기 위해서는 인광 도펀트의 여기 에너지를 발광층 안에 속박시켜야 한다. 발광층 안에 ...

최근에 인광유기발광다이오드는 우수한 발광 효율 때문에 각광을 받고 있다. 하지만 유기발광다이오드는 내부에서 발생한 빛이 소자에서 내부 반사 현상과 wave-guiding 등으로 80 % 정도 손실이 되어, 정면에서 볼 수 있는 빛의 양은 약 20 ~ 25 % 정도로 알려져 있다. 이 때문에 유기발광다이오드소자의 최대 양자효율은 인광유기발광다이오드의 경우 최대 25 % 로 알려져 있다. 따라서 높은 양자효율의 인광유기발광다이오드를 제작하기 위해서는 내부에서 발생하는 효율을 최대한 시켜야 한다. 따라서 본 학위논문에는 인광유기발광다이오드의 고효율화를 위하여 양자효율을 향상시키는 방법에 관한 연구를 수행하였다.
지금까지 알려진 인광유기발광다이오드의 고효율화를 위한 방법에는 몇 가지 문제점들이 있다. 높은 양자효율의 인광유기발광다이오드를 제작하기 위해서는 인광 도펀트의 여기 에너지를 발광층 안에 속박시켜야 한다. 발광층 안에 엑시톤을 속박시키기 위해서는 삼중항 에너지가 높은 수송물질을 사용하며 동시에 도펀트의 삼중항 보다 높은 삼중항 에너지를 갖는 호스트를 사용하여야 한다. 하지만 인광유기발광다이오드에서 사용되는 호스트들의 일중항 에너지와 삼중항 에너지 차이는 약 0.5 eV 이상으로 큰 일중항-삼중항 교환에너지를 가지며, 이 차이는 호스트와 도펀트의 큰 에너지 준위의 차이로 도펀트 분자들은 발광층 안에서 전하들의 트랩으로서 나타나게 되어 구동전압이 높아지는 문제점을 가지고 있다. 이러한 구조에서는 발광층 안에서의 주입된 전하들이 도펀트의 에너지 준위를 통하여 이동하게 하기 위하여 6 ~ 10 wt% 정도로 높은 도핑농도가 사용된다. 이러한 높은 도핑농도는 발광층 내에서 단위밀도당 엑시톤의 부피를 증가시키게 되는데, 높은 전류밀도에서 삼중항 - 삼중항 소멸현상이 발생하여 소자의 효율이 떨어지는 문제점이 발생하게 된다. 이러한 문제점들은 고효율 인광유기발광다이오드를 제작하기 위해서 해결 해야 할 문제 점들이다. 이러한 문제점들을 해결하기 위해서는 본 연구에서는 크게 세 부분으로 나누어 연구를 진행하였다.
먼저 삼중항 엑시톤을 발광층 내에 속박시키기 위하여 높은 전하이동도와 삼중항 에너지를 갖는 수송물질 및 호스트를 이용하여 양자효율은 향상시켰다. 본 방법으로 제작된 녹색인광유기발광다이오드는 4.4 V 구동전압과 20.7 % 의 외부양자효율을 구현하였다. 또한 높은 삼중항 에너지를 갖는 청색 도펀트에 적용하기 적합한 호스트를 개발/적용 하여 단순한 구조로 4.6 V 구동전압과 21.2 % 의 외부양자효율을 구현하기도 하였다.
다음으로 좁은 밴드갭 값을 갖는 호스트 (CTP, Bepp2)를 사용하여 전하의 trapping을 최소화 하는 방법으로 낮은 구동 전압과 19.8 % 의 외부양자효율을 구현하였다. 특히 본 연구에서는 capacitance 측정을 통하여 호스트 종류에 따른 전하 트랩현상을 관찰할 수 있는 방법을 제안하였다.
마지막으로 호스트와 도펀트간의 이상적인 에너지 전달을 위한 도핑농도를 3D 시뮬레이션 방법을 통하여 예측하는 방법을 연구하였다. 본 방법을 통하여 예측된 몰농도는 약 0.93 mol % 로, 재료의 질량을 알면 이상적인 에너지 전달이 가능한 도핑농도 (wt%)를 예측할 수 있는 방법을 제안하였다. 또한 도펀트의 부피가 큰 리간드의 특성을 이용하여 특정 유기물질을 합성하여 도펀트 간의 밀집 정도를 낮추어 도펀트 간의 밀집 정도를 낮춤으로 도펀트간 자체 손실을 줄여주고, 삼중항 엑시톤 속박구조를 적용하여 구동전압 3.7 V, 24.5 % 의 이상적인 외부양자효율을 구현하였다.
본 학위논문의 연구는 삼중항 엑시톤 속박할 수 있는 방법을 제안 하였고, 또한 이상적인 호스트-도판트 시스템 예측할 수 있는 방법을 제안하여, 전하의 트랩을 최소화하고 삼중항 – 삼중항 소멸현상을 줄여 인광유기발광다이오드의 양자효율을 향상시킬 수 있었다. 본 연구의 결과는 유기발광다이오드를 이용한 디스플레이 산업이나 조명분야에 적용이 가능할 것이다.

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