ZnO 나노입자 전자수송층을 이용한 QLED의 전기 및 광학적 특성 연구 A study on the electrical and optical properties of QLEDs using ZnO nanoparticles electron transport layer원문보기
QLED (Quantum dot Light Emitting Diodes)는 OLED에서 발광하는 유기 반도체 물질을 양자점으로 대체하여 사용하는 전계 발광 소자로, OLED와 구조, 소재 및 동일한 발광 원리를 가진다. QLED의 발광체인 양자점은 스스로 빛을 내는 수 ...
QLED (Quantum dot Light Emitting Diodes)는 OLED에서 발광하는 유기 반도체 물질을 양자점으로 대체하여 사용하는 전계 발광 소자로, OLED와 구조, 소재 및 동일한 발광 원리를 가진다. QLED의 발광체인 양자점은 스스로 빛을 내는 수 나노미터 크기의 반도체 결정체로, 반도체 입자 크기의 조절을 통하여 광학적으로 다양한 빛을 구현하는 것이 가능하고, 좁은 발색 파장에 따라, 높은 색 순도의 특징을 가진다. 현재 양자점을 이용한 디스플레이 산업은 양자점의 광 발광 및 전계 발광 특성을 이용하여 LCD와 OLED 기술 분야에서 제품을 출시하고, 연구개발이 진행 중에 있다. 본 연구는 양자점을 이용한 전계 발광 소자를 제작하고, 소자의 발광 효율 특성을 향상시키고자 유기 및 무기 공통층을 이용하여 다양한 QLED의 개발을 진행하였다. 이때, 유기 공통층은 OLED에서 사용하는 고분자 유기 정공수송층 물질인 poly-TPD와 PVK를 사용하였고, 무기 공통층으로는 MoO3 및 V2O5의 정공주입층 재료와 ZnO나노입자를 전자수송층 재료로 사용하였다. 본 연구에서 전자수송층으로 사용하는 ZnO 나노입자는 졸겔법으로 합성한 후, QLED에 적용하였으며, 합성 시에 반응 시간, 반응 용액의 농도 및 온도를 조절하여 3 ~ 8 nm 범위로 조절하여 합성하였다. 또한, ZnO 나노입자를 QLED에 전자수송층으로 적용하기에 앞서, 합성된 각 나노입자에 대하여 전기 및 광학적 특성을 확인하였다. ZnO 나노입자는 3 nm 입자의 경우, 전자 주입 특성이 우수하고 밴드 갭 에너지가 약 3.60 eV이었으며, 8 nm 입자는 전자의 이동 특성이 우수하고, 밴드 갭 에너지가 약 3.46 eV로 확인할 수 있었다. ZnO 전자수송층을 이루는 나노입자의 크기에 따른 QLED의 특성 변화를 확인하기 위하여 나노입자의 크기를 각각 3 및 8 nm 입자로 적용하여 QLED를 제작하였다. 이때, 유/무기 공통층의 재료와 구조에 따른 각 나노입자 크기별 소자의 특성을 확인하였으며, ZnO 나노입자의 크기에 따라 상이한 정공 영역의 최적화 구조를 확인하였다. 3 nm 입자의 경우, 정공의 축적 현상을 감소시켜주는 이중 정공수송층을 사용한 소자에서 가장 높은 전류 효율인 17.5 cd/A를 얻었으며, 8 nm 입자는 정공의 이동도 특성이 우수한 poly-TPD 정공수송층을 사용한 소자에서 22.8 cd/A의 전류 효율 특성을 확인할 수 있었다. 또한, 이중 전자수송층을 이용한 ITO / poly-TPD / 양자점 / 8 nm (30 nm) / 3 nm (10 nm) / Al 구조의 소자에서 전류밀도가 34.3 cd/m2일 때, 25.8 cd/A의 최고 전류 효율을 얻었다.
QLED (Quantum dot Light Emitting Diodes)는 OLED에서 발광하는 유기 반도체 물질을 양자점으로 대체하여 사용하는 전계 발광 소자로, OLED와 구조, 소재 및 동일한 발광 원리를 가진다. QLED의 발광체인 양자점은 스스로 빛을 내는 수 나노미터 크기의 반도체 결정체로, 반도체 입자 크기의 조절을 통하여 광학적으로 다양한 빛을 구현하는 것이 가능하고, 좁은 발색 파장에 따라, 높은 색 순도의 특징을 가진다. 현재 양자점을 이용한 디스플레이 산업은 양자점의 광 발광 및 전계 발광 특성을 이용하여 LCD와 OLED 기술 분야에서 제품을 출시하고, 연구개발이 진행 중에 있다. 본 연구는 양자점을 이용한 전계 발광 소자를 제작하고, 소자의 발광 효율 특성을 향상시키고자 유기 및 무기 공통층을 이용하여 다양한 QLED의 개발을 진행하였다. 이때, 유기 공통층은 OLED에서 사용하는 고분자 유기 정공수송층 물질인 poly-TPD와 PVK를 사용하였고, 무기 공통층으로는 MoO3 및 V2O5의 정공주입층 재료와 ZnO 나노입자를 전자수송층 재료로 사용하였다. 본 연구에서 전자수송층으로 사용하는 ZnO 나노입자는 졸겔법으로 합성한 후, QLED에 적용하였으며, 합성 시에 반응 시간, 반응 용액의 농도 및 온도를 조절하여 3 ~ 8 nm 범위로 조절하여 합성하였다. 또한, ZnO 나노입자를 QLED에 전자수송층으로 적용하기에 앞서, 합성된 각 나노입자에 대하여 전기 및 광학적 특성을 확인하였다. ZnO 나노입자는 3 nm 입자의 경우, 전자 주입 특성이 우수하고 밴드 갭 에너지가 약 3.60 eV이었으며, 8 nm 입자는 전자의 이동 특성이 우수하고, 밴드 갭 에너지가 약 3.46 eV로 확인할 수 있었다. ZnO 전자수송층을 이루는 나노입자의 크기에 따른 QLED의 특성 변화를 확인하기 위하여 나노입자의 크기를 각각 3 및 8 nm 입자로 적용하여 QLED를 제작하였다. 이때, 유/무기 공통층의 재료와 구조에 따른 각 나노입자 크기별 소자의 특성을 확인하였으며, ZnO 나노입자의 크기에 따라 상이한 정공 영역의 최적화 구조를 확인하였다. 3 nm 입자의 경우, 정공의 축적 현상을 감소시켜주는 이중 정공수송층을 사용한 소자에서 가장 높은 전류 효율인 17.5 cd/A를 얻었으며, 8 nm 입자는 정공의 이동도 특성이 우수한 poly-TPD 정공수송층을 사용한 소자에서 22.8 cd/A의 전류 효율 특성을 확인할 수 있었다. 또한, 이중 전자수송층을 이용한 ITO / poly-TPD / 양자점 / 8 nm (30 nm) / 3 nm (10 nm) / Al 구조의 소자에서 전류밀도가 34.3 cd/m2일 때, 25.8 cd/A의 최고 전류 효율을 얻었다.
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