[논문]무기 박막형 보호층을 이용한 고분자 유기발광 다이오드의 특성 평가

김훈; 김광호; 김재경; 이윤희; 한정인; 도이미; 주병권

doi:10.4313/jkem.2003.16.1.060

문제 정의

즉, 박막에 관한 연구를 통하여 매우 이상적인 특성을 지닌 보호 박막을 얻을 수 있다고 해서 이러한 것이 실제 유기 EL의 보호층으로 사용될 수 있기까지는 또 다른 방식의 연구가 반드시 진행되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 발광층으로 사용한 Poly (vinyl carbazole)을 ITO가 증착된 유리기판 위에 100nm의 두께로 spincoating 한 후 전기적절연 특성이 우수한 무기 박막들을 전자선 증착기를 이용하여 증착하여 유기물과 무기물 간의 기본적인 계면 특성을 확인하였으며, 이러한 결과를 기반으로 보호 박막이 적용된 유기EL의 전기적 특성을 확인하였다.
본 실험에서는 수분 및 산소로부터 유기EL의 보호를 위하여 무기박막형 보호층의 적용이 제안되었다. 전자선증착기를 이용하여 여러가지 무기박막을 유기 박막위에 증착하였으며, 그 계면 특성을 분석한 결과, MgO 박막과 유기박막과의 계면특성이 가장 우수한 것을 알 수 있었다.
증착에 관한 기술이 요구되고 있다. 본 연구에서는 유기EL에 치명적인 손상을 주는 수분과 산소로부터 유기 박막을 보호하기 위하여 박막형 보호층 (passivation layer)이 제안되었다. 본 실험에서는 고분자 유기 박막 위에 전자선증착기를 이용하여 여러 가지 무기 박막을 증착하였으며, 계면 특성을 분석하였다.
이렇게 제작된 유기EL과 MgO를 보호막으로 코팅한 유기EL의 전류-전압특성 및 발광 특성을 조사하여 보았다. 전류-전압특성의 측정에는 Keithley 237 measure unit 을 사용하였으며, Minolta luminance meter LS-11。을 사용하여 소자의 밝기를 측정하였다.

가설 설정

전압 특성 및 (b)MgO 보호증이 있는 유기EL의 발광 사진.

제안 방법

보호막의 존재 유무에 따른 특성을 보다 정확히 나타내기 위하여, 수명 측정 초기의 밝기를 100 cd/m2S 정의하였으며, 이 때의 diode 전류가 절반 이하로 감소하며 그 밝기가 50cd/m2 이하로 감소되는 시간까지를 나타내었다. 이러한 밝기의 반감기 측정치를 통하여 비교한 결과, 보호층이 없는 유기EL의 경우에는 반감기가 약 40분으로 매우 짧은 것을알 수 있었다.
본 연구에서는 유기EL에 치명적인 손상을 주는 수분과 산소로부터 유기 박막을 보호하기 위하여 박막형 보호층 (passivation layer)이 제안되었다. 본 실험에서는 고분자 유기 박막 위에 전자선증착기를 이용하여 여러 가지 무기 박막을 증착하였으며, 계면 특성을 분석하였다. 이러한 계면 특성 분석을 바탕으로 보호층이 있는 고분자 유기EL과 보호층이 없는 고분자유기 EL의 수명 특성을 비교 측정하였다.
따라서 박막형 보호층으로 사용되기 위한 가장 중요한 조건 중에 하나가 바로 전기적으로 절연 특성을 가져야 한다는 것이다’ 따라서 본 실험에서는 전기적으로 절 연 특성을 가지고 있는 무기 박막들을 미리 준비한 고분자 유기박막이 증착된 기판위에 전자선증착법을 사용하여 증착한 후 유기박막과 무기박막의 계면 특성을 중심으로 그 사용 가능성을 확인하였다. 우선 본 실험에서 발광층으로 사용한 Poly (vinyl carbazole)을 ITO가 증착된 유리기판 위에 spin-coating 한 후 표 1에 나타낸 것과 같은 전기적절연 특성이 우수한 무기박막들을 전자선 증착기를 이용하여 증착하였다. 각 박막은 표에 나타낸 것과 같은 조건 하에서 증착하였으며 기본적으로 300nm의 두께로 증착하였다.
luminance meter LS-11。을 사용하여 소자의 밝기를 측정하였다. 보호막이 존재 유무에 따른 전류-전압특성은 그림-2(a)에 나타낸 것과 같이 유기EL의 diode 전압에 따른 diode 전류에 큰차이가 없는 것을 알 수 있었다.
본 실험에서는 고분자 유기 박막 위에 전자선증착기를 이용하여 여러 가지 무기 박막을 증착하였으며, 계면 특성을 분석하였다. 이러한 계면 특성 분석을 바탕으로 보호층이 있는 고분자 유기EL과 보호층이 없는 고분자유기 EL의 수명 특성을 비교 측정하였다.
증착시에 섀도우 마스크 (shadow mask)를 사용하여 길이 13 mm, 폭 2 mm의 캐소드 전극을 형성하였다. 즉, IT0가 코팅된 유리기판위에 기능성 유기박막인 홀 전도층과 발광층을 형성한 후 캐소드가 형성된 구조로 제작하였다.

대상 데이터

:L 특성을 소사하였다. 본 실험에서 세작된 유기 ELe 하부 발광방식 (bottom ty])e) 유기EL 의 가장 기본적인 구조로 제작되었다. 본 실험에서사용된 유기 EL의 구조는 애노W로 사용하/] 위한 ITO가 증착된 유리기판 위에 홀 전¥증인 Poly (ethylene dioxythiphene)발광층인 P(>ly (vinyl carbazole) 을 각각 50 nm, 100 nm 의 두께로spin-coating 하였다.
본 실험에서 세작된 유기 ELe 하부 발광방식 (bottom ty])e) 유기EL 의 가장 기본적인 구조로 제작되었다. 본 실험에서사용된 유기 EL의 구조는 애노W로 사용하/] 위한 ITO가 증착된 유리기판 위에 홀 전¥증인 Poly (ethylene dioxythiphene)발광층인 P(>ly (vinyl carbazole) 을 각각 50 nm, 100 nm 의 두께로spin-coating 하였다. 그 후 캐소드 전극 으弟 150 nm 두께의 LiAl을 열증착기 (Thermal Evaporator) 를 통하여 증착하였다.
그 후 캐소드 전극 으弟 150 nm 두께의 LiAl을 열증착기 (Thermal Evaporator) 를 통하여 증착하였다. 증착시에 섀도우 마스크 (shadow mask)를 사용하여 길이 13 mm, 폭 2 mm의 캐소드 전극을 형성하였다. 즉, IT0가 코팅된 유리기판위에 기능성 유기박막인 홀 전도층과 발광층을 형성한 후 캐소드가 형성된 구조로 제작하였다.

성능/효과

또한 CeO₂, Si:, Ni, BN의 경우에는 증착 후 유기물에 dark spot이 십하게 발생하는 것을 알 수 있었다. 二^러나 MgO의경우에는 유기박막과의 접착 특성도 우수하며, 증착 온도가 낮아 그 두께를 증가시킬 수 있으며, 증착 후 표면에 crack 이나 dark spot과 같은 이상현상을 보이지 않七 것을 알 수 있었다. 따라서 유기 박막의 보호막으로써 사용하기 위한 무기 박막으로 MgO가 가장 우수한 특성을 보이는 것으로 판단할 수 있었다.
있다. 따라서 유기 박막 및 일함수가 낮아서 대기중에서 쉽게 그 성질이 변화되는 박막의 보호층으로써 MgO가 매우 이상적인 무기 박막형 보호층 중 하나라고 할 수 있으며, 이러한 무기 박막은 진공 증착이 가능하고 그 증착 조건 및 박막 자체가 유기소자에 미치는 영향이 매우 적은 매우 우수한 특성을 보이는 것을 알 수 있었다.
보호막이 존재 유무에 따른 전류-전압특성은 그림-2(a)에 나타낸 것과 같이 유기EL의 diode 전압에 따른 diode 전류에 큰차이가 없는 것을 알 수 있었다. 따라서 유기 박막과 캐소드 전극이 유기EL 소자의 보호막으로 사용할 MgO의 증착에 의해 거의 영향을 받지 않는 것을 알 수 있으며, MgO를 유기 EL의 보호막으로써의 사용 가능성을 확인할 수 있었다. 그림-2(b)에 Mg。를 보호막으로 사용한 소자의 전류-전압 측정시 나타난 발광 특성을 나타내었다.
二^러나 MgO의경우에는 유기박막과의 접착 특성도 우수하며, 증착 온도가 낮아 그 두께를 증가시킬 수 있으며, 증착 후 표면에 crack 이나 dark spot과 같은 이상현상을 보이지 않七 것을 알 수 있었다. 따라서 유기 박막의 보호막으로써 사용하기 위한 무기 박막으로 MgO가 가장 우수한 특성을 보이는 것으로 판단할 수 있었다.
전자선증착기를 이용하여 여러가지 무기박막을 유기 박막위에 증착하였으며, 그 계면 특성을 분석한 결과, MgO 박막과 유기박막과의 계면특성이 가장 우수한 것을 알 수 있었다. 또한, 보호층이 없는 고분자 유기발광다이오드에 비 하여 MgO 보호층이 있는 소자의 경우에는 二l 수명 특성이 현저히 개선된 것을 알 수 있었다. 따라서 유기 EL을 위한 무기 박막형 보호층으로써 MgO의 활용 가능성을 확인할 수 있었으며, 이러한 결과를 바탕으로 유기 박막형 보호층의 개발도 기대된다.
그림-2(b)에 Mg。를 보호막으로 사용한 소자의 전류-전압 측정시 나타난 발광 특성을 나타내었다. 이때의 밝기는 약 100 cd/m2 로써 MgO를 보호막으로 사용하는 공정에 의해 유기박막과 캐소드 전극이 거의 영향을 받지 않는 것을 알 수 있었다.
이러한 결과는 유기EL의 보호를 위하여 현재 사용되고 있는 SUS로 제작된 캔 형태의 구조체를 이용한 소자의 수명 특성과는 비교하기 어려운 결과이지만, 상기에서 서술한 것과 같은 유기 박막과 캐소드 전극이 가지고 있는 수분과 산소에 대한 취약성이 현저히 개선된 것으로 생각할 수 있다. 따라서 유기 박막 및 일함수가 낮아서 대기중에서 쉽게 그 성질이 변화되는 박막의 보호층으로써 MgO가 매우 이상적인 무기 박막형 보호층 중 하나라고 할 수 있으며, 이러한 무기 박막은 진공 증착이 가능하고 그 증착 조건 및 박막 자체가 유기소자에 미치는 영향이 매우 적은 매우 우수한 특성을 보이는 것을 알 수 있었다.
보호막의 존재 유무에 따른 특성을 보다 정확히 나타내기 위하여, 수명 측정 초기의 밝기를 100 cd/m2S 정의하였으며, 이 때의 diode 전류가 절반 이하로 감소하며 그 밝기가 50cd/m2 이하로 감소되는 시간까지를 나타내었다. 이러한 밝기의 반감기 측정치를 통하여 비교한 결과, 보호층이 없는 유기EL의 경우에는 반감기가 약 40분으로 매우 짧은 것을알 수 있었다. 이러한 결과는 발광층인 유기 박막과 캐소드 전극인 LiAl alloy가 대기 중에 포함되어 있는 수분과 산소에 취약하기 때문에 나타나는 결과이다.
전자선증착기를 이용하여 여러가지 무기박막을 유기 박막위에 증착하였으며, 그 계면 특성을 분석한 결과, MgO 박막과 유기박막과의 계면특성이 가장 우수한 것을 알 수 있었다. 또한, 보호층이 없는 고분자 유기발광다이오드에 비 하여 MgO 보호층이 있는 소자의 경우에는 二l 수명 특성이 현저히 개선된 것을 알 수 있었다.

후속연구

또한, 보호층이 없는 고분자 유기발광다이오드에 비 하여 MgO 보호층이 있는 소자의 경우에는 二l 수명 특성이 현저히 개선된 것을 알 수 있었다. 따라서 유기 EL을 위한 무기 박막형 보호층으로써 MgO의 활용 가능성을 확인할 수 있었으며, 이러한 결과를 바탕으로 유기 박막형 보호층의 개발도 기대된다.
한다. 즉, 박막에 관한 연구를 통하여 매우 이상적인 특성을 지닌 보호 박막을 얻을 수 있다고 해서 이러한 것이 실제 유기 EL의 보호층으로 사용될 수 있기까지는 또 다른 방식의 연구가 반드시 진행되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 발광층으로 사용한 Poly (vinyl carbazole)을 ITO가 증착된 유리기판 위에 100nm의 두께로 spincoating 한 후 전기적절연 특성이 우수한 무기 박막들을 전자선 증착기를 이용하여 증착하여 유기물과 무기물 간의 기본적인 계면 특성을 확인하였으며, 이러한 결과를 기반으로 보호 박막이 적용된 유기EL의 전기적 특성을 확인하였다.

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