[논문]ITO 표면 처리와 음전극 변화에 따른 OLEDs의 특성 연구

김두석; 장윤기; 권영수

doi:10.4313/jkem.2005.18.12.1143

ITO 표면 처리와 음전극 변화에 따른 OLEDs의 특성 연구
Study on Characteristic by ITO Surface Treatment and Cathode Change of Organic Light Emitting Diodes 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.18 no.12, 2005년, pp.1143 - 1147

김두석 (동아대학교 항만물류시스템학과) , 장윤기 (동아대학교 전기공학과) , 권영수 (동아대학교 항만물류시스템학과, 동아대학교 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we report an improved efficiency of Organic light emitting diodes(OLEDs), using $UV/O_3$ treated anode and different cathode. We investigated the efficiency of OLEDs by $UV/O_3$ treatment of ITO surface. We Performed $UV/O_3$ treatment and found that $UV/O_3$ treatment enhanced the performance of OLEDs. The fundamental structure of the OLEDs was ITO $anode/{\alpha}-NPD/Alq_3/Al$ or Li:Al cathode. The Li:Al can improve the OLEDs efficiency dramatically in cathode because it has lower work function than Al. Current-voltage, Luminance-voltage characteristics and luminance efficiency were measured at room temperature.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 OLEDs 효율을 향상시키기 위한 방법으로 ITO 기판을 시간에 따른 UV/O₃ 표면 처리하여 특성을 비교하였고, 음극으로 A1과 Li:Al 을 사용하여 그 특성을 비교하였다.
본 연구에서는 ITO 기판의 UV/O₃ 표면 처리 시간에 따른 최적의 공정조건 확립과 음극변화에 따른 특성을 조사하였다. ITO 기판의 UV/O₃ 표면 처리는 OLEDs 구동 전압을 낮아지게 하고 발광특성 또한 증가하게 하여, OLEDs 효율을 향상시킨다.

제안 방법

ITO 기판은 UV/O₃ 표면 처리를 하였다. UV/O₃ 표면 처리는 Jeligh Company Inc.
UV/O₃ 표면 처리는 Jeligh Company Inc. UV/O₃-CLEANER(Model No. 42-220)를 사용하여 유기물을 증착하기 전에 ITO 기판을 30초, 60초, 120초 동안 표면처리를 하■여 비교하였다. UV/O₃ 표면 처리는 ITO 표면에 잔존해 있는 불순물을 제거하여 OLEDs 효율을 향상시킬 수 있기 때문이다.
모든 측정은 DC 전압에서 측정하였다. 본 실험에서 소자의 전압-전류 밀도 특성과 전압-휘도 특성은 JBS Inc.
식각시간은 15분으로 하였다. 식각과정이 끝난 ITO 기판은 증류수, Trichloroethylene, Aceton, Isopropyl alcohol, 증류수순서로 10분간 초음파 세척을 하였다.
본 실험에서 소자의 전압-전류 밀도 특성과 전압-휘도 특성은 JBS Inc. 의 IVLT System(Flat Panel Display Analysis System: Model No 200A-T)을 이용하여 상온에서 측정하였다.
표면 처리 시간을 6。초로 하여 음극을 A1 대신 Li:Al 합금으로 바꾼 후 소자를 제작하였다. 그 결과 음극변화에 따른 전압-전류 밀도, 전압-휘도 특성을 그림 3에 나타내었다.

대상 데이터

그리고 발광층으로 사용된 물질은 현재까지 개발된 물질 중 가장 발광 특성이 우수한 녹색 저분자 물질인 Tris-(8-hydroxy-quinoli-ne)- aluminium(Alq3)을 사용하였다. 그리고 ITO를 양극으로 사용하고 A1과 Li:Al을 음극으로 각각 사용하였다.
정공수송층으로 사용되는 a-NPD는 양극으로부터 정공의 주입을 원활하게 하므로 소자의 효율을 향상시킨다. 그리고 발광층으로 사용된 물질은 현재까지 개발된 물질 중 가장 발광 특성이 우수한 녹색 저분자 물질인 Tris-(8-hydroxy-quinoli-ne)- aluminium(Alq3)을 사용하였다. 그리고 ITO를 양극으로 사용하고 A1과 Li:Al을 음극으로 각각 사용하였다.
음극으로 사용된 A1과 Li:Ale 1200 A두께로 5시。-6 Torr 진공도에서 10 A/s의 증착 속도로 하였다. 발광면적은 9 顽의 크기로 하였다. 그림 1은 본 연구에 사용한 소자의 구조를 나타내고 있다.
본 실험에서 사용된 시료는 정공수송층으로 사용되는 대표적인 물질인 N, N'-Di(naphthalenT- yl)-N, N'-diphenyl-benzidine(a-NPD)를 사용하였다. 정공수송층으로 사용되는 a-NPD는 양극으로부터 정공의 주입을 원활하게 하므로 소자의 효율을 향상시킨다.
본 실험에서 사용한 ITO 기판은 0.7 T 두께이 고 유리기판 위에 형성된 ITO 박막의 평균 두께 는 1500 A이었으며 표면처리 이전의 표면 저항은 15 Q/ctf이었다. 소자 제작에 이용된 ITO 전극은 3 mm><3 mm의 선두께로 직접 patterning 하였다.
7 T 두께이 고 유리기판 위에 형성된 ITO 박막의 평균 두께 는 1500 A이었으며 표면처리 이전의 표면 저항은 15 Q/ctf이었다. 소자 제작에 이용된 ITO 전극은 3 mm><3 mm의 선두께로 직접 patterning 하였다. ITO patterning 방법은 염산과 질산을 3 : 1의 부피비로 혼합하여 발생하는 증기를 이용하여 원하는 부분을 제외한 나머지 ITO를 식각하였다.
의 Multi-evaporation System 사용하여 진공열 증착법(Thermal evaporation)으로 소자를 제작하였다. 소자구조는 ITO/a-NPD(400 A)/Alq3(600 A) /Al or Li:Al(1200 A)으로 구성하였다. 정공수송 층인 a-NPD의 박막두께는 400 A으로 일정하게 하고, 발광층으로 사용된 Alq3는 600 A두께로 약 1.

이론/모형

유기물 박막을 제작하는 방법으로는 JBS Inc. 의 Multi-evaporation System 사용하여 진공열 증착법(Thermal evaporation)으로 소자를 제작하였다. 소자구조는 ITO/a-NPD(400 A)/Alq3(600 A) /Al or Li:Al(1200 A)으로 구성하였다.

성능/효과

처리에 의한 OLEDs의 전압-전류 밀도 특성과 전압-휘도 특성을 그림 2에 나타내었다. 측정 결과, 그림 2(a)전압-전류밀도, (b) 전압-휘도 특성에서 알 수 있듯이, ITO 기판을 UV/03 처리시, UV/O₃ 처리하지 않은 경우보다 구동전압이 감소하고, 전류 밀도와 휘도가 증가하였다. ITO 기판의 UV/O₃ 표면 처리 시간이 60초일 때가 30초, 120초보다 특성이 좋아지는 것을 알 수 있다.
그 결과 음극변화에 따른 전압-전류 밀도, 전압-휘도 특성을 그림 3에 나타내었다. Al(4.3 eV)보다 일함수가 낮은 Li:Al(3.2 eV)을 사용할 경우 음극의 일함수가 낮아져 전자의 발광층 주입을 향상시켜 소자의 효율이 향상되었다.
ITO 기판의 UV/O₃ 표면처리 시간은 60초일 때 가장 좋은 특성을 나타내었다. UV/O₃ 표 면처리시간이 60초일 때, 최고 휘도가 779 cd/m2 으로서 UV/O₃ 처리하기 전에 비해 약 2.7배 상승하였고, 최고 발광 효율은 0.57 lm/W 이었다. ITO 기판의 UV/O₃ 표면 처리에 따라 OLEDs 효율이 향상되는 것은 UV/O₃ 표면 처리시 ' 발생하는 오 존(。3)과 ITO 표면의 화학결합이 탄소 불순물과 반응하면서 표면에 흡착되어 있던 탄소를 제거하여 일함수가 약간 증가하고, ITO 표면의。2 이온의 주입으로 전하 밀도가 감소하여 ITO 표면의 전도도를 감소시킨다.
이로 인해 정공주입이 증가하여 발광효율이 좋아지게 되었다⑻. 또한 음극을 AK4.3 eV)대신 일함 수가 낮은 Li:Al(3.2 eV)을 사용한 경우 최고 휘도가 약 1.4배 증가하였고, 소자의 구동전압이 3 V정도 감소하였다. 이것은 일함수가 낮은 Li:Ale 전극에서 유기물까지 전자의 주입을 원활하게 이루어졌기 때문에 효율이 향상된 것으로 생각된다.
표면처리를 60초 하였을 때, 음극을 A1과 Li:Al 합금을 사용한 소자의 효율을 그림 4에 나타내었다. 먼저 ITO 기판을 UV/O₃ 표면 처리를 60초 했을 때, 효율은 UV/O₃ 표면 처리 하지 않았을 때보다 효율이 1.5배 정도 향상되었 고, 음극을 A1 대신 Li:Al 사용하였을 때 소자의 효율은 2배 정도 향상되었음을 알 수 있었다.
첫째, 전극물질의 개발 및 전극의 표면처리에 의하여 OLEDs의 효율 향상이 가능하다. 음극은 일함수가 작은 Ca(2.

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상세보기
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상세보기
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