[논문]유기발광 소자에서 유기층의 두께 및 증착속도 변화에 따른 전기적 특성

이영환; 김원종; 양재훈; 신종열; 김태완; 홍진웅

doi:10.4313/jkem.2006.19.4.362

유기발광 소자에서 유기층의 두께 및 증착속도 변화에 따른 전기적 특성
Electrical Characteristics on the Variation of Thickness and Deposition Rate in Organic Layer of OLEDs 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.19 no.4, 2006년, pp.362 - 366

이영환 (광운대학교 전기공학과) , 김원종 (광운대학교 전기공학과) , 양재훈 (광운대학교 전기공학과) , 신종열 (삼육대학교 자동차과) , 김태완 (홍익대학교 물리학과) , 홍진웅 (광운대학교 전기공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

OLEDs(Organic Light Emitting Diodes) are attractive as alternative display components because of their relative merits of being self-emitting, having large intrinsic viewing angle and fast switching speed. But because of their relatively short history of development, much remains to be studied in terms of their basic device physics and design, manufacturing techniques, stability and so on. We investigated electrical properties of N, N-diphenyl-N, N bis (3-methyphenyl-l,1'-biphenyl-4,4'-diamine (TPD) and tris-8-hydroxyquinoline aluminum$(Alq_3)$ when their thicknesses were changed variedly from 3:7 to 5:5 of their thickness ratios. And we also studied properties of OLED depend on their deposition rate between $0.05{\sim}0.2$ nm/s.

주제어

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문제 정의

미흡한 실정이다[7]. 이에 본 논문에서는 효율적인 특성을 얻기 위하여 발광층과 정공 수송층의 두께를 다양하게 변화시킴으로서 전자와 정공의 이동에 적절한 두께를 확인하여 이를 바탕으로 유기물의 증착속도를 변화시켜서 이에 따른 전기적 특성과 광학적 특성을 살펴보았다[8].

제안 방법

유기물은 먼저 Alqa의 증착속도가 0.15 wm/s일 때 우수한 특성을 나타낸다는 보고에 [11] 따라 Alq3의 증착속도를 0.15 nm/s로 고정하고 TPD의 증착 속도를 약 0.05~0.20 nm/s으로 0.05 nm/s 씩 증가시켜 실험하였고, A1 은 0.1 〜 1.0 nm/s의 속도로 각각 5xl0-6 Torr 이하의 진공도에서 시료를 제작하였다. 이 때 유기물의 두께는 두께 변화에 따른 실험을 토대로 TPD와 Alq3의 두께를 40 nm:60 nm하여 소자를 제작하였다.

대상 데이터

본 실험에서 양(+)극으로는 S사의 〜15 Q/□의표면 저항과 170 nm 두께의 ITO 기판을 염산과 질산을 3:1의 비율로 혼합하여 active area를 제외한 부분을 식각하여 사용하였다. 그 후 ITO를 클로로포름으로 세척한 후 과산화수소, 암모니아, 증류수를 1:1:5의 비율로 섞은 용액 속에 기판을 넣고 70 - 80 °C의 온도에서 1시간 가열하고 다시 클로로포름, 메틸알코올, 증류수의 순서로 약 50 °C 의 온도에서 20분.
A1 을 증착시키기 위해 사용되는 텅스텐 보트는 실험 전에 아세톤과 알코올을 1:1의 비율로 섞은 용액에 50 °C의 온도에서 20분간 초음파 세척하여 건조한 후 사용하였다. 실험에 사용한 유기물 TPD와 Alq3는 T 사의 제품을 사용하였다.
유기발광 소자의 전기 적 특성 을 조사하기 위 하여 그림 1과 같은 소자를 준비하였고 이 때 TPD 와 Alq3의 두께는 각각 30 nm:70 nm, 40 nm:60 nm, 50 nm:50 nm로 소자를 제작하였다[9, 10]. 유기물은 먼저 Alqa의 증착속도가 0.
0 nm/s의 속도로 각각 5xl0-6 Torr 이하의 진공도에서 시료를 제작하였다. 이 때 유기물의 두께는 두께 변화에 따른 실험을 토대로 TPD와 Alq3의 두께를 40 nm:60 nm하여 소자를 제작하였다.
제작된 소자는 source measure unit으로는 Keithley 236을 사용하였으며 Keithley 617 electro- meter로 휘도 및 전류를 측정하였다. 그리고 전압, 전류 등은 기기 제어 프로그램인 Test Point로 측정하였다.

데이터처리

휘도 및 전류를 측정하였다. 그리고 전압, 전류 등은 기기 제어 프로그램인 Test Point로 측정하였다.

이론/모형

TPD와 Alq3의 두께가 40 nm:60 nm 일 때 가장 높은 전류밀도가 나타남을 확인할 수 있었다. 이 때 전류밀도와 전압 특성 J- V 는 Fowler-Nordheim 터널링 이론에 적용하여 이해할 수 있다[12, 13]. 전극으로부터의 터널링 이론은 전계 E와 전위장벽높이 0 의 작용으로 식 (1)과 같이 표현할 수 있다.

성능/효과

(1) 두께 변화에 따른 전류밀도 특성은 TPD와 Akj3의 두께가 40 nm:60 nm일 때 가장 높은 값을 나타냈으며, 휘도도 TPD와 Alq3의 두께가 각각 40 nm:60 nm일 때 가장 우수한 특성을 가진다는 것을 확인하였다.
(2) TPD와 A03의 증착 속도 변화에 따른 전류밀도의 특성은 TPD와 Alq3의 증착 속도가 각각 0.15 nm/s일 때 가장 높은 값을 나타냄을 확인하였고, 휘도 특성에서도 증착 속도가 0.15 nm/s일 때 우수함을 확인하였다.
(3) TPD와 Alq3의 증착 속도 변화에 따른 외부양자 효율 특성과 발광 효율 특성도 증착 속도가 각각 0.15 nm/s일 때 가장 우수한 특성이 나타남을 확인하였다.
계속적으로 전압이 증가하면 전자와 정공이 만나 재결합을 하면서 발광할 때 전류는 다시 감소하게 되고, 그후 전압의 증가에 따라 전류는 다시 상승하여 최대값을 나타내다가 10 V 이후에서 소자는 손상이 된다. TPD와 Alq3의 두께가 40 nm:60 nm 일 때 가장 높은 전류밀도가 나타남을 확인할 수 있었다. 이 때 전류밀도와 전압 특성 J- V 는 Fowler-Nordheim 터널링 이론에 적용하여 이해할 수 있다[12, 13].
이러한 이유로 일정 전압 이상에서 전류밀도의 증가에 따라 발광 효율이 감소하는 것이다. TPD의 증착속도와 Alq3의 증착속도가 각각 0.15 nm/s일 때 다른 소자에 비해 높은 효율을 갖는다는 것을 알 수 있었다.
약 2 V에서부터 전류밀도가 증가하다가 다시 감소하였으며, 6 V 이후에서 매우 크게 증가하였다. 또한, 같은 전압에서는 TPD와 Alq3의 증착속도가 각각 0.15 nm/s일 때 전류밀도가 가장 큰 값을 가짐을 알 수 있었다.
15 nm/s일 때 같은 전압 조건에서의 휘도 특성은 8.25 V에서 다른 소자에 비해 높은, 625 cd/n?를 얻어 우수한 특성을 가짐을 알 수 있었다.

참고문헌 (13)

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W. J. Kim, Y. H. Lee, J. H. Yang, T. Y. Kim, T. W. Kim, and J. W. Hong, 'Electrical characteristics and luminous efficiency of OLEDs depending on hole injection layer', ME&D-16, p. 85, 2005
C. W. Tang, 'An overview of organic electroluminescent materials and devices', SDI 96 DIGEST, 1996
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S. K. Kim, J. W. Hong, and T. W. Kim, 'Current voltage characteristics of organic light emitting diodes with a variation of temperature', Trans. KIEE., Vol. 51-C-7, 2002
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J. R. Barker, 'Non-equilibrium quantum transport in finite device structures in the presence of non-self-averaged atomistic impurity scattering', Semicond. Sci. Tech., Vol. 19, No.4, p. S56, 2004

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