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문제 정의
- 본 연구에서는 ITO/PEDOT:PSS/(PVK)/PFO: MEH-PPV/LiF/Al 의 구조를 갖는 PLED 소자를 제작하여 정공 주입층인 PEDOT:PSS의 두께 변화와 정공 수송층인 PVK층의 도입에 따른 소자의 전기 .광학적 특성을 비교, 조사하였다.
제안 방법
- 본 연구에서는 ITO/PEDOT:PSS/PFO:MEH-PPV/ LiF/Al구조를 갖는 PLED 소자를 제 작하여 정 공주입층 (hole injection layer, HIL)으로 사용된 PEDOT:PSS (poly(3, 4-ethylene dioxythiophene): poly(styrene sulfbkiate))'“")의 두께 변화에 따른 PLED 소자의 전기 . 광학적 특성을 관찰하였다.
- ITO/glass 기판을 아세톤 (acetone), 메탄올 (methanol), D.I Water, 이소플로필 알코올(isopropyl alcohol)을 사용하여 1차 초음파 세정을 실시 한 후 photolithography 공정 을 통하여 ITO 투명전극을 2mmx2mm 크기로 패터닝을 하였다. 패터닝 된 ITO/glass 기판위에 남아 있는 이온 등의 미세 불순물을 제거 하기 위하여 반도체 공정 에 주로 사용되는 SC-1 (H2O2:NH4OH:D.
- 제작된 PLED 소자의 두께 는 a-step surface profiler# 이 용하여 측정 하였고, 전기 . 광학적 특성은 Polaronix M6100 IVL test system과 CS-1000 spectro radiometer를 이용하여 각각 조사하였다.
- 소자의 전기 . 광학적 특성을 관찰하였다. 또한 ITO/PEDOT:PSS/PVK/PFO:MEH-PPV/LiF/Al 구조의 소자를 제작하여 PVK(N-vinylcabozole)12, 13) 정 공 수송층 (hole transport layer, HTL)의 유, 무에 따른 전기 .
- 이러한 결과는 정공 주입 층의 두께가 감소할수록 ITO 전극에서 발생한 정공이 보다 쉽게 발광막으로 전달되기 때문이다. Spin-coater의 회전수가 6000 rpm 이상에서의 PEDOT:PSS의 두께는 거의 변화가 없었고 약 50 nm의 정공주입층 두께에서 가장 우수한 전기, 광학적 특성을 나타내었다.
- .광학적 특성을 비교, 조사하였다. PEDOT:PSS 정공 수송층의 두께가 얇아질수록 정공의 주입 특성이 향상되어 소자의 저류밀도와 휘도 특성은 크게 개선 되었다.
- 정공 주입층의 두께 변화에 따른 PLED 소자의 전기 . 광학적 특성을 비교하기 위하여 PEDOT:PSS 을 50, 55, 60, 70, 80 nm로 버}막 두께를 다르게 하여 소자를 제 작하였다. PFO:MEH-PPV 발광층은 60 nm, LiF 전자 수송증은 1 nm 그리고 음극인 A1 은 120 nm로 각각 증착하였다.
- 본 연구에서는 PVK 정공 수송 층의 유, 무에 다른 PLED 소자의 전기 .광학적 특성을 조사하고, 전류효율 및 전력효율을 계산하여 정공 수송층의 도입 이 PLED 특성에 미치는 영향에 대하여 비교, 분석하였다.
- 또한 ITO/PEDOT:PSS/PVK/PFO:MEH-PPV/LiF/Al 구조의 소자를 제작하여 PVK(N-vinylcabozole)12, 13) 정 공 수송층 (hole transport layer, HTL)의 유, 무에 따른 전기 . 광학적 특성을 조사하여 다층 구조에서 정공 주입층과 수송층이 소자의 휘도 및 효율에 미치는 영향에 대하여 비교, 분석하였다.
- 실험에 사용된 모든 고분자 유기물은 spin-coating 법으로 박막을 형성하였다. 또한 ITO 투명전극과 유기물간의 계면 접합력을 향상 시 키 기 위하여 O2 gas를 이용하여 40 mtorr 압력 에서 100 watt 전력의 RF 강도로 30초간 ITO 전극 표면에 대해 plasma 처 리를 실시하였다. 정공 주입 층으로는 PEDOT:PSS 고분자 물질을 사용하였으며, 스핀코팅 회 전수를 2000~6000 rpm으로 변화 시 켜 약 50-80 nm의 다양한 두께의 정 공 주입 층 막을 형 성 하였다.
- 1 wt% 농도의 PVK 용액을 제조한 후 3000 rpm으로 20초간 spincoating하여 박막을 형성하였다. 또한 발광증 (emission later, EML)으로는 PFO-poss를 호스트 (host)로D), MEH-PPV를 게스트 (guest)로成 모두 톨루엔 (toluene)을 사용하여 고분자 용액을 제조하였으며 3000 rpm으로 20초간 spin-coating 하여 발광층을 형성하였다. 유기 박막은 산소와 수분에 취약하여 대기에 노출 시 소자의 특성 저하를 초래할 수 있다.
- 전류 효율은 제작된 소자에서 유효효율을 계산하기 위하여 휘 도가 약 100 cd/m2 이상에서 계산하였다. 또한 전류 효율은 아래 식(1) 식에 의하여 계산되었다.
- 이러한 외부환경의 영향을 최소화하기 위하여 모든 유기 박막은 N2 글로브 박스 안에서 박막을 형성하였다. 전자 주입층(electron injection layer, EIL) 및 버퍼증(bufkr layer)으로 LiF를, 음극으로 Al을 진공 열 증착(thermal evaporation)법으로 증착하여 다층구조의 PLED 소자를 제작하였다.
대상 데이터
- 광학적 특성을 비교하기 위하여 PEDOT:PSS 을 50, 55, 60, 70, 80 nm로 버}막 두께를 다르게 하여 소자를 제 작하였다. PFO:MEH-PPV 발광층은 60 nm, LiF 전자 수송증은 1 nm 그리고 음극인 A1 은 120 nm로 각각 증착하였다.
- 일반적으로 정공수송층의 도입은 정공 주입층과 발광층 사이의 에너지 장벽을 낮추어 정공 주입효율의 증대를 가져올 수 있다. 본 연구에서는 PVK 정공 수송 층의 유, 무에 다른 PLED 소자의 전기 .광학적 특성을 조사하고, 전류효율 및 전력효율을 계산하여 정공 수송층의 도입 이 PLED 특성에 미치는 영향에 대하여 비교, 분석하였다.
- 또한 ITO 투명전극과 유기물간의 계면 접합력을 향상 시 키 기 위하여 O2 gas를 이용하여 40 mtorr 압력 에서 100 watt 전력의 RF 강도로 30초간 ITO 전극 표면에 대해 plasma 처 리를 실시하였다. 정공 주입 층으로는 PEDOT:PSS 고분자 물질을 사용하였으며, 스핀코팅 회 전수를 2000~6000 rpm으로 변화 시 켜 약 50-80 nm의 다양한 두께의 정 공 주입 층 막을 형 성 하였다. PEDOT:PSS는 내 화학성 이 우수하여 박막이 유기 용매에 쉽게 손상되지 않는 특성을 가지고 있으며, 표면 거칠기 (surface roughness)를 개선시켜 ITO 투명 전극과 유기 박막 간의 접합을 용이하게 할 수 있다.
- 보여준다. 정공 주입층인 PEDOT:PSS는 최적화 두께인 50 nm로 코팅 하였으며 정 공 수송층으로 사용된 PVK 물질의 두께는 약 30 nm를 나타내었다. 일반적으로 정공수송층의 도입은 정공 주입층과 발광층 사이의 에너지 장벽을 낮추어 정공 주입효율의 증대를 가져올 수 있다.
이론/모형
- 약 90% 이상 이다. 실험에 사용된 모든 고분자 유기물은 spin-coating 법으로 박막을 형성하였다. 또한 ITO 투명전극과 유기물간의 계면 접합력을 향상 시 키 기 위하여 O2 gas를 이용하여 40 mtorr 압력 에서 100 watt 전력의 RF 강도로 30초간 ITO 전극 표면에 대해 plasma 처 리를 실시하였다.
성능/효과
- 광학적 특성을 비교, 조사하였다. PEDOT:PSS 정공 수송층의 두께가 얇아질수록 정공의 주입 특성이 향상되어 소자의 저류밀도와 휘도 특성은 크게 개선 되었다. 또한 정 공 수송층인 PVK layer를 도입함으로써 전기 .
- 즉, PVR 정 공 수송 층을 도입 한 PLED 소자에서 최대 전류밀도와 휘도는 268 mA/cm2 와 540 cd/m2 (at 12V)의 값을 각각 나타내 었다. PVK 정공 수송층이 도입 되지 않은 소자의 최대 전류밀도와 휘도는 236 mA/cm2, 450 cd/m2(at 12V) 의 값으로 PVK 정공 수송층을 도입한 경우 전류밀도는 약 14%, 휘도는 약 22% 특성이 향상됨을 알 수 있다. 이러한 사실은 PVR 정공 수송층의 도입으로 인하여 PFO:MEH-PPV 발광층 내부로 정공의 원활한 주입이 이루어졌기 때문이다.
- PVK 정공 수송층이 도입 된 PLED 소자의 최대전류 효율은 0.96 cd/A (at 8V)로 PVK 가 도입되지 않은 0.52 cd/A (at 8V)에 비하여 효율이 약 45% 정도 더 높게 나타났다. 그러나 그림에서 보여지듯이 PVK 정 공 수송층의 유, 무에 상관없이 전압의 증가에 따라 효율은 지속적으로 감소한다.
- 이러한 결과는 정공 주입 층의 두께가 감소할수록 ITO 전극에서 발생한 정공이 보다 쉽게 발광막으로 전달되기 때문이다. Spin-coater의 회전수가 6000 rpm 이상에서의 PEDOT:PSS의 두께는 거의 변화가 없었고 약 50 nm의 정공주입층 두께에서 가장 우수한 전기, 광학적 특성을 나타내었다.
- 제작된 소자는 PEDOT:PSS의 두께 변화와 상관없이 전류와 휘도는 7V에서 turn-on되기 시작하였다. 또한 PEDOT: PSS의 두께가 감소할수록 전류밀도는 향상되 었으며., 휘도 역시 전류밀도에 비례하여 증가하는 경향을 보여주었다.
- 광학적 특성 및 효율의 향상이 이루어 졌다. 이는 PVK 정공 수송층으로 인하여 정공주입층과 발광층사이의 에너지 장벽을 낮추고 전자 억제층 역할을 함으로써 PLED 소자의 특성을 개선시킬 수 있었다.
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