[논문]혼합된 정공 수송 층을 이용한 유기발광소자의 효율 및 수명 개선

서지현; 박정현; 박일흥; 김준호; 김영관

doi:10.4313/jkem.2007.20.3.257

혼합된 정공 수송 층을 이용한 유기발광소자의 효율 및 수명 개선
Improved Efficiency and Lifetime for Organic Light-emitting Devices based on Mixed-hole Transporting Layer 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.20 no.3, 2007년, pp.257 - 262

서지현 (홍익대학교 정보디스플레이학과) , 박정현 (홍익대학교 정보디스플레이학과) , 박일흥 (홍익대학교 정보디스플레이학과) , 김준호 (홍익대학교 전자공학과) , 김영관 (홍익대학교 정보디스플레이학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Organic light-emitting diodes (OLEDs) with the high efficieney and long lifetime are of growing interest in next-generation displays. Among the factors influencing OLEDs properties, one of unstable factor is $Alq_3$ cationic species caused by the excess holes resided in $Alq_3$ layer. Therefore, we suppressed the accumulation of excess holes by using the mixed-hole transporting layer (MHTL) of NPB and CBP in multilayer green OLEDs. The devices with MHTL showed improved characteristics in the luminous efficiency and lifetime. More characteristics and the carrier transport mechanism will be discussed.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이 같은 경향은 그림 2(b)에서 전류 밀도가 증가함에 따라 24 %의 큰 감소를 보이는 발광 효율을 통해 알 수 있으며, 그림 4에서도 확인되어진다. 그러므로 본 연구에서는 높은 효율과 동시에 장 수명의 소자를 제작하기 위하여 적절한 양의 CBP를 NPB와 혼합하였다.
먼저, CBP가 소자의 전류 흐름에 어느 정도의 영향을 미치는가에 대하여 확인해 보았다. 그림 2는 소자의 혼합된 정공 수송 층 (Mixed-HTL)을 대신하여 순수한 NPB와 CBP를 각각 삽입한 소자의 전기적 특성을 나타내었다.
본 논문에서는 효율적인 OLED 특성을 얻기 위하여, 기존의 정공 수송 재료와 넓은 에너지 밴드를 갖는 재료가 다양한 비율로 혼합된 정공 수송층을 사용하였고, 그에 따른 전기적 특성을 살펴보았다.
본 연구에서는 고효율 및 장수명의 유기 전기발광 소자를 구현하기 위해 혼합된 정공 수송 층을 사용하여 녹색 발광의 소자를 제작하였다. 이에 따라 혼합된 정공 수송 층 내 각 물질의 혼합 비율이 1:1일 때 높은 효율과 수명을 동시에 만족시키는 소자를 얻을 수 있었다.
(。2 Plasma) 처리를 하였다. 이는 ITO의 표면 전위와 정공 수송 층의 표면 전위가 가능한 한 최대로 근접한 값을 갖게 함으로써 양극(Anode)으로 사용되는 ITO에서 유기물로 정공이 보다 원활하게 주입될 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

제안 방법

또한 각 소자의 열화정도는 Keithley 236을 통해 일정한 전류를 인가함과 동시에 실리콘 다이오드로 제작된 SI440-UV와 Keithley 617을 사용하여 시 간의 흐름에 따른 Photocurrent 변화를 관찰함으로서 비교되었다. 그 밖에, 소자의 전기 발광 스펙트럼 역 시 Keithley 236을 통한 12 V의 인가전압하에 Perkin Elmer사의 LS 501 Luminescence Spectrometer를 사용하여 각각 측정되었다.
제작된 소자의 발광 부분을 휘도계인 Minolta CS100과 잘 일치하도록 고정시킨 후, ITO 전극에는 양극 단자를 연결시키고 A1 전극에 음극 단자를 연결시켜 0 V부터 14 V까지 인가된 전압을 통해 그에 따른 전류밀도와 휘도 빛 발광 효율을 얻을 수 있었다. 또한 각 소자의 열화정도는 Keithley 236을 통해 일정한 전류를 인가함과 동시에 실리콘 다이오드로 제작된 SI440-UV와 Keithley 617을 사용하여 시 간의 흐름에 따른 Photocurrent 변화를 관찰함으로서 비교되었다. 그 밖에, 소자의 전기 발광 스펙트럼 역 시 Keithley 236을 통한 12 V의 인가전압하에 Perkin Elmer사의 LS 501 Luminescence Spectrometer를 사용하여 각각 측정되었다.
0 A/s로 조절하였고 유기물 전체 박막의 균일도는 ±5 % 범위 내에서 제어하였다. 또한 소자 내 두 가지 종류로 혼합된 유기 박막은 두 개의 서로 다른 두께조절 모니터를 사용하여 각각의 증착 속도를 제어함으로써 원하는 혼합 비율로 형성되었다. 반면 금속의 증착 속도는 유기물 내 금속 입자의 확산을 방지하기 위해 ~10 nm 두께까지 0.
Alq3는 전자 수송 층 및 발광 층으로 사용되었고 Liq는 전자주입 층으로 사용되었다. 정공 수송 층(HTL)은 NPB 를 사용하였으나, 일부분에 낮은 HOMO (High Occupied Molecular Orbital)값을 갖는 CBP를 발광 층에 인접하여 15 nm 영역에 다양한 비율로 혼합함으로서 혼합된 정공 수송 층(Mixed-HTL)을 구성하였다. 이는 NPB와 CBP 계면의 높은 에너지장벽을 이용하여 정공의 흐름을 조절하기 위해 제안된 구조이다.
이는 NPB와 CBP 계면의 높은 에너지장벽을 이용하여 정공의 흐름을 조절하기 위해 제안된 구조이다. 혼합된 정공 수송층에 사용된 NPB와 CBP는 각각 1:0, 4:1, 1:1, 1:4, 0:1 의 혼합 비율로 변화시켰으며, 그에 따른 소자의 전기적 특성을 측정하였다.

대상 데이터

기판 표면에 있는 불순물과 미립 물질은 증착된 유기물을 변형시키고 ITO/유기물 계면의 특성을 저하시킴에 따라 전압 인가 시 불순물이 타버리거나 부분적 또는 전체적으로 발광이 일어나지 않는 현상을 초래한다. 따라서 실험에 사용된 기판은 유기물 증착에 앞서 기판에 남아 있는 유기물질과 이온 물질 및 금속 물질 등의 불순물을 제거하기 위하여 아세톤 (Acetone), 메틸 알코올(Methyl alcohol), 이차 증류수 (Secondary Distilled Water)에 각각 15분씩 초음파 세척하였고 이 같은 세정단계를 거쳐 이소-프로필 알코올 (Iso-propyl Alcohol)에 보관하였다[11].
유리 위에 하부전극인 ITO (Indium-Tin-Oxide)가 코팅된 기판이 사용되었다. 제작된 유리 기판은가로, 세로 크기가 각각 20 X 20 mm이고 두께는 0.

이론/모형

제작된 유기 발광 소자의 I-V-L 값은 Keithley 236을 이용하여 측정되었다. Keithley 236은 전압을 단계적으로 인가할 수 있는 장치이다.

성능/효과

이를 통해각 소자의 열화 정도를 비교할 수 있었다. 그 결과 NPB와 CBP의 혼합 비율이 1:1일 때 가장 뛰어난 수명을 나타내었다. 이는 NPB와 CBP를 1:1로 혼합함에 따라 NPB와 CBP 계면에서 줄 열을 야기시키는 축적된 정공의 양과 발광 층에서 OLED의 열화 메카니즘에 중요한 역할을 하는 Alqf 이온의 양이 동시에 적절히 감소되었기 때문이다.
3 eV로 낮기 때문에 NPB로 주입된 정공의 흐름은 CBP와의 계면에서 억제 될 것이다. 따라서 발광층인 Alq3에 도달하는 전자와 정공의 양이 균형을 이룰 것이라고 예측할 수 있었다.
이는 CBP 농도가 커짐에 따라 정공과 전자의 이동도가 균형을 이루어 발광 층에서의 높은 재결합 확률을 얻을 수 있고, Alq/ 이온 생성이 억제되기 때문이다. 따라서 소자의 발광 효율과 전력 효율 역시 CBP의 양이 증가함에 따라 20 mA/cmM 전류 밀도를 기준으로 3.83 cd/A (2.19 lm/W), 4.03 cd/A(2.30 lm/W), 4.64 cd/A (2.65 lm/噸)로 증가하였으며, 전류밀도 증가에 따른 소자의 발광 효율이 비교적 안정함을 알 수 있었다.
그림 2는 소자의 혼합된 정공 수송 층 (Mixed-HTL)을 대신하여 순수한 NPB와 CBP를 각각 삽입한 소자의 전기적 특성을 나타내었다. 그림 2(a)에 나타낸 바와 같이 각각의 소자는 14 V에서 772 mA/cmz, 349 mA/cmM 전류 밀도를 가지며, 그림 2(b)에 나타낸 바와 같이 각각 20 mA/cn?의 전류 밀도를 기준으로 3.76 cd/A, 5.05 cd/A의 발광 효율을 나타내었다’ 또한, 전력 효율 역시 각각 1.92 lm/W, 2.11 lm/W로 순수한 CBP를 사용한 소자가 더 우수한 것을 확인할 수 있었다. 이는 앞서 예상한 바와 같이 낮은 HOMO 값을 갖는 CBP가 소자에 삽입됨에 따라 NPB와 CBP 계면에서 정공의 이동이 억제되어 소자 전체에 흐르는 전류 밀도가 현저히 감소하게 되는 것이고, 그에 따라 전류 대비 휘도를 나타내는 발광 효율은 증가하게 되는 것이다.
이에 따라 혼합된 정공 수송 층 내 각 물질의 혼합 비율이 1:1일 때 높은 효율과 수명을 동시에 만족시키는 소자를 얻을 수 있었다. 그 때의 소자는 20 mA/cn?의 전류말도에서 4.
Keithley 236은 전압을 단계적으로 인가할 수 있는 장치이다. 제작된 소자의 발광 부분을 휘도계인 Minolta CS100과 잘 일치하도록 고정시킨 후, ITO 전극에는 양극 단자를 연결시키고 A1 전극에 음극 단자를 연결시켜 0 V부터 14 V까지 인가된 전압을 통해 그에 따른 전류밀도와 휘도 빛 발광 효율을 얻을 수 있었다. 또한 각 소자의 열화정도는 Keithley 236을 통해 일정한 전류를 인가함과 동시에 실리콘 다이오드로 제작된 SI440-UV와 Keithley 617을 사용하여 시 간의 흐름에 따른 Photocurrent 변화를 관찰함으로서 비교되었다.
코팅된 기판이 사용되었다. 제작된 유리 기판은가로, 세로 크기가 각각 20 X 20 mm이고 두께는 0.5 mm이었으며, 100 nm의 두께로 코팅된 ITO는 30 Q/sq의 표면 저항과 2 nm의 평균 거칠기 (Root Mean Square) 특성을 가졌다. 기판의 표면상태는 증착된 박막의 특성에 커다란 영향을 미친다.

참고문헌 (11)

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T. P. Nguyen, L. P. Rendu, and N. N. Dinh, 'Thermal and chemical treatment of ITO substrates for improvement of OLED performance', Synth. Met., Vol. 138, p. 229, 2003

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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