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문제 정의
- 연구에서는 고휘도 녹색 PhOLED를 개발하기 위해 소자 구조를 ITO/2-TNATA(400Å)/NPB(200Å)/TCTA (70Å)/CBP(200Å):7%Ir(ppy)3/BCP(40Å)/ETL(300Å)/ LiF(10Å)/Al로 설계·제작하고 그 전계발광 특성을 평가하였다.
제안 방법
- 이 후 초음파를 이용한 화학적 세정을 실시하고 건조 후 플라스마 처리실로 옮겨 O2/ Ar = 2/1 혼합가스를 이용하여 150W RF-전력 조건으로 2분간 플라스마 표면처리 공정을 실시하였다. 기판의 플라스마 처리는 유기물 증착 전 기판상에 생길 수있는 오염을 제거하고 유기물과 ITO사이의 계면 접착력을 향상시키며 ITO의 일함수를 증가시켜 양극으로 부터 정공주입층으로 정공의 주입장벽을 낮추는 기능을 제공한다. 유기물 증착과 음극전극을 위한 금속물 증착과정은 5 × 10-8 Torr 이하의 고진공 상태에서 insitu 방식으로 증착되었으며, 증착장비는 SUNICEL PLUS 200을 사용하였다.
- 다음으로 정공차단층과 전자수송층으로 BCP와ETL을 각각 40Å과 300Å 두께로 증착한 후, 시료를 금속 증착실로 옮겨 LiF와 Al을 각각 10Å과 1200Å 두께로 진공 증착하여 음극 전극을 형성하였다.
- 다음으로, 전자차단층 및 엑시톤 보호층으로 70Å 두께의 TCTA를 형성하였다.
- 본 실험에서는 CBP:7%Ir(ppy)3발광층을 기반으로 하여 Alq3[aluminum tris-(8-hydroxyquinoline](범용 물질)와 SFC137[proprietary material coded by SFC Co] (신규 물질)을 전자수송층으로 사용하고, 발광층과 정공수송층 사이에 전자차단 및 엑시톤 보호층으로 TCTA[4,4',4"-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine]를, 발광 층과 전자수송층 사이에 정공차단층으로 BCP[2,9- dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline]를 설치한 ITO/2TNATA/NPB/TCTA/CBP:7%Ir(ppy)3/BCP/ETL(Alq3 or SFC137)/LiF/Al 구조의 녹색 인광소자를 제작하고 이들의 전계 발광 특성을 평가하였다.
- 외부의 빛을 차단할 수 있는 암실에서 Polaronix M6100 테스트 장치와 CS-1000 분광복사계(spectro radiometer)를 이용하여 J-V-L(current density-voltageluminance), EL spectral 분포 및 CIE(Commission Internationale de I'Eclairage) 색 좌표를 측정하였다.
- 유리 기판 상에 ITO(sheet resistance: 10Ω/□)를 코팅하고 photolithography공정을 통해 양극 전극을 패터닝(patterning)하였다. 이 후 초음파를 이용한 화학적 세정을 실시하고 건조 후 플라스마 처리실로 옮겨 O2/ Ar = 2/1 혼합가스를 이용하여 150W RF-전력 조건으로 2분간 플라스마 표면처리 공정을 실시하였다.
- 유리 기판 상에 ITO(sheet resistance: 10Ω/□)를 코팅하고 photolithography공정을 통해 양극 전극을 패터닝(patterning)하였다. 이 후 초음파를 이용한 화학적 세정을 실시하고 건조 후 플라스마 처리실로 옮겨 O2/ Ar = 2/1 혼합가스를 이용하여 150W RF-전력 조건으로 2분간 플라스마 표면처리 공정을 실시하였다. 기판의 플라스마 처리는 유기물 증착 전 기판상에 생길 수있는 오염을 제거하고 유기물과 ITO사이의 계면 접착력을 향상시키며 ITO의 일함수를 증가시켜 양극으로 부터 정공주입층으로 정공의 주입장벽을 낮추는 기능을 제공한다.
대상 데이터
- 박막 공정으로는 먼저 정공주입층으로 400Å 두께의 2TNATA[4,4',4"-tris(2-naphthylphenyl-phenylamino)- triphenyl]를 증착한 후 정공수송층으로 200Å 두께의 NPB[N,N'-bis(1-naphthyl)-N, N'-diphenyl-1,1'-bipheny 4,4'-diamine]를 순차적으로 증착하였다.
- /BCP(40Å)/ETL(300Å)/ LiF(10Å)/Al로 설계·제작하고 그 전계발광 특성을 평가하였다. 실험 소자에서 TCTA는 발광층을 지나 양극으로 이동하는 전자를 속박하고 Ir(ppy)3 삼중항 엑시 톤의 확산 손실을 방지하는 보호층으로 사용되었다. 또한, 전자수송층의 재료가 소자 성능에 미치는 영향을 알아보기 위해 ETL로 기존의 Alq3와 신규 물질인 SFC137을 사용하여 소자를 제작하고 전계발광 특성을 비교해본 결과, SFC137을 ETL로 사용한 소자가 휘도, 효율 안정성 및 색도 등에서 종합적으로 전계발광 특성의 개선을 나타내었다.
- 제작된 소자는ETL로 사용된 재료(Alq3 or SFC137) 에 따라 두 종류로 구분되며, 단면구조와 레이아웃 (layout)을 Fig. 1에 나타내었다. Fig.
성능/효과
- 4의 그래프에서 두 소자의 효율 특성을 비교하여 보면, 5,000 ~ 10,000 cd/m2의 범위에서 거의 비슷한 전류효율을 보이다가 휘도가 높아질수록 SFC137을 ETL로 사용한 소자가 더 안정된 효율 감소 특성을 나타내고 있다. 10,000 cd/m2 휘도 상태에서 전류효율은 두 시료에서 12.6 cd/A로 나타났으며, SFC137을 ETL로 사용한 소자의 최대 전류효율은 1800 cd/m2휘도 조건에서 18.2 cd/A로 나타났다. Alq3를 ETL로 사용한 소자의 경우 최대 전류효율 같은 휘도에서 15.
- CIE를 통한 색 순도는 두 시료에서 비슷하게 나타났 으나, 전계발광 스펙트럼에서 진녹색의 중심파장과 상대적으로 좁은 FWHM을 고려할 때 발광 색상에 있어서도 ETL 재료로서 SFC137의 우수성을 확인할 수 있 었다. 결과적으로, 녹색 인광소자 제작에서 전자수송층으로 기존의 Alq3 대신SFC137을 사용한 소자는 휘도, 효율 안정성 및 색도 등에서 전계발광 특성의 종합적 개선을 가져왔다.
- 를 기반으로 한 녹색 인광소자에서 보고된 휘도로서는 매우 높은 값의 하나로 평가된다. SFC137을 ETL로 사용한 시료의 우수한 전계발광 특성은 소자구조 설계에서 발광층과 정공수송층 사이에 TCTA 보호층을 두어 Ir (ppy)3삼중항 엑시톤을 효과적으로 보호하고, 기존의 Alq3 보다 높은 전자 이동도와 음극으로부터 낮은 주입 장벽을 제공하는 신규 전자수송층을 적절히 적용하여 얻어지는 것으로 판단된다.
- CIE를 통한 색 순도는 두 시료에서 비슷하게 나타났 으나, 전계발광 스펙트럼에서 진녹색의 중심파장과 상대적으로 좁은 FWHM을 고려할 때 발광 색상에 있어서도 ETL 재료로서 SFC137의 우수성을 확인할 수 있 었다. 결과적으로, 녹색 인광소자 제작에서 전자수송층으로 기존의 Alq3 대신SFC137을 사용한 소자는 휘도, 효율 안정성 및 색도 등에서 전계발광 특성의 종합적 개선을 가져왔다. 본 연구에서 제작된 ITO/2TNATA/ NPB/TCTA/CBP:7%Ir(ppy)3/BCP/SFC137/LiF/Al 소자의 9V에서51500 cd/m2의 발광 휘도는 지금까지 보고된 녹색 인광소자의 휘도 중에서 매우 높은 값의 하나로 평가된다.
- 실험 소자에서 TCTA는 발광층을 지나 양극으로 이동하는 전자를 속박하고 Ir(ppy)3 삼중항 엑시 톤의 확산 손실을 방지하는 보호층으로 사용되었다. 또한, 전자수송층의 재료가 소자 성능에 미치는 영향을 알아보기 위해 ETL로 기존의 Alq3와 신규 물질인 SFC137을 사용하여 소자를 제작하고 전계발광 특성을 비교해본 결과, SFC137을 ETL로 사용한 소자가 휘도, 효율 안정성 및 색도 등에서 종합적으로 전계발광 특성의 개선을 나타내었다. 실험 결과, SFC137을 ETL로 사용한 시료는 9V 인가전압에서 740 mA/cm2의 전류밀도와 51500 cd/m2의 발광 휘도를 나타내었으며, 1800 cd/m2 휘도 조건에서 18.
- 본 연구에서 얻어진 10V 이하의 인가전압에서 50,000 cd/m2 이상의 발광 휘도는 CBP:Ir(ppy)3를 기반으로 한 녹색 인광소자에서 보고된 휘도로서는 매우 높은 값의 하나로 평가된다. SFC137을 ETL로 사용한 시료의 우수한 전계발광 특성은 소자구조 설계에서 발광층과 정공수송층 사이에 TCTA 보호층을 두어 Ir (ppy)3삼중항 엑시톤을 효과적으로 보호하고, 기존의 Alq3 보다 높은 전자 이동도와 음극으로부터 낮은 주입 장벽을 제공하는 신규 전자수송층을 적절히 적용하여 얻어지는 것으로 판단된다.
- 결과적으로, 녹색 인광소자 제작에서 전자수송층으로 기존의 Alq3 대신SFC137을 사용한 소자는 휘도, 효율 안정성 및 색도 등에서 전계발광 특성의 종합적 개선을 가져왔다. 본 연구에서 제작된 ITO/2TNATA/ NPB/TCTA/CBP:7%Ir(ppy)3/BCP/SFC137/LiF/Al 소자의 9V에서51500 cd/m2의 발광 휘도는 지금까지 보고된 녹색 인광소자의 휘도 중에서 매우 높은 값의 하나로 평가된다.
- 실험 결과, SFC137을 ETL로 사용한 시료는 9V 인가전압에서 740 mA/cm2의 전류밀도와 51500 cd/m2의 발광 휘도를 나타내었으며, 1800 cd/m2 휘도 조건에서 18.2 cd/A의 최대 전류효율을 나타내었다.
- 5는 제작된 소자의 전계발광 스펙트럼 분포이다. 전계발광 스펙트럼에서 SFC137과 Alq3를ETL로 사용한 소자들의 중심발광파장은 각각 512 nm와 515 nm로나타났으며, 최대반폭치(full width at half maximum, FWHM)는 각각 60 nm와 70 nm를 나타내었다. 전계발광 스펙트럼에서 중심발광파장이 짧을수록 진녹색에가까우며 최대반폭치가 좁을수록 단색성이 우수하게 나타난다.
- 전계발광 스펙트럼에서 SFC137과 Alq3를ETL로 사용한 소자들의 중심발광파장은 각각 512 nm와 515 nm로나타났으며, 최대반폭치(full width at half maximum, FWHM)는 각각 60 nm와 70 nm를 나타내었다. 전계발광 스펙트럼에서 중심발광파장이 짧을수록 진녹색에가까우며 최대반폭치가 좁을수록 단색성이 우수하게 나타난다. Fig.
후속연구
- 본 연구에서의 ITO/2TNATA/NPB/TCTA/CBP:7%Ir (ppy)3/BCP/SFC137/LiF/Al 구조를 갖는 녹색 인광소자는 휘도가 매우 높고 효율 안정성이 우수하여 디스플레이 응용뿐만 아니라 고휘도 특성을 요구하는 조명용 광원 개발에도 유용하게 활용될 수 있다.
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