[논문](TCTA/TCTA1/3TAZ2/3/TAZ) : Ir(ppy)3 발광층을 이용한 고효율 녹색 인광소자

장지근; 신상배; 신현관; 김원기; 유상욱; 장호정; 공명선; 이준엽

doi:10.3740/mrsk.2008.18.7.347

(TCTA/TCTA1/3TAZ2/3/TAZ) : Ir(ppy)3 발광층을 이용한 고효율 녹색 인광소자
High Efficiency Green Phosphorescent Organic Light Emitting Devices using the Emission Layer of (TCTA/TCTA1/3TAZ2/3/TAZ) : Ir(ppy)3 원문보기

한국재료학회지 = Korean journal of materials research, v.18 no.7, 2008년, pp.347 - 351

장지근 (단국대학교 전자공학과) , 신상배 (단국대학교 전자공학과) , 신현관 (단국대학교 전자공학과) , 김원기 (단국대학교 전자공학과) , 유상욱 (단국대학교 전자공학과) , 장호정 (단국대학교 전자공학과) , 공명선 (단국대학교 화학과) , 이준엽 (단국대학교 고분자공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

We have fabricated and evaluated newNew high high-efficiency green green-light light-emitting phosphorescent devices with an emission layer of [$TCTA/TCTA_{1/3}TAZ_{2/3}/TAZ$] : $Ir(ppy)_3$ were fabricated and evaluated, and compared the electroluminescence characteristics of these devices were compared with the conventional phosphorescent devices with emission layers of ($TCTA_{1/3}TAZ_{2/3}$) : $Ir(ppy)_3$ and (TCTA/TAZ) : $Ir(ppy)_3$. The current density, luminance, and current efficiency of the a device with an emission layer of ($80{\AA}-TCTA/90^{\circ}{\AA}-TCTA_{1/3}TAZ_{2/3}/130{\AA}-TAZ$) : 10%-$Ir(ppy)_3$ were $95\;mA/cm^2$, $25000\;cd/m^2$, and 27 cd/A at an applied voltage of 10 V, respectively. The maximum current efficiency was 52 cd/A under the a luminance value of $400\;cd/m^2$. The peak wavelength and FWHM (FWHM (full width at half maximum) in the electroluminescence spectral were 513 nm and 65 nm, respectively. The color coordinate was (0.30, 0.62) on the CIE (Commission Internationale de I'Eclairage) chart. Under the a luminance of $15000\;cd/m^2$, the current efficiency of the a device with an emission layer of ($80{\AA}-TCTA/90{\AA}-TCTA_{1/3}TAZ_{2/3}/130{\AA}-TAZ$) : 10%-$Ir(ppy)_3$ was 34 cd/A, which has beenshowed an improvement of improved 1.7 and 1.4 times compared to those of the devices with emission layers of ($300{\AA}-TCTA_{1/3}TAZ_{2/3}$) : 10%-$Ir(ppy)_3$ and ($100{\AA}-TCTA/200{\AA}$-TAZ) : 10%-$Ir(ppy)_3$, respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구에서는 고효율 녹색 인광소자를 개발하기 위해 새로운 이중 호스트 발광층의 구조로 두 호스트(TCTA, TAZ) 사이 이들의 혼합층(TCTA_1/3TAZ_2/3)을 갖는 녹색 인광 유기발광다이오드를 제안하고 그 특성을 평가하였다.
본 연구에서는 기존의 인광 소자가 갖는 낮은 효율, 짧은 수명 등의 문제점들을 해결할 수 있는 새로운 구조로 TCTA-TAZ (TCTA[4,4',4''-tris (N-carbazolyl)-triphenylamine], TAZ [3-phenyl-4-(1''naphthyl)-5-phenyl-1, 2, 4-triazole]) 이중 호스트 사이에 TCTA1/3 TAZ2/3 혼합 영역을 갖는 녹색 인광 유기발광다이오드를 처음으로 제작하고, 이들의 전계발광 특성을 조사하였다.

제안 방법

10 Ω/◻의 면저항(sheet resistance)과 90% 이상의 광 투과도를 갖는 150 nm 두께의 ITO (Indium Tin Oxide)가 코팅된 유리 기판으로부터 양극 전극을 패터닝(patterning) 하고 아세톤, 메탄올, 이소프로필 알코올에 순차적으로 초음파 세정 공정을 실시하였다. 이 후 100°C의 진공 오븐에서 10분간 건조한 후, 시료를 플라스마 처리실로 옮겨, O₂ /Ar = 2/1, 8 mTorr, 200 W의 조건으로 2분간 플라스마 처리를 실시하였다.
다음으로 발광층의 형성에서는 전체 호스트의 두께를 300Å으로 일정하게 유지하면서 단순 혼합 구조(시료 1)에서는 TCTA와 TAZ를 1 : 2로 혼합한 300Å-TCTA1/3TAZ2/3 층을, 적층 구조(시료 2)에서는 100Å-TCTA/200Å-TAZ 층을, 이중 호스트간 혼합 영역을 갖는 구조(시료 3)에서는 8Å-TCTA/90Å-TCTA1/3TAZ2/3/130Å-TAZ 층을 증착하였다.
혼합 영역을 갖는 녹색 인광 유기발광다이오드를 처음으로 제작하고, 이들의 전계발광 특성을 조사하였다. 또한, 이중 호스트간 혼합 영역을 갖는 구조 (TCTA/TCTA_1/3TAZ_2/3 / TAZ) : Ir(ppy)₃[tris(2-phenylpyridine)iridium(III)]의 우수성을 알아보기 위해 전체 발광층의 두께를 일정하게 두고 기존의 단순 혼합[(TCTA_1/3TAZ_2/3) : Ir(ppy)₃] 및 이중 적층[(TCTA/TAZ) : Ir(ppy)₃] 구조를 갖는 소자들을 함께 제작하여 이들의 특성을 비교하였다. 실험 소자들은 양극과 음극 사이에 2-TNATA/NPB/EML/BCP/SFC-137의 기본 구조를 갖는다.
다음으로 발광층의 형성에서는 전체 호스트의 두께를 300Å으로 일정하게 유지하면서 단순 혼합 구조(시료 1)에서는 TCTA와 TAZ를 1 : 2로 혼합한 300Å-TCTA_1/3TAZ_2/3 층을, 적층 구조(시료 2)에서는 100Å-TCTA/200Å-TAZ 층을, 이중 호스트간 혼합 영역을 갖는 구조(시료 3)에서는 8Å-TCTA/90Å-TCTA_1/3TAZ_2/3/130Å-TAZ 층을 증착하였다. 모든 발광층에서 Ir(ppy)₃ 를 인광 도펀트로 사용하였고 호스트와 co-evaporation 방식으로 도핑 농도를 10%로 유지하였다. 이 후 정공차단층으로 50Å 두께의 BCP 층을 두고, 전자수송층으로 SFC-137을 500Å 두께로 증착한 후, 시료를 금속 증착실로 옮겨 LiF와 Al을 각각 10Å과 1200Å 두께로 진공 증착하여 음극 전극을 형성하였다.
박막 형성 공정으로는 먼저 정공주입층으로 500Å두께의 2-TNATA를 증착한 후 정공수송층으로 300Å 두께의 NPB를 증착하였다.
소자 제작에서 발광층의 구성에 따라 시료들을 단순 혼합 소자, 이중 적층 소자, 이중 호스트간 혼합영역을 갖는 소자로 구분하고, 이들의 J-V-L(current density-voltageluminance), EL spectral 분포 및 CIE (Commission Internationale de I'Eclairage) 색 좌표를 측정하였다.
실험에서는 새로운 구조의 소자에 대한 전계발광 특성의 개선을 알아보기 위해, 소자의 기본 구조를 ITO/2-TNATA(500Å)/NPB(300Å)/EML(300Å)/BCP(50Å)/ SFC137(500Å)/ LiF(10Å)/Al로 나타내고, 발광층의 구성에 따라 단순 혼합 소자[(300Å-TCTA1/3 TAZ2/3 ) : 10%-Ir(ppy)3], 이중 적층 소자[(100Å-TCTA/200Å-TAZ) : 10%-Ir(ppy)3], 이중 호스트 간 혼합 영역을 갖는 소자[(80Å-TCTA/90Å-TCTA1/3TAZ2/3/130Å-TAZ) : 10%-Ir(ppy)3]로 구분하고 이들의 전계발광 특성을 비교하였다.
외부의 빛을 차단할 수 있는 암실에서 Polaronix M6100 장치와 CS-1000 분광복사계(spectro-radiometer)를 이용하여 제작된 소자의 전계발광 특성을 측정하였으며, 측정 시스템의 장치도를 Fig. 2에 나타내었다.
이 후 100°C의 진공 오븐에서 10분간 건조한 후, 시료를 플라스마 처리실로 옮겨, O₂ /Ar = 2/1, 8 mTorr, 200 W의 조건으로 2분간 플라스마 처리를 실시하였다. 유기 박막을 증착하기 전의 플라스마 처리는 기판의 준비 과정에서 생긴 오염을 제거하고 유기물과 ITO 사이 계면 접착력 향상 및 ITO의 일함수를 증가시켜 양극과 정공주입층과의 전위장벽을 낮추어 준다.
이 후 100°C의 진공 오븐에서 10분간 건조한 후, 시료를 플라스마 처리실로 옮겨, O2 /Ar = 2/1, 8 mTorr, 200 W의 조건으로 2분간 플라스마 처리를 실시하였다.
이 후 정공차단층으로 50Å 두께의 BCP 층을 두고, 전자수송층으로 SFC-137을 500Å 두께로 증착한 후, 시료를 금속 증착실로 옮겨 LiF와 Al을 각각 10Å과 1200Å 두께로 진공 증착하여 음극 전극을 형성하였다.

성능/효과

10 cd/m2 상태 에서 측정된 임계전압은 모든 시료들에서 약 3.5V로 나타났으며, 10 V의 인가전압에서 측정된 소자들의 전류밀도와 휘도는 이중 호스트간 혼합 영역을 갖는 소자의 경우 95 mA/cm2와 25000 cd/m2로, 단순 혼합 소자의 경우 94 mA/cm2와 17500 cd/m2로, 이중 적층 소자의 경우 53 mA/cm2와 13000 cd/m2로 나타났다.
인광 소자의 고휘도 상태에서 발광 효율의 감소는 삼중간-삼중항 소멸(triplet- triplet annihilation)에 주로 기인하는 것으로 알려져 있다.¹⁰⁾ 제작된 소자들에서 가장 우수한 효율 특성은 이중 호스트간 혼합 영역을 갖는 소자에서 얻어졌으며, 최대 전류효율은 400 cd/m²의 휘도 상태에서 약 52 cd/A로 나타났다. Fig.
Fig. 5의 15000 cd/m2 휘도 상태에서, 이중 호스트 간 혼합 영역을 갖는 소자의 전류효율은 34 cd/A로, 단순 혼합 구조를 갖는 소자의 경우보다 (η = 20 cd/A) 약 1.7배의, 이중 적층 구조를 갖는 소자의 경우보다 (η = 27 cd/A) 약 1.3배의 발광 효율 개선을 가져왔다.
의 휘도 상태에서 약 52 cd/A로나타났다. 또한 발광 스펙트럼의 EL (electroluminescence) 피크는 513 nm의 중심 파장과 약 65 nm의 FWHM을 나타내었으며, CIE 도표 상에서 색 좌표는 (0.30, 0.62)로 나타났다. 실험 소자에서 전계발광 특성은 이중 호스트 간혼합 영역을 갖는 소자에서 가장 우수하게 나타났으며, 15000 cd/m² 휘도 상태에서 전류효율은 34 cd/A로, 단순 혼합 구조를 갖는 소자의 경우보다 약 1.
본 연구에서 얻어진 52 cd/A의 전류효율은 pin-구조의 인광 소자를 제외하고는^11,12) 지금까지 보고된 PhOLEDs에서 가장 높은 값의 하나로 평가된다.^13,14)이중 호스트간 혼합 영역을 갖는 구조는 독창적이며, 종래의 단순 혼합 구조나 이중 적층 구조로 부터 새로운 물질의 추가나 복잡한 공정의 도입 없이 단순히 증착 프로그래밍의 조절만으로 소자 제작이 가능하다.
실험 결과, 이중 호스트 간 혼합 영역을 갖는 소자의 전류밀도, 휘도 그리고 전류효율은 10 V의 인가전압에서 각각 95 mA/cm², 25000 cd/m², 27 cd/A로 나타났으며, 최대 전류효율은 400 cd/m²의 휘도 상태에서 약 52 cd/A로나타났다. 또한 발광 스펙트럼의 EL (electroluminescence) 피크는 513 nm의 중심 파장과 약 65 nm의 FWHM을 나타내었으며, CIE 도표 상에서 색 좌표는 (0.
62)로 나타났다. 실험 소자에서 전계발광 특성은 이중 호스트 간혼합 영역을 갖는 소자에서 가장 우수하게 나타났으며, 15000 cd/m² 휘도 상태에서 전류효율은 34 cd/A로, 단순 혼합 구조를 갖는 소자의 경우보다 약 1.7배의, 이중 적층 구조를 갖는 소자의 경우보다 약 1.3배의 발광효율 개선을 나타내었다.

후속연구

이중 호스트 간 혼합 영역을 갖는 구조는 종래의 단순 혼합 구조나 이중 적층 구조로부터 새로운 물질의 추가나 복잡한 공정의 도입 없이 단순히 증착 프로그래밍의 조절만으로 소자 제작이 가능함으로 고효율 PhOLED 기술의 산업적 응용이 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	인광 유기발광소자의 유기물은 보통 무엇으로 구성되는가?	인광 유기발광소자(phosphprescent organic light emitting devices, PhOLEDs)는 기본적으로 기판(유리, 플라스틱 등)과 상부 및 하부 전극(양극 및 음극), 그리고 두 전극 사이에 유기물이 삽입된 구조를 갖는다. 유기물은 보통 다층 형태로 정공수송층(HTL, hole transport layer)/발광층(EML, emissive layer)/정공차단층(HBL, hole blocking layer)/전자수송층(ETL electron tansport layer)으로 구성된다. 발광층의 유기물로는 단일 재료를 사용하기보다 호스트-도펀트(host-dopant) 구성을 일반적으로 이용한다.
	일반적으로 인광 유기발광소자 발광층의 유기물은 단일 재료 보다는 어떤 구성을 이용하는가?	유기물은 보통 다층 형태로 정공수송층(HTL, hole transport layer)/발광층(EML, emissive layer)/정공차단층(HBL, hole blocking layer)/전자수송층(ETL electron tansport layer)으로 구성된다. 발광층의 유기물로는 단일 재료를 사용하기보다 호스트-도펀트(host-dopant) 구성을 일반적으로 이용한다. 이러한 구조에서는 캐리어들이 전극에서 발광층으로 직접 주입되지 않고 캐리어 수송층을 통과하여 단계적으로 전송됨으로 구동 전압이 낮아진다.
	인광 유기발광소자는 기본적으로 어떤 구조를 갖는가?	인광 유기발광소자(phosphprescent organic light emitting devices, PhOLEDs)는 기본적으로 기판(유리, 플라스틱 등)과 상부 및 하부 전극(양극 및 음극), 그리고 두 전극 사이에 유기물이 삽입된 구조를 갖는다. 유기물은 보통 다층 형태로 정공수송층(HTL, hole transport layer)/발광층(EML, emissive layer)/정공차단층(HBL, hole blocking layer)/전자수송층(ETL electron tansport layer)으로 구성된다.

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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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