[논문]전자수송층이 청색 인광 OLED의 전기 및 광학적 특성에 미치는 영향

서원규; 문대규

doi:10.4313/jkem.2009.22.4.323

전자수송층이 청색 인광 OLED의 전기 및 광학적 특성에 미치는 영향
Effects of Electron Transport Layers on Electrical and Optical Characteristics of Blue Phosphorescent Organic Light Emitting Diodes 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.22 no.4, 2009년, pp.323 - 326

서원규 (순천향대학교 디스플레이신소재공학과) , 문대규 (순천향대학교 디스플레이신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

We have developed blue-emitting phosphorescent organic light emitting diodes (OLEDs) using 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCP) and tris (8-quinolinolato)aluminum ($Alq_3$) electron transport layers. As blue dopant and host materials, bis[(4,6-di-fluorophenyl)-pyridinate-N,C2']picolinate (FIrpic) and N,N'-dicarbazolyl-3,5-benzene (mCP) were used, respectively. The driving voltage, current efficiency and emission characteristics of devices were investigated. While the driving voltage was about $1{\sim}2$ V lower in the device with an $Alq_3$ layer, the current efficiency was about 66 % higher in the device with BCP electron transport layer. the blue phosphorescent OLED with BCP layer exhibited higher purity of color, resulting from a relatively weak electroluminescence intensity at 500 nm.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

또한 BCP는 Alq3와 LUMO (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) 에너지 준위가 유사하다[7]. 따라서 BCP와 Akfe를 전자 수송 층으로 사용하면 전자이동특성이 청색 인광 OLED 의 특성에 미치는 영향을 조사할 수 있기 때문에, 본 논문에서는 BCP와 Alq3를 이용하여 전자 수송 층이 청색 인광 OLED의 효율 및 전기전도 특성, 발광 특성에 미치는 영향을 조사하였다.
본 연구에서는 전자수송층으로 Alq3 및 BCP를 이용하여 청색인광 OLED를 제작하고 구동 및 효율 특성, 발광 특성을 조사하였다. BCP를 전자 수송 층으로 사용한 소자는 Alq3를 사용한 소자에 비해 구동전압이 높았으나, 전자와 정공의 균형적 주입에 의해 전류효율이 더 높았다.

제안 방법

OLED의 양극 패턴을 형성하기 위해 photolithography 공정을 이용하여 ITO 패턴을 형성하였다. Isopropyl alcohol을 이용하여 세정한 후 진공증착을 이용하여 유기물을 증착하였다.
그림 1에 본 실험에서 사용된 청색 인광 OLED의 소자 구조를 나타내었다. 유기물과 금속을 증착하기 위한 진공도는 약 10-6 torr였으며, 유기물과 금속의 증착속도는 각각 0.1 및 1 nm/s로 유지시켰다. 제작된 OLED는 전류-전압-휘도 측정을 위해 Keithley 2400 소스/미터 및 미놀타 CS1000 spectroradiometer 및 포토다이오드를 이용하였으며, EL (electroluminescence) 스펙트럼 또한 CS1000 spectroradiometer를 이용하여 측정하였다.
BCP를 사용한 소자는 AU®를 사용한 소자에 비해 40)-460 nm의 파장 영역에서 EL 스펙트럼이 강하게 나타나는 것을 볼 수 있다. 이 영역에서의 스펙트럼은 a-NPD에 의한 것으로 보이며, 이는 a-NPD와 mCP 사이에 BCP를 삽입하여 a-NPD에서 발광이 일어나는 소자를 제작하여 확인하였다. 따라서 전자수송층으로 BCP를 사용한 소자에서 a-N/D로 인한 EL 강도가 더 높은 것으로 보아 BCP를 사용한 소자는 발광영역이 a-NPD 쪽에 더 가깝게 놓여 있을 것으로 판단된다.
정공 주입/수송층 (Hole Injection/Transport Layer, HIL/HTL)으로 4, 4* -bis[N-(l-naphthyl)-N-phen- yl~amino]biphenyl (q-NPD)를 40 nm 증착하였다. 이후 청색 인광 소자의 호스트 재료인 mCP와 FIrpic (10 wt %)을 동시에 증착하였다. mCP:FIrpic 층의 두께는 30 nm로 고정시켰다.
1 및 1 nm/s로 유지시켰다. 제작된 OLED는 전류-전압-휘도 측정을 위해 Keithley 2400 소스/미터 및 미놀타 CS1000 spectroradiometer 및 포토다이오드를 이용하였으며, EL (electroluminescence) 스펙트럼 또한 CS1000 spectroradiometer를 이용하여 측정하였다.

대상 데이터

그림 1. Alq3 및 BCP 전자수송층을 사용한 청색 인광 OLED의 소자 구조.
면저항 10 Q/□의 Indium Tin Oxide (ITO)가 코팅된 유리 기판을 이용하여 OLED를 제작하였다. OLED의 양극 패턴을 형성하기 위해 photolithography 공정을 이용하여 ITO 패턴을 형성하였다.
따라서 청색 인광 OLED의 효율 향상에 있어서 전자 수송층(electron transport layer)의 선택은 중요한 요소가 된다. 본 논문에서는 전자수송층으로 2, 9-dimethyl-4, 7-diphenyl-l, 10-phenanthroline (BCP) 및 tris(8-quinolinolato)aluminum (Alq3)를 사용하였다. BCP는 HOMO (Highest Occupied Molecular Orbital) 에너지 준위가 크기 때문에 정공저지층 (Hole Blocking Layer, HBL)로 주로 사용되는 물질이나, 전자 수송 능력이 있어 전자 수송 층으로도 사용된다[7].
전자 수송 층으로 Alqa 및 BCP를 사용하였다. 전자수송층으로 Alqjj를 사용한 소자는 BCP를 사용한 소자보다 같은 전압에서 전류밀도가 높아 낮은 구동 전압을 보였다.
Isopropyl alcohol을 이용하여 세정한 후 진공증착을 이용하여 유기물을 증착하였다. 정공 주입/수송층 (Hole Injection/Transport Layer, HIL/HTL)으로 4, 4* -bis[N-(l-naphthyl)-N-phen- yl~amino]biphenyl (q-NPD)를 40 nm 증착하였다. 이후 청색 인광 소자의 호스트 재료인 mCP와 FIrpic (10 wt %)을 동시에 증착하였다.

성능/효과

Akl3 를 전자수송층으로 사용한 소자의 발광 개시전압 (turn on voltage, 1 cd/m2의 휘도를 얻기 위한 전압)은 5.4 V였으며, BCP를 사용한 소자의 발광개시전압은 5.6 V로 BCP를 사용한 소자가 0.2 V 높았다. Alq3를 사용한 소자는 전압에 따른 휘도 증가가 더 빠르게 나타난다.
특성, 발광 특성을 조사하였다. BCP를 전자 수송 층으로 사용한 소자는 Alq3를 사용한 소자에 비해 구동전압이 높았으나, 전자와 정공의 균형적 주입에 의해 전류효율이 더 높았다. 전자수송층은 청색 인광 OLED의 EL 스펙트럼에 영향을 미쳐 BCP를 전자수송층으로 사용한 소자는 500 nm 부근의 EL 피크가 작게 나왔다.
이 영역에서의 스펙트럼은 a-NPD에 의한 것으로 보이며, 이는 a-NPD와 mCP 사이에 BCP를 삽입하여 a-NPD에서 발광이 일어나는 소자를 제작하여 확인하였다. 따라서 전자수송층으로 BCP를 사용한 소자에서 a-N/D로 인한 EL 강도가 더 높은 것으로 보아 BCP를 사용한 소자는 발광영역이 a-NPD 쪽에 더 가깝게 놓여 있을 것으로 판단된다.
전자 수송 층으로 Alqa 및 BCP를 사용하였다. 전자수송층으로 Alqjj를 사용한 소자는 BCP를 사용한 소자보다 같은 전압에서 전류밀도가 높아 낮은 구동 전압을 보였다. 예를 들어, Alq3를 전자수송층으로 사용한 소자는 100 mA/cm?의 전류밀도를 얻기 위해 12.
BCP를 전자 수송 층으로 사용한 소자는 Alq3를 사용한 소자에 비해 구동전압이 높았으나, 전자와 정공의 균형적 주입에 의해 전류효율이 더 높았다. 전자수송층은 청색 인광 OLED의 EL 스펙트럼에 영향을 미쳐 BCP를 전자수송층으로 사용한 소자는 500 nm 부근의 EL 피크가 작게 나왔다.

참고문헌 (10)

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상세보기
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