[논문]부분 도핑을 이용한 청색 인광 OLEDs의 전기 및 광학적 특성

서유석; 문대규

doi:10.4313/jkem.2009.22.6.512

부분 도핑을 이용한 청색 인광 OLEDs의 전기 및 광학적 특성
Electrical and Optical Properties of Partially Doped Blue Phosphorescent OLEOs 원문보기

전기전자재료학회논문지 = Journal of the Korean institute of electronic material engineers, v.22 no.6, 2009년, pp.512 - 515

서유석 (순천향대학교 신소재공학과) , 문대규 (순천향대학교 신소재공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

We have fabricated blue phosphorescent organic light emitting diodes (PHOLEDs) using a 3,5'-N,N'-dicarbazole-benzene (mCP) host and iridium (III) bis[(4,6-difluorophenyl)-pyridinato-N,$C^{2'}$] picolinate (Flrpic) guest materials, The Flrpic was partially doped into the mCP host layer, for investigating recombination zone, current efficiency, and emission characteristics of the blue PHOLEDs. The recombination of electrons and holes takes place inside the mCP layer adjacent to the mCP/hole blocking layer interface. The best current efficiency was obtained in a device with an emission layer structure of mCP (10 nm)/mCP:Flrpic (20 nm, 10%). The high current efficiency in this device was attributed to the confinement of Ffrpic triplet excitons by the undoped mCP layer with high triplet energy, which blocks diffusion of Ffrpic excitons to the adjacent hole transport layer with a lower triplet energy.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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제안 방법

사용하였다. OLED의 양극을 형성하기 위해 포토리소그래피 (photo-lithography) 공정을 이용해 ITO를 4 mm 의 선 폭으로 패턴을 형성하였다. 패턴된 ITO 기판은 acetone, methanol, isopropyl alcohol 의 순서로 각각 5분씩 초음파 세척한 후 질소로 건조시켰다.
이후, 기판을 진공 챔버에 넣고 정공주 입층 (Hole Injection Layer, HIL) 으로 4, 4', 4"-tris[N-(2- naphthyl)-N-phenyl-amino] triphenylamine (2T-NATA)를 15 nm, 정공수송층으로 N, N'-bis (naphthalen-l-yl)~N, N, -bis (phenyl)-benzidine (NPB) 40 nm를 증착하였다. 발광층은 호스트 물질 mCP에 FIrpic을 10 wt%로 하여 mCP 30 nm 에 FIrpic을 위치와 두께의 변화를 주며 도핑 하였다. 발광층도핑 영역은 표 1에 나타내었다.
것이 중요하다. 본 연구에서는 호스트 물질로 3, 5'-N, N'-dicarbazole-benzene (mCP)를 사용하고도판트 물질로 FIrpic을 사용하여, 발광층 내의 도핑 영역을 5가지로 변화시켜 전자-정공의 재결 합영 역을 조사하고, 각 소자구조가 전기전도 및 효율 특성에 미치는 영향을 조사하였다.
소자제작 시 진공 증착기 내부의 압력은 3 X 10* torr 이었다. 소자의 EL (electroluminescence) 스펙트럼은 spectroradiometer (Minolta, CST000) 을 사용하였으며 전류밀도(〕) -전압(V)-휘도(L) 특성은 Keithley 2400소스/미터 및 휘도계 (Minolta, CS-100)를 이용하여 측정하였다.
소자 C와 D는 발광층 전체에도핑한 소자 A보다 동일전류 밀도에서 전류효율이 높게 나타났다. 이에 대한 원인을 분석하기 위해 소자의 EL 스펙트럼을 측정하였다.
호스트 물질로mCP를 사용하고 도펀트 물질로 FIrpic을 사용하여 발광층 내에 도핑 영역을 변화시켜가며 청색인광 OLED를 제작하고 이의 전기 및 광학적 특성을 분석하였다. 발광층 내의 재결합 및 발광은 발광층과정공저지층 계면으로부터 10 nm에서 대부분의 발광이 일어나는 것을 확인할 수 있었다.

대상 데이터

두께 150 nm, 면저항은 20 Q/sq의 Indium Tin Oxide (ITO)가 코팅된 유리기판을 사용하였다. OLED의 양극을 형성하기 위해 포토리소그래피 (photo-lithography) 공정을 이용해 ITO를 4 mm 의 선 폭으로 패턴을 형성하였다.
그림 1. 청색인 광 OLED 제작에 사용된 유기물 및 화학구조.

성능/효과

특성 곡선이다. 동일 전압에서 전류의 값이 큰 소자일수록 휘도의 특성도 좋게 나타났다. 소자C가 전 영역의 전압에서 가장 높은 휘도의 값을 보였다.
29 eV 이다⑻. 따라서 mCP에서 생성된 단일항과 삼중항 에너지는 FIrpic 의 삼중항으로 에너지 전달이 일어나고 FIrpic의삼중항 에너지 준위로부터 기저 상태로 천이하면서 빛이 생성되는데 소자 A의 경우에는 FIrpic이 도핑된 영역과 NPB 계면에서 높은 삼중항 에너지를 가진 Firpic에서 낮은 삼중항 에너지값을 갖는 NPB쪽으로 삼중항 여기자가 확산하여 발광하지 않고 천이 하는 삼중항 여기자의 손실이 일어났기 때문에 소자 C와 D보다 낮은 효율 값을 갖는 것으로 판단된다. 소자C와 D가 높은 휘도와 효율 값을 보이는 것은 전자-정 공 재 결합 영역이 발광층과 정공 저지층 계면에 위치하고 NPB와 발광층 계면의 mCP가 Firpic의 삼중항 에너지 준위보다 높아 발광 영역 내에 Firpic에서 생성된 삼중항 엑시톤을 가 두어 놓아 NBP로의 에너지 손실을 줄이기 때문이다.
이는 재결합 영역이 mCP와 BCP의 계면에 놓여 있는 것을 의미한다. 또한 소자 B와 E에서 전류 밀도 증가에 따라 효율이 증가하고 소자 C가 소자 D보다 높은 전류효율 값을 보이는 것으로 보아 전류 밀도가 증가하면 전자-정공 재결합 영역이 mCP/BCP 계면으로부터 전자 수송 층 쪽으로 넓어지게 되어 Firpic으로의 에너지 전달이 증가하는 것으로 사료된다. 소자 C와 D는 발광층 전체에도핑한 소자 A보다 동일전류 밀도에서 전류효율이 높게 나타났다.
광학적 특성을 분석하였다. 발광층 내의 재결합 및 발광은 발광층과정공저지층 계면으로부터 10 nm에서 대부분의 발광이 일어나는 것을 확인할 수 있었다. 발광층 전체에도핑된 소자는 정공 수송 층 쪽으로 삼중항 여기자의 손실을 일으켜 발광층 과정 공저지층 계면에 부분적으로도핑한 소자보다 낮은 전류 효율 값을 보였다.
발광층 내의 재결합 및 발광은 발광층과정공저지층 계면으로부터 10 nm에서 대부분의 발광이 일어나는 것을 확인할 수 있었다. 발광층 전체에도핑된 소자는 정공 수송 층 쪽으로 삼중항 여기자의 손실을 일으켜 발광층 과정 공저지층 계면에 부분적으로도핑한 소자보다 낮은 전류 효율 값을 보였다. 반면, 발광층/정 공저지층 계면으로부터 20 nm 도핑한 소자는 mCP 호스트의 높은 삼중항 에너지로 인해 발광층 내에 삼중항 여기자가 갇히기 때문에 가장 높은 전류효율을 나타냈었다.
반면, 발광층/정 공저지층 계면으로부터 20 nm 도핑한 소자는 mCP 호스트의 높은 삼중항 에너지로 인해 발광층 내에 삼중항 여기자가 갇히기 때문에 가장 높은 전류효율을 나타냈었다. 발광층과 정공 저지층의 계면 쪽에 Firpic 을 도핑하지 않은 소자는 Firpic으로 에너지 전달이 효율적으로 일어나지 않아 mCP에서의 발광 스펙트럼이 관찰되었으며, 전류 효율 또한 가장 낮았다.
2 cd/A의 전류효율을 나타내었다. 소자 B와 E는 4 cd/A 이하의 낮은 전류효율 값을 보였으며 전류밀도가 증가함에 따라 효율이 증가하는 경향을 보였다. 이는 재결합 영역이 mCP와 BCP의 계면에 놓여 있는 것을 의미한다.
또한 소자 B와 E에서 전류 밀도 증가에 따라 효율이 증가하고 소자 C가 소자 D보다 높은 전류효율 값을 보이는 것으로 보아 전류 밀도가 증가하면 전자-정공 재결합 영역이 mCP/BCP 계면으로부터 전자 수송 층 쪽으로 넓어지게 되어 Firpic으로의 에너지 전달이 증가하는 것으로 사료된다. 소자 C와 D는 발광층 전체에도핑한 소자 A보다 동일전류 밀도에서 전류효율이 높게 나타났다. 이에 대한 원인을 분석하기 위해 소자의 EL 스펙트럼을 측정하였다.
곡선이다. 소자C가 12 cd/A로 가장 높은 전류효율 값을 보였고, 소자D와 A 순으로 각각 9.1 cd/A와 8.2 cd/A의 전류효율을 나타내었다. 소자 B와 E는 4 cd/A 이하의 낮은 전류효율 값을 보였으며 전류밀도가 증가함에 따라 효율이 증가하는 경향을 보였다.

참고문헌 (10)

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