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문제 정의
- 본 연구에서는 적색계열과 청색계열의 보색을 사용 하는 2파장 방식으로 인광 형광체를 사용한 적색/청색, 청색/적색 및 적색/청색/적색계열의 발광층 구조를 갖는 백색 인광 OLED를 제작하여 발광효율과 백색발광 특성 개선 방안에 대하여 연구하였다. 제작된 OLED의 특성을 알아보기 위해 전압-전류-발광휘도, 발광스펙트럼 및 색좌표를 측정하였다.
- 청색과 적색의 보색관계를 활용한 백색 OLED의 발광특성을 최적화하기 위해서 적색/청색, 청색/적색, 적색/청색/적색의 발광층을 갖는 백색 OLED를 제작하였다.
제안 방법
- OLED 소자 제작을 위한 유기물 및 금속 박막은 1.0 × 10-6 torr 이하의 고진공에서 열 기상증착 방식을 사용하여 증착하였다.
- % 첨가하였다. 발광층의 총 두께는 30 ㎚로고정하고 여기에 청색 발광층과 적색 발광층의 두께를 조절하여 OLED 소자를 제작하였다. 전자수송층으로는 BPhen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)을 50㎚ 증착하였으며, 완충층으로 LiF를 0.
- 그림 2는 적색/청색으로 발광층을 증착한 OLED 구조 1을 가지는 백색 인광 OLED 소자의 전류밀도에 대한 전류발광효율과 외부양자효율을 나타낸 것이다. 백색 발광을 얻기 위하여 적색 발광층 두께(x)를 각각 15, 20, 25 ㎚로 증착하고 청색 발광층의 두께(30-x)는 각각 15, 10, 5 ㎚로 증착하여 발광층의 총 두께는 30 ㎚로 고정하고 소자를 제작하였다. 모든 소자에서 인가된 전류가 증가함에 따라 전류발광효율과 외부양자효율은 점차 감소하는 경향을 나타내었고, 적색/청색 발광층의 두께가 15 ㎚/15 ㎚일 경우에 가장 높은 전류발광효율과 외부양자효율을 나타내었다.
- 발광층의 총 두께는 30 ㎚로고정하고 여기에 청색 발광층과 적색 발광층의 두께를 조절하여 OLED 소자를 제작하였다. 전자수송층으로는 BPhen(4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline)을 50㎚ 증착하였으며, 완충층으로 LiF를 0.5 ㎚, 음극전극으로 Al을 100 ㎚ 증착하여 백색발광 OLED를 제작 하였다.
- 본 연구에서는 적색계열과 청색계열의 보색을 사용 하는 2파장 방식으로 인광 형광체를 사용한 적색/청색, 청색/적색 및 적색/청색/적색계열의 발광층 구조를 갖는 백색 인광 OLED를 제작하여 발광효율과 백색발광 특성 개선 방안에 대하여 연구하였다. 제작된 OLED의 특성을 알아보기 위해 전압-전류-발광휘도, 발광스펙트럼 및 색좌표를 측정하였다.
대상 데이터
- OLED 제작을 위하여 면저항 10 Ω/□의 ITO가 증착된 150 ㎜ × 150 ㎜ 크기의 유리 기판을 사용하였다.
- 정공수송층으로 NPB(N,N′-bis-(1-naphyl)-N,N'-diphenyl-1,1'-biphenyl-4,4'-diamine) 30 ㎚, TCTA(4,4',4''-Tri(N-carbazolyl) triphenylamine) 10 ㎚와 mCP(1,3-bis (9-carbazolyl) benzene) 10 ㎚를 증착하였다.
이론/모형
- 제작된 OLED는 측정용 지그에 장착하고 소스미터(Keithley Instruments, Keithley 2400)를 사용하여 전압과 전류를 인가하고 발광휘도, 발광스펙트럼 및 CIE (Commission Internationale de l'Eclairage) 색좌표는 spectrascan (Photo Research, PR-650)을 사용하여 측정하였다.
성능/효과
- 그림 5는 청색/적색의 발광층을 갖는 백색 OLED 소자의 에너지 대역도를 나타낸 것이다 [9]. 6.5 eV HOMO 준위로 정공저지특성을 갖는 BPhen과 다층의 정공 수송층을 적용하여 정공의 이동특성이 개선된 소자 구조로 전자의 수송보다 상대적으로 수송이 빠른 정공이 적색 발광층과 BPhen 계면에서 전자와 재결합하여 주로 여기자를 생성하게 되며, 이로 인해 저전압에서 적색계열의 백색 발광을 보이는 것으로 설명될 수 있다. 전압이 증가함에 따라 주입되는 전자와 정공의 양이 많아지게 되고 이로 인해 적색 발광층에서 결합하지 않은 전자가 증가하게 되어 청색 발광 층으로 여기자의 확산이 일어나면서 청색 발광영역에서 발광에 기여하는 여기자가 증가되어 색좌표가 청색 영역으로 이동하는 것으로 설명될 수 있다 [10-12].
- 표 1은 적색 발광층의 두께를 15, 20, 25 ㎚로 제작한 OLED 구조 1의 전류밀도, 전류발광효율, 외부양자효율 및 CIE 색좌표를 발광휘도가 1,000 cd/㎡에서 측정하여 나타낸 것이다. OLED 구조 1에서는 적색/ 청색 발광층의 두께를 15 ㎚/15 ㎚로 하였을 때 전류 발광효율 23.7 cd/A, 외부양자효율 13.3%로 가장 우수한 효율 특성을 보였으나 색좌표는(0.215, 0.355)로 청색 빛이 강한 특성을 나타내었다. 적색/청색 발광층의 두께를 20 ㎚/10 ㎚로 증착한 경우 CIE 색좌표는(0.
- 표 2는 OLED 구조 2의 청색/적색 발광층에서 적색 발광층의 두께를 15, 5, 1 nm로 제작한 OLED의 전류밀도, 전류발광효율, 외부양자효율 및 CIE 색좌표를 1,000 cd/㎡의 발광휘도에서 측정한 값이다. OLED 구조 2에서는 x를 1 ㎚로 하여 청색/적색 발광층의 두께가 29 ㎚/1 ㎚일 때 전류발광효율 23.4 cd/A, 외부양자효율 13.7%로 가장 우수한 발광효율을 나타내었고, CIE 색좌표 또한 (0.401, 0.364)로 백색 발광에 근접한 색좌표를 나타내었다.
- 표 3은 1,000 cd/㎡에서 백색발광 OLED 구조 1～3의 전류밀도, 전류발광효율, 외부양자효율 및 색좌표를 나타낸 것이다. OLED 구조 3의 경우 전류발광효율은 27.2 cd/A, 양자효율은 15.1%로 가장 높은 발광 효율을 나타내었고, CIE (x, y)는 (0.382, 0.369)로 백색발광을 확인할 수 있었다.
- OLED 구조 2의 발광층 두께는 30 ㎚로 고정하고 적색 발광층의 두께(x)를 15, 5, 1 ㎚로 증착하여 제작한 OLED 소자이다. 모든 OLED 소자에서 인가된 전류가 증가함에 따라 전류 발광효율과 외부양자효율은 점차 감소하는 경향을 나타내고 있다. 청색/적색 구조에서는 발광층의 두께가 29 ㎚/1 ㎚일 경우에 가장 높은 전류발광효율과 외부 양자효율을 나타내었다.
- 백색 발광을 얻기 위하여 적색 발광층 두께(x)를 각각 15, 20, 25 ㎚로 증착하고 청색 발광층의 두께(30-x)는 각각 15, 10, 5 ㎚로 증착하여 발광층의 총 두께는 30 ㎚로 고정하고 소자를 제작하였다. 모든 소자에서 인가된 전류가 증가함에 따라 전류발광효율과 외부양자효율은 점차 감소하는 경향을 나타내었고, 적색/청색 발광층의 두께가 15 ㎚/15 ㎚일 경우에 가장 높은 전류발광효율과 외부양자효율을 나타내었다. Fig.
- 발광층의 순서를 청색/적색 구조로 변경한 OLED의 경우 청색(29 nm)/적색(1 nm)의 구조에서 보다 우수한 발광 효율과 백색의 색 좌표 값을 나타내었으나, 인가전압의 증가에 따라 청색발광이 강해지는 현상을 나타내었다. 발광층의 구성을 적색(1 nm)/청색(28 nm)/적색(1 nm) 구조로 제작한 경우 1,000 cd/㎡에서 전류발광효율 27.2 cd/A, 양자 효율 15.1%로 제작된 백색 인광 OLED 소자 중가장 우수한 발광효율을 나타내었고, 인가전압에 대한 색좌표 값도 안정적인 백색 발광 영역에 머무르면서 청색/적색 구조의 불안정한 색변화 특성을 개선할 수 있었다.
- 색도 특성에서는 적색(20 nm)/청색(10 nm) 구조에서 백색 영역의 발광 특성을 가지나 적색(15 nm)/청색(15 nm)보다 낮은 발광효율을 보였다. 발광층의 순서를 청색/적색 구조로 변경한 OLED의 경우 청색(29 nm)/적색(1 nm)의 구조에서 보다 우수한 발광 효율과 백색의 색 좌표 값을 나타내었으나, 인가전압의 증가에 따라 청색발광이 강해지는 현상을 나타내었다. 발광층의 구성을 적색(1 nm)/청색(28 nm)/적색(1 nm) 구조로 제작한 경우 1,000 cd/㎡에서 전류발광효율 27.
- 적색/청색 구조의 경우 적색(15 nm)/청색(15 nm)로 구성하였을 때 우수한 발광효율을 나타내었으나, 청색계열의 백색 발광을 나타내었다. 색도 특성에서는 적색(20 nm)/청색(10 nm) 구조에서 백색 영역의 발광 특성을 가지나 적색(15 nm)/청색(15 nm)보다 낮은 발광효율을 보였다. 발광층의 순서를 청색/적색 구조로 변경한 OLED의 경우 청색(29 nm)/적색(1 nm)의 구조에서 보다 우수한 발광 효율과 백색의 색 좌표 값을 나타내었으나, 인가전압의 증가에 따라 청색발광이 강해지는 현상을 나타내었다.
- 37의 범위에 위치하여 거의 변화가 없는 것을 알 수 있다. 이 결과로부터 인가전압에 따라 CIE 좌표계의 x 값에는 적은 변화가 있으나 안정적인 백색 발광을 하고 있음을 확인할 수 있었다.
- 따라서 다시 적색 발광이 증가하게 되는 것으로 설명될 수 있다. 이상의 결과로 발광 효율이 향상되고 인가전압에 대한 색좌표가 일정한 범위에서 제어되는 백색 발광을 얻을 수 있었다.
- 그림 7은 적색(1 ㎚)/청색(28 ㎚)/적색(1 ㎚)으로 증착한 OLED 구조 3의 인가전압에 대한 색좌표를 나타낸 것이다. 인가전압이 증가함에 따라 x값은 0.369에서 0.33으로 감소한 후 더 이상 감소하지 않고 다시 0.34로 증가하는 경향을 나타내었고, y값은 0.365～0.37의 범위에 위치하여 거의 변화가 없는 것을 알 수 있다. 이 결과로부터 인가전압에 따라 CIE 좌표계의 x 값에는 적은 변화가 있으나 안정적인 백색 발광을 하고 있음을 확인할 수 있었다.
- 355)로 청색 빛이 강한 특성을 나타내었다. 적색/청색 발광층의 두께를 20 ㎚/10 ㎚로 증착한 경우 CIE 색좌표는(0.341, 0.381)을 나타내어 백색 발광에 근접한 결과를 보여 주었으나 전류발광효율은 21.0 cd/A, 양자효율은 12.0%로 15 ㎚/15 ㎚의 경우와 비교하여 낮은 값을 나타내었다.
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