[논문]대면적 OLED 면광원을 위한 PEDOT : PSS 슬롯다이 코팅

최광준; 이진영; 전경준; 유수호; 박종운; 서화일; 서유석

대면적 OLED 면광원을 위한 PEDOT : PSS 슬롯다이 코팅
Slot-Die Coating of PEDOT : PSS for Large-Area OLED Lighting Sources 원문보기

반도체디스플레이기술학회지 = Journal of the semiconductor & display technology, v.14 no.1, 2015년, pp.61 - 65

최광준 (한국기술교육대학교 전기.전자.통신공학부) , 이진영 (한국기술교육대학교 전기.전자.통신공학부) , 전경준 (한국기술교육대학교 전기.전자.통신공학부) , 유수호 (한국기술교육대학교 전기.전자.통신공학부) , 박종운 (한국기술교육대학교 전기.전자.통신공학부) , 서화일 (한국기술교육대학교 전기.전자.통신공학부) , 서유석 ((주)율촌화학 기술연구소 선행연구팀)

Abstract ▼ AI-Helper

We have fabricated poly(3,4-ethylenedioxythiophene) : poly(4-styrenesulfonate) (PEDOT : PSS) thin films using a slotdie coater for the applications of OLED lightings. It is demonstrated that the properties of slot-die coated PEDOT : PSS films are comparable with those of spin-coated ones. Namely, the average and peak-to-peak roughness of the slot-die coated 50-nm-thick PEDOT : PSS film are measured to be as low as 0.247 nm and 1.3 nm, respectively. Moreover, we have obtained excellent thickness uniformity (~1.91%). With the slot-die coated PEDOT : PSS films, we have fabricated green phosphorescent OLED devices. For comparison, we have also fabricated OLED devices with spin-coated PEDOT : PSS films. Both show almost no discrepancy in device performance. The power efficiency (25.4 lm/W) and emission uniformity (77%) of OLEDs with slot-die coated PEDOT : PSS films are shown to be slightly lower than those (27.3 lm/W, 80%) of OLEDs with spin-coated PEDOT : PSS films at the luminance of 1,000nit, increasing the feasibility of using a slot-die coating process for the fabrication of large-area OLED lighting sources at a competitive price.

주제어

AI 본문요약
AI-Helper

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문제 정의

본 논문에서는 슬롯다이 코팅방식을 이용하여 제작된 PEDOT : PSS 필름의 박막 특성 및 소자 적용에 대해 연구하였다. 스핀 코팅된 기준 필름 및 이를 이용하여 제작된 OLED 소자와 비교하여 거의 비슷한 특성(두께균일도, 표면거칠기, 효율, 발광균일도)을 얻었다.

제안 방법

본 연구에서는 OLED 소자를 구성하는 여러 층 중에서 정공 주입층(Hole injection layer, HIL)으로 poly(3,4-ethylenedioxythiophene) : poly(4-styrenesulfonate) (PEDOT : PSS)을 slot-die coater를 이용하여 50 nm 두께의 고균일 박막으로 제작하였다. 특히 패터닝된 절연막(insulator) 경계면에서 PEDOT : PSS층이 두꺼워지는 문제점을 불소 습윤제를 사용하여 해결하였다.
앞서 설명한대로 슬롯다이 코팅에는 공정변수가 많이 존재한다. 본 연구에서는 균일 박막이 코팅될 수 있는 몇 가지 공정 변수들을 고정하고 코팅 속도(1 ~ 7 mm/sec)에 따른 코팅 박막의 변화를 관찰하였다. Table 1은 실험에서 사용한 슬롯다이 코팅 공정변수와 각각의 고정값을 요약하였다.
8과 같이 소자 효율을 측정하였다. 슬롯다이 코팅된 PEDOT : PSS를 갖는 OLED 소자의 효율특성을 비교/분석하기 위해 스핀 코팅된 PEDOT : PSS를 이용하여 test OLED 소자를 제작하였다. 슬롯다이 코팅된 PEDOT : PSS를 갖는 OLED 소자는 1,000nit 휘도에서 효율 25.
특히 패터닝된 절연막(insulator) 경계면에서 PEDOT : PSS층이 두꺼워지는 문제점을 불소 습윤제를 사용하여 해결하였다. 이렇게 슬롯다이 코팅된 PEDOT : PSS 박막을 이용하여 녹색 인광 OLED 소자를 제작하였으며 스핀코팅(spin coating)된 PEDOT : PSS를 이용하여 제작된 기준(reference) OLED 소자와 특성을 비교/분석하였다.
본 연구에서는 OLED 소자를 구성하는 여러 층 중에서 정공 주입층(Hole injection layer, HIL)으로 poly(3,4-ethylenedioxythiophene) : poly(4-styrenesulfonate) (PEDOT : PSS)을 slot-die coater를 이용하여 50 nm 두께의 고균일 박막으로 제작하였다. 특히 패터닝된 절연막(insulator) 경계면에서 PEDOT : PSS층이 두꺼워지는 문제점을 불소 습윤제를 사용하여 해결하였다. 이렇게 슬롯다이 코팅된 PEDOT : PSS 박막을 이용하여 녹색 인광 OLED 소자를 제작하였으며 스핀코팅(spin coating)된 PEDOT : PSS를 이용하여 제작된 기준(reference) OLED 소자와 특성을 비교/분석하였다.

대상 데이터

HIL용 aqueous PEDOT : PSS 물질은 Clevios 사의 AI 4083 모델을 사용하였다. PEDOT : PSS 물질을 패터닝된 절연막을 갖는 ITO(indium-tin-oxide) glass 기판 위에 코팅할 경우 절연막이 비탈(bank)를 형성하여 경계면 주변으로 PEDOT : PSS 코팅액이 쌓이는 현상이 나타난다.
1는 녹색 인광(green phosphorescent) OLED 소자 구조이다. ITO glass 기판 위에 HIL층으로 PEDOT : PSS물질을 슬롯다이 코팅 후 정공 수송층 (Hole transport layer, HTL)으로 40-nm-thick KHT-001(덕산네오룩스), 발광층(Emission layer, EML)으로 15-nm-thick 4,4'-bis(N-carbazolyl)-1,1'-biphenyl (CBP), 정공 차단층(Hole blocking layer, HBL)으로 10-nmthick 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (Bphen), 전자 수송층(Electron transport layer, ETL)으로 30-nm-thick LG201(LG화학), 전자 주입층(Electron injection layer, EIL)으로 1-nm-thick lithium fluoride (LiF), 마지막으로 cathode층으로 100-nm-thick aluminum (Al)을 증착하였다. EML층에는 녹색 인광 발광물질로 fac-tris (2-phenylpyridine)iridium (Ir(ppy)₃)을 8 wt% 도핑하였다.

성능/효과

본 논문에서는 슬롯다이 코팅방식을 이용하여 제작된 PEDOT : PSS 필름의 박막 특성 및 소자 적용에 대해 연구하였다. 스핀 코팅된 기준 필름 및 이를 이용하여 제작된 OLED 소자와 비교하여 거의 비슷한 특성(두께균일도, 표면거칠기, 효율, 발광균일도)을 얻었다. 향후 PEDOT : PSS HIL층뿐만 아니라 여러 유기층을 갖는 대면적 OLED 면광원을 slot-die coater로 제작하기 위해서는 chemical orthogonality를 갖는 유기용매를 이용한 다층 slot-die coating 공정기술에 대한 연구가 필요하다.
91%의 두께 균일도를 얻었다. 이 결과는 슬롯다이 코팅공정을 이용하여 대면적 OLED 면광원이 요구하는 박막 두께 균일도 특성을 만족할 수 있음을 보여준다.

후속연구

스핀 코팅된 기준 필름 및 이를 이용하여 제작된 OLED 소자와 비교하여 거의 비슷한 특성(두께균일도, 표면거칠기, 효율, 발광균일도)을 얻었다. 향후 PEDOT : PSS HIL층뿐만 아니라 여러 유기층을 갖는 대면적 OLED 면광원을 slot-die coater로 제작하기 위해서는 chemical orthogonality를 갖는 유기용매를 이용한 다층 slot-die coating 공정기술에 대한 연구가 필요하다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	Organic Light-Emitting Diode의 장점은?	Organic Light-Emitting Diode (OLED)는 얇고 가벼우며 투명 및 flexible 소자 제작이 가능하여 주로 반도체 조명(solid-state lightings)과 평판 디스플레이(flat panel displays) 분야에 응용된다[1]. 일반적으로 OLED소자 제작 방식은 진공공정(vacuum process)과 습식공정(solution process)으로 나뉜다.
	OLED는 어느 분야에 이용되는가?	Organic Light-Emitting Diode (OLED)는 얇고 가벼우며 투명 및 flexible 소자 제작이 가능하여 주로 반도체 조명(solid-state lightings)과 평판 디스플레이(flat panel displays) 분야에 응용된다[1]. 일반적으로 OLED소자 제작 방식은 진공공정(vacuum process)과 습식공정(solution process)으로 나뉜다.
	Organic Light-Emitting Diode소자 제작방식은 어떻게 나뉘는가?	Organic Light-Emitting Diode (OLED)는 얇고 가벼우며 투명 및 flexible 소자 제작이 가능하여 주로 반도체 조명(solid-state lightings)과 평판 디스플레이(flat panel displays) 분야에 응용된다[1]. 일반적으로 OLED소자 제작 방식은 진공공정(vacuum process)과 습식공정(solution process)으로 나뉜다. 진공 열증착(thermal evaporation) 방식은 현재 상용제품 제작 시 가장 많이 사용되지만 source 효율이 낮고 tact time이 길며 무엇보다 초기 투자비가 높은 단점이 있다.

참고문헌 (6)

Tang, C. W., and Vanslyke, S. A., "Organic electroluminescent diodes," Appl. Phys. Lett., Vol. 51, pp. 913-915, 1987.

상세보기
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Tseng, S.-R., "Multilayer polymer light-emitting diodes by blade coating method," Appl. Phys. Lett., Vol. 93, pp. 153308, 2008.

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Carvalho, M. S., "Low-Flow Limit in Slot Coating: Theory and Experiments," AlChE J., Vol. 46, pp. 1907-1917, 2000.

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Lin, C. F., Wong, D. S., Liu, T., and Wu, P., "Operating Windows of Slot Die Coating: Comparison of Theoretical Predictions with Experimental Observations," Adv. Polymer Tech., Vol. 29, pp. 31-44, 2010.

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Lee, B. K., and Lee, K. M., "Effect of the Surface Roughness of ITO Thin Films on the Characteristics of OLED Device," J. of The Korean Society of Semiconductor & Display Equipment Technology, Vol. 8, No. 4, pp. 49-52, 2009.

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