In order to study current-voltage-luminance and impedance characteristics according to elapsed time, a blue fluorescent OLED was fabricated. The current density and luminance gradually decreased in accordance with elapsed time and did not emit light after 480 hours, and the threshold voltage increas...
In order to study current-voltage-luminance and impedance characteristics according to elapsed time, a blue fluorescent OLED was fabricated. The current density and luminance gradually decreased in accordance with elapsed time and did not emit light after 480 hours, and the threshold voltage increased as time elapsed. The Cole-Cole plot was a semicircular shape of a very large size at 2 V of the applied voltage below the threshold voltage, and the maximum value of the real number impedance did not change greatly from 9314.5 to $9902.2{\Omega}$ as time elapsed. Applied voltages 4, 6, and 8 V above the threshold voltage showed a large change in the real number impedance value at the semicircle end to 9,678.2, 9,826, $9,535.4{\Omega}$ according to the elapsed time from 2,222.5, 183.7, $48.2{\Omega}$ immediately after fabricating the device. By increasing the applied voltage beyond the threshold voltage just after device fabrication, the energy difference between the device and the organic layer was overcome and the current flowed, the maximum value of the real number impedance sharply decreased. As time passed, current did not flow through the element even at high applied voltage due to degradation of the element, and even when the applied voltage was higher than the threshold voltage, it showed an impedance value such as applied voltage equal to or less than the threshold voltage. As a result, it can be learned that the change in the impedance with elapsed time reflects the characteristics due to the degradation of the OLED and can predict the characteristics and lifetime of the OLED.
In order to study current-voltage-luminance and impedance characteristics according to elapsed time, a blue fluorescent OLED was fabricated. The current density and luminance gradually decreased in accordance with elapsed time and did not emit light after 480 hours, and the threshold voltage increased as time elapsed. The Cole-Cole plot was a semicircular shape of a very large size at 2 V of the applied voltage below the threshold voltage, and the maximum value of the real number impedance did not change greatly from 9314.5 to $9902.2{\Omega}$ as time elapsed. Applied voltages 4, 6, and 8 V above the threshold voltage showed a large change in the real number impedance value at the semicircle end to 9,678.2, 9,826, $9,535.4{\Omega}$ according to the elapsed time from 2,222.5, 183.7, $48.2{\Omega}$ immediately after fabricating the device. By increasing the applied voltage beyond the threshold voltage just after device fabrication, the energy difference between the device and the organic layer was overcome and the current flowed, the maximum value of the real number impedance sharply decreased. As time passed, current did not flow through the element even at high applied voltage due to degradation of the element, and even when the applied voltage was higher than the threshold voltage, it showed an impedance value such as applied voltage equal to or less than the threshold voltage. As a result, it can be learned that the change in the impedance with elapsed time reflects the characteristics due to the degradation of the OLED and can predict the characteristics and lifetime of the OLED.
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문제 정의
본 연구에서는 ITO (150 nm) / 2-TNATA (60 nm) / NPB (30 nm) / SH-1 : BD (1 vol.%, 30 nm) / Bphen (40 nm) / Liq (1 nm) / Al (100 nm)구조의 청색 형광 OLED에 대한 경과 시간에 따른 임피던스의 변화와 열화 특성에 대하여 연구하였다.임피던스와 전류-전압-휘도 특성을 24 시간 간격으로 측정하여 전류-전압-휘도 특성을 Cole-Cole plot과 연계하여 비교 분석하였다.
본 연구에서는 OLED의 인가전압에 따른 임피던스 변화와 OLED의 경과 시간에 따른 열화에 의한 임피던스 변화의 상관관계를 연구하기 위해 청색형광 OLED를 제작하였다. 인가전압과 경과 시간에 따른 OLED의 특성을 분석하기 위하여 전류-전압-휘도(I-V-L)와 임피던스 스펙트럼을 측정하였다.
제안 방법
이후 제작된 OLED의 음극 층 위에 NPB를100 nm 증착하여 소자의 급격한 변화를 방지하였다. OLED를 발광시키기 위하여 양극에 (+) 전압을 인가하고, 음극에 (-) 전압을 인가하는 전원 인가장치로 Keithley 2400을 사용하여 전압과 전류를 인가하였고, 소자에서 발광된 휘도 및 발광 스펙트럼은 Photo Research사의 PR-650 Spectrascan을 사용하여 측정하였다. 임피던스 스펙트럼은 KEYSIGHT사의 E4990A를 사용하여 측정하였다.
면저항 10 Ω/□의 ITO (Indium Tin Oxide)가 증착된 유리기판 위에 열 기상 증착 방법으로 1.0 × 10-6 torr 이하의 고진공에서 유기물은 1.2 Å/s, Liq는0.5 Å/s, Al은 2.5 Å/s의 증착 속도로 박막을 증착하여 OLED를 제작하였다.
본 연구에서는 OLED의 인가전압에 따른 임피던스 변화와 OLED의 경과 시간에 따른 열화에 의한 임피던스 변화의 상관관계를 연구하기 위해 청색형광 OLED를 제작하였다. 인가전압과 경과 시간에 따른 OLED의 특성을 분석하기 위하여 전류-전압-휘도(I-V-L)와 임피던스 스펙트럼을 측정하였다. 임피던스 스펙트럼 측정에 의한 Cole-Cole plot을전류-전압-휘도 특성과 연계하여 비교 분석하였다.
인가전압과 경과 시간에 따른 OLED의 특성을 분석하기 위하여 전류-전압-휘도(I-V-L)와 임피던스 스펙트럼을 측정하였다. 임피던스 스펙트럼 측정에 의한 Cole-Cole plot을전류-전압-휘도 특성과 연계하여 비교 분석하였다.
임피던스 측정을 위한 주파수는 20~2,000 Hz 범위에서 인가전압을 0V부터 2V 간격으로 변화시켜 8V까지 측정하였다. 임피던스 스펙트럼의 측정은 교류 신호500 mV의 진폭으로 진행하였고, 모든 측정은 별도의 전압 인가 없이 25oC에서 습도 40%인 상태로 보관하며 24시간의 간격을 두고 진행하였다.
임피던스 스펙트럼은 KEYSIGHT사의 E4990A를 사용하여 측정하였다. 임피던스 측정을 위한 주파수는 20~2,000 Hz 범위에서 인가전압을 0V부터 2V 간격으로 변화시켜 8V까지 측정하였다. 임피던스 스펙트럼의 측정은 교류 신호500 mV의 진폭으로 진행하였고, 모든 측정은 별도의 전압 인가 없이 25oC에서 습도 40%인 상태로 보관하며 24시간의 간격을 두고 진행하였다.
%, 30 nm) / Bphen (40 nm) / Liq (1 nm) / Al (100 nm)구조의 청색 형광 OLED에 대한 경과 시간에 따른 임피던스의 변화와 열화 특성에 대하여 연구하였다.임피던스와 전류-전압-휘도 특성을 24 시간 간격으로 측정하여 전류-전압-휘도 특성을 Cole-Cole plot과 연계하여 비교 분석하였다. 전류밀도와 휘도는 경과 시간에 따라 점차 감소하여 480 시간 이후부터는 발광하지 않았고, 문턱전압은 시간이 경과함에 따라 증가하였다.
대상 데이터
청색 형광 OLED는 ITO 150 nm / 2-TNATA (4,4,4-tris2-naphthylphenyl-amino-triphenylamine) 60 nm / NPB (N,N′-bis-(1-naphyl)-N,N' -diphenyl-1,1'-biphenyl-4,4'-dia mine) 30 nm / SH-1 : BD (1 vol.%) 30 nm / Bphen (4-7–diphenyl-1,10-phenanlhroline) 40 nm / Liq (8-Hydroxyquinoli-nolatolithium) 1 nm / Al 100 nm 순으로 제작하였다.
이론/모형
OLED를 발광시키기 위하여 양극에 (+) 전압을 인가하고, 음극에 (-) 전압을 인가하는 전원 인가장치로 Keithley 2400을 사용하여 전압과 전류를 인가하였고, 소자에서 발광된 휘도 및 발광 스펙트럼은 Photo Research사의 PR-650 Spectrascan을 사용하여 측정하였다. 임피던스 스펙트럼은 KEYSIGHT사의 E4990A를 사용하여 측정하였다. 임피던스 측정을 위한 주파수는 20~2,000 Hz 범위에서 인가전압을 0V부터 2V 간격으로 변화시켜 8V까지 측정하였다.
성능/효과
그림 3은 경과 시간에 따른 청색 형광 OLED의인가전압에 따른 발광휘도를 나타낸 것이다. 경과시간에 따른 인가전압 10 V에서의 발광휘도는 0, 24, 48, 72, 120, 240, 480 시간이 경과하였을 때 각각 1,151, 750.4, 555.5, 398.9, 246.2, 13.9, 0 cd/m2로 점차 감소하는 경향을 나타내었다. 경과 시간에 따른 발광 휘도의 감소는 그림 2의 경과 시간에 따른 전류밀도의 변화와 유사한 경향을 나타내었다.
그림3에서 측정된 문턱전압 4V 미만에서는 소자의 임피던스 값이 매우 크고, 인가전압의 증가에 의한 임피던스 값의 변화는 적었다. 그러나 문턱전압 미만인 2V에서 문턱전압 이상인 4V로 인가전압이 증가함에 따라 임피던스 값은 매우 큰 폭으로 감소하고, 4 V이상의 인가전압에서도 임피던스 값은 점차 감소하였다. 문턱전압 이상으로 인가전압이 증가함에 따라 임피던스가 급격히 감소하는 것은 그림 2와 같이 에너지 장벽을 극복하고 흐르는 전자와 정공의 증가에 의하여 전류의 흐름이 원활하게 되어 나타난 현상으로 설명 할 수 있다.
시간 경과에 따라 열화가 진행된 후 반원이 끝나는 실수 임피던스의 최댓값은 일정한 경향을 나타내었다. 따라서 열화전후의 임피던스 변화는 각 유기층의 특성 변화나 각 계면에서 전하의 이동 때문으로 판단되며, 이를 통해 OLED의 열화에 대한 특성 분석이 가능함을 알 수 있었다.
그림 5와 그림 6에서 실수 임피던스의 최댓값은 4, 6, 8 V에서 288, 480, 552 시간 경과 후 0, 2 V와 유사한 값을 나타내었으나, 임피던스 스펙트럼의 모양은 4, 6, 8V에서 각각 384, 576, 600 시간 경과 후에 유사한 형태를 나타내어 차이를 나타내었다. 이 결과는 4, 6, 8V에서 경과 시간288, 480, 552에는 에너지 장벽을 극복하고 흐르는 전류가 존재하고, 각각 384, 576, 600 경과 후에는 에너지 장벽을 극복하고 흐르는 전류가 소멸되어 문턱전압 미만인 경우와 유사한 임피던스 특성을 나타내는 것으로 판단된다.
5, 5, 7 V로 측정되었고, 480시간 일 때는 소자가 구동되지 않았다. 이것으로 소자 제작 후 시간이 경과함에 따라 문턱전압이 증가하는 것을 확인 할 수 있었다. 경과 시간에 따른 문턱전압의 증가는 소자의 열화에 의한 전류밀도의 감소와 발광휘도의 감소에 의한 결과로 설명할 수 있다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
경과 시간에 따른 발광 휘도의 감소의 원인은 무엇인가?
경과 시간에 따른 발광 휘도의 감소는 그림 2의 경과 시간에 따른 전류밀도의 변화와 유사한 경향을 나타내었다. 경과 시간에 따른 발광 휘도의 감소는 소자의 열화에 의하여 OLED에 흐르는 전류밀도가 감소하여 나타난 현상으로 판단된다. 발광휘도 1 cd/m2를 나타내는 문턱전압의 경우 소자 제작 직후인 0 시간에서는 4V를 나타내었지만 소자 제작 후 24, 72, 240 시간에서 각각 4.
유기전계발광소자가 갖고 있는 한계점은 무엇인가?
유기전계발광소자(Organic light emitting diode : OLED)는 낮은 전력 소모, 빠른 응답 속도 및 넓은 시야각 등의 많은 장점으로 중요한 디스플레이 기술이 되고 있다 [1]. 그러나 아직까지 고효율, 장 수명을 가지는 발광재료 및 전하수송재료, 전하주입재료, 유기박막 성막방법, 봉지방법, 구동회로 등 개선해야 할 과제가 남아있다 [2]. 효율적인 유기전계발광소자를 구현하기 위하여 전하 운반자의 주입과 수송이 중요한 요소로 전하 운반자의 주입과 수송메커니즘에 대한 연구가 필요하다 [3].
임피던스 분광법이란 무엇인가?
효율적인 유기전계발광소자를 구현하기 위하여 전하 운반자의 주입과 수송이 중요한 요소로 전하 운반자의 주입과 수송메커니즘에 대한 연구가 필요하다 [3]. 임피던스 분광법 (Impedance spectroscopy)은 검출 신호로 작은 진폭의 정현파에 기초한 하나의 분광 측정법으로 전하 운반자 수송을 결정하는 중요한 물리량인 전하 운반자의 이동도를 측정할 수 있는 도구가 될 수 있다 [4-5]. 또한, 전하 운반자의 이동도 및 재결합, 수명 등 OLED 동작을 지배하는 장치 및 물리량의 등가회로를 결정 할 수 있다 [6].
참고문헌 (9)
E. K. Nam, H. Park, K. Park, M. R. Moon, S. Sohn, D. Jung, J, Yi, H, Chae, H. Kim, Electroluminescence and impedance analyses of organic light emitting diodes using anhydride materials as cathode interfacial layers, Thin Solid Films, 517 (2009) 4131-4134.
K. Y. Lee, S. I. Kim, J. Y. Kim, K. E. Kwon, Y. W. Kang, J. W. Son, J. W. Jeon, M.C. Kim, C.W. Lee, The Study of Ag Thin Film of Suitable Anode for T-OLED: Focused on Nanotribology Methode, Journal of the Korean Vacuum Society, 21 (2012) 328-332.
G. Chauhan, R. Srivastava, P. Tyagi, A. Kumar, P.C. Srivastava, M.N. Kamalasanan, Frequency dependent electrical transport properties of 4,4',4"-tris (N-3-methylphenyl-N-phenylamine) triphenylamine by impedance spectroscopy, Synthetic Metals, 160 (2010) 1422-1426.
S. Ishihara ,H. Hase, T. Okachi, H. Naito, Determination of charge carrier mobility in tris(8-hydroxy-quinolinato) aluminum by means of impedance spectroscopy measurements, Organic Electronics, 12 (2011) 1364-1369.
Chao Tang, H. Xu, X.L. Wang, W. Liu, R.L. Liu, Z. Rong, Q.L. Fan, W. Huang, Study of carrier mobility of N,N'-diphenyl-N,N'bis(1,1'-biphenyl)-4,4'-diamine (NPB) by transmission line model of impedance spectroscopy,, Thin Solid Films, 542 (2013) 281-284.
H. Hase, T. Okachi, S. Ishihara, T. Nagase, T. Kobayashi, H. Naito, Impedance spectroscopy for high resolution measurements of energetic distributions of localized states in organic semiconductors, Thin Solid Films, 554 (2014) 218-221.
Y. H. Park, Yongmin Kim, Optimization of organic light-emitting diode containing hydrochlorosilole electron transport layer through impedance spectroscopy analysis, Current Applied Physics, 13 (2013) 336-339.
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