[논문]무기 전자 수송층으로 TiO2 나노입자를 사용한 다양한 양자점 전계발광 소자의 특성 비교 연구

김문본; 윤창기; 김지완

doi:10.6117/kmeps.2019.26.3.071

초록
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본 연구는 발광층으로의 전자 주입을 억제하기 위해 ZnO 나노입자보다 낮은 전자 이동도를 갖는 $TiO_2$ 나노입자를 무기 전자 수송층으로 사용하여 standard와 inverted 두 가지 구조의 양자점 전계발광 소자를 제작하고 그 특성을 비교하였다. Standard 구조의 소자에서는 전류 밀도가 낮은 것에 비해 inverted 구조의 소자에서는 전류 밀도가 매우 높은 것을 확인하였다. 휘도의 경우 inverted 구조의 소자가 standard 구조의 소자보다 더 높았지만 높은 전류 밀도로 인해 낮은 전류 효율을 나타냈다. 또한 전류 밀도가 높은 만큼 구동 전압이 높았으며, 방출 파장 스펙트럼에서 적색 편이를 확인하였다. Standard 구조의 소자에서 나타난 낮은 전류 밀도를 통해, $TiO_2$ 나노입자가 양자점 전계발광 소자에서 전자 주입을 억제할 수 있는 가능성을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we fabricated two standard and inverted quantum dot light emitting diodes (QLEDs) using $TiO_2$ nanoparticles (NPs) with lower electron mobility than ZnO NPs as inorganic electron transport layer to suppress electron injection into the emitting layer. Current density was mu...

In this study, we fabricated two standard and inverted quantum dot light emitting diodes (QLEDs) using $TiO_2$ nanoparticles (NPs) with lower electron mobility than ZnO NPs as inorganic electron transport layer to suppress electron injection into the emitting layer. Current density was much higher for the inverted QLEDs than the standard ones. The inverted QLEDs were brighter, but showed low current efficiency due to the high current density. In addition, as the current density was higher, the driving voltage was higher, and the red shift was confirmed in the emission wavelength spectrum. The low current density in the standard structured devices showed that the possibility that $TiO_2$ NPs could suppress the electron injection in the QLEDs.

주제어

표/그림 (4)

그림 Fig. 1. Cross-sectional structures of (a) standard and (b) inverted QLEDs.
그림 Fig. 2. Characteristics of (a) current density-voltage, (b) luminancevoltage and (c) current density-currentefficiency of standard structured QLEDs.
그림 Fig. 3. Characteristics of (a) current density-voltage, (b) luminancevoltage and (c) current density-current efficiency of standard and inverted structured QLEDs.
그림 Fig. 4. EL spectra of standard and inverted structured of QLEDs. The inset shows the green emission from 2.5 mm × 2.5 mm pixels.

AI 본문요약
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문제 정의

이번 연구에서는 위와 같은 방법이 아닌 전자 이동도가 낮은 물질을 선택하여 전자의 주입 속도를 늦추고자 하였다. TiO₂는 독성이 없으며 화학적 안정성이 있고 높은 이방성을 갖는 재료로써 다양한 분야에서 사용되는 물질이다.

제안 방법

⁹⁾ 또한 TiO₂ 나노입자는 여러 분야에서 전자 수송층으로 사용되어왔으며, ZnO 나노입자보다 전자 이동도가 느린 특징이 있다.^10-12) TiO₂ 나노입자는 DuPont 社의 Tyzor 131 Organic Titanate를 희석하여 사용하였으며 standard 구조와 inverted 구조의 소자를 각각 제작하여 특성을 비교하였다.

대상 데이터

Standard 구조 양자점 전계발광 소자의 구조는 ITO/PEDOT:PSS/TFB/QDs/TiO₂/Al 형태이며 Al을 제외한 모든 물질들은 스핀 코팅 방법을 사용하였다. 먼저, ITO 기판을 IPA, deionized water를 이용해 세척하고 물기를 제거한다.

데이터처리

1%와 2%, 두 가지 농도로 희석한 Tyzor 131 Organic Titanate 제품을 전자 수송층으로 사용하여, standard 구조의 양자점 전계발광 소자를 제작하고 그 특성을 Fig. 2에서 비교하였다. Fig.
효율이 더 높게 나온 1% TiO₂ 나노입자 용액을 사용하여 standard와 inverted 구조의 두 가지 다른 양자점 전계발광 소자를 제작하여 특성을 비교하여 Fig. 3에 나타내었다. standard 구조의 소자와 비교했을 때 inverted 구조의 소자에서는 발광층-정공 수송층간의 에너지 장벽은 감소하였으며 정공의 이동이 원활해져 Fig.

성능/효과

24 cd/A로 나타났다. Standard 구조의 소자에서는 최고 휘도 365 cd/m², 최고 효율 6.87 cd/A였으며, 휘도가 낮음에도 낮은 전류 밀도로 인해 더 높은 효율을 나타냈다. 이러한 결과는 낮은 전자 이동도를 갖는 TiO₂ 나노입자가 양자점 전계발광 소자의 무기 전자 수송층으로 응용될 수 있는 가능성을 보여준다.
나노입자를 전자 수송층으로 사용하여 standard 및 inverted 구조의 양자점 전계발광 소자를 제작하여 특성을 확인하였다. 두 소자의 방출 파장은 8 nm의 차이를 보였으며 inverted 구조의 소자에서 높은 전류 밀도와 함께 최고 휘도 1,048 cd/m², 최고 효율 0.24 cd/A로 나타났다. Standard 구조의 소자에서는 최고 휘도 365 cd/m², 최고 효율 6.
휘도 역시 높은 전류로 인해 1,048 cd/m²으로 standard 구조 소자의 365 cd/m²보다 더 높게 나타났다. 전류 밀도의 증가에 따라 휘도도 계속해서 증가함에 따라 최대 휘도의 전압은 inverted 구조에서 더 높은 것을 알 수 있었다. 하지만 Fig.

후속연구

87 cd/A였으며, 휘도가 낮음에도 낮은 전류 밀도로 인해 더 높은 효율을 나타냈다. 이러한 결과는 낮은 전자 이동도를 갖는 TiO₂ 나노입자가 양자점 전계발광 소자의 무기 전자 수송층으로 응용될 수 있는 가능성을 보여준다.

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