[논문]저가격 투명전극을 이용한 OLED의 제작

이붕주; 신백균; 유도현; 지승한; 이능헌; 박강식

저가격 투명전극을 이용한 OLED의 제작
Fabrication of OLED using low cost transparent conductive thin films 원문보기

이붕주 (남서울대학교) , 신백균 (인하대학교) , 유도현 (안산공과대학) , 지승한 (경원대학교) , 이능헌 (경원대학교) , 박강식 (대덕대학)

Low cost TCO(Transparent Conductive oxide) thin films were prepared by 3" DC/RF magnetron sputtering systems. For the AZO preparation processes a 99.99% AZO target (Zn: 98 wt.%, $Al_2O_3$: 2 wt.%) was used. In order to verify feasibility of the AZO thin films to organic light emitting device (OLED) application, test organic light emitting device was fabricated based on AZO as TCO, TPD as hole transporting layer (HTL), Alq3 as both emitting layer (EML) and electron transporting layer (ETL), and aluminium as cathode, where the both ITO and AZO surfaces were treated using $O_2$ RF plasma. The I-V characteristics of the AZO/TPD/Alq3/Al OLEDs were evaluated. As the results, the performance of the OLEDs with AZO as transparent conducting anode could be useable.

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문제 정의

제작하는데 그 목적을 두고 있다. 더불어 계면에서의 플라즈마처리를 통한 효율특성도 확인해 보았다.
)의 도움을 받아 신뢰성 있는 3" DC-RF sputter를 이용하여 투명전극을 제조하였다. 또한 최적공정조건 수립과 더불어 재료 조성 설계를 통한 향후 투명전극의 활용성을 더욱더 크게 하기 위한 것을 목적으로 한다.
본 논문에서는 저가격투명전극을 활용하기 위해 AzO박막을 Magen -tron sputter로 제조하였고, 제조된 저가격투명전극을 활용하여 유기발광소자를 제작하는데 그 목적을 두고 있다. 더불어 계면에서의 플라즈마처리를 통한 효율특성도 확인해 보았다.

제안 방법

본 연구에서는 박막을 형성하기 위해 아텍시스템(A-Tech system Co. Ltd.)의 도움을 받아 신뢰성 있는 3" DC-RF sputter를 이용하여 투명전극을 제조하였다. 또한 최적공정조건 수립과 더불어 재료 조성 설계를 통한 향후 투명전극의 활용성을 더욱더 크게 하기 위한 것을 목적으로 한다.
0 [㎜]의 줄패턴으로 포토공정을 이용하여 wet etching법으로 패터닝하였다. ITO 대비 저가격전극의 전기적 특성 향상을 위해 전극표면을 플라즈마 표면처리를 하였다. 이 플라즈마 처리에 의핸 효과는 이전논문[3]에 많은 효과를 보였기에 특성향상을 위한 좋은 방법이라 생각된다.
각각의 유기물 증착과 Al증착은 themal evaporation법을 이용하여 증착하였다. 각각의 두께 측정을 위해 thickness sensor를 사용하여 제어하였다. 최종의 발광면적은 22 [㎜] 의 줄패턴형식의 대향방전형식이다.
이렇게 유기 발광소자의 설계에 있어서 일함수의 매칭이 중요한 이유는 발광소자에서는 투명 전도성 박막의 낮은 일함수와 고분자 발광재료의 높은 일함수 때문에 생기는 일함수 차이가 발광소자의 수명을 결정하는 인자중의 하나로 보고되어지고 있는데[2], 이러한 문제를 UV-ozone or oxygen plasma처 리를 통한 일함수의 조절을 행하고 있다. 본 과제에서는 플라즈마 처리에 의한 투명전극 전처리 및 Buffer layer 형성을 위하여 자체 제작한 플라즈마중합 장비를 이용하였다.
이때 측정은 Probe 시스템을 이용하여 신뢰성 높은 contact상태에서 측정하였다.
이와 같은 결과들을 통해 저가격 투명전도막의 형성은 가능하며, 이를 이용한 유기발광소자(OLED)의 제작 및 발광특성을 확인하였다. 발광 특성 향상을 위한 플라즈마처리 효과는 이전 발표된 ITO전극을 이용한 유기발광소자와 동일한 결과값을 얻을 수 있었다.
전류, 전압 및 휘도 측정은 SMU(Source Measurement Unit ; Keithly Model 2400) 과 휘도계(TOPCON, BM-8)을 사용하였고, 측정시스템 구성은 PC와 자체 제작한 Labview 프로그램을 이용하여 RS-232C 인터페이스를 통해 측정장비의 제어와 전류, 전압을 동시에 측정하였다. 이때 측정은 Probe 시스템을 이용하여 신뢰성 높은 contact상태에서 측정하였다.
즉 본 실험에서는 양극으로 AZO전극을 사용하였고 특성향상을 위한 O2 플라즈마처 리를 한후 정공 전달층(Hole transport layer : HTL)으로 TPD를 사용하고 그 위에 발광물질인 Alq3를 입힌 이층 구조의 소자를 제작하였고, 음극으르는 전자들이 잘 유입되도록 Al을 전극을 이용하여 소자를 제작하였다. 각각의 유기물 증착과 Al증착은 themal evaporation법을 이용하여 증착하였다.

이론/모형

즉 본 실험에서는 양극으로 AZO전극을 사용하였고 특성향상을 위한 O2 플라즈마처 리를 한후 정공 전달층(Hole transport layer : HTL)으로 TPD를 사용하고 그 위에 발광물질인 Alq3를 입힌 이층 구조의 소자를 제작하였고, 음극으르는 전자들이 잘 유입되도록 Al을 전극을 이용하여 소자를 제작하였다. 각각의 유기물 증착과 Al증착은 themal evaporation법을 이용하여 증착하였다. 각각의 두께 측정을 위해 thickness sensor를 사용하여 제어하였다.
전극 위의 유기물을 제거하기 위해 아세톤, 알콜 및 증류수를 이용하여 세척한 후 전극의 패터닝을 위해 2.0 [㎜]의 줄패턴으로 포토공정을 이용하여 wet etching법으로 패터닝하였다. ITO 대비 저가격전극의 전기적 특성 향상을 위해 전극표면을 플라즈마 표면처리를 하였다.

성능/효과

발광 특성 향상을 위한 플라즈마처리 효과는 이전 발표된 ITO전극을 이용한 유기발광소자와 동일한 결과값을 얻을 수 있었다. 즉, 저가격전극을 활용한 유기발광소자의 개발은 가능함을 알았다.
그림에서 볼 수 있들이 AZO 전극을 활용한 유기발광소자의 발광특성을 볼 수 있는 것을 알 수 있다. 즉, 저가격전극을 이용한 유기발광소자의 발광특성을 얻을 수 있었다. 또한, O2플라즈마 처리에 따른 I-V특성은 플라즈마 처리를 함으로써 turn on voltage 및 동일전압에서의 전류(휘도)가 상승하는 것을 알 수 있다.
발광 특성 향상을 위한 플라즈마처리 효과는 이전 발표된 ITO전극을 이용한 유기발광소자와 동일한 결과값을 얻을 수 있었다. 즉, 저가격전극을 활용한 유기발광소자의 개발은 가능함을 알았다. 이런점들을 고려하여저가격투명전극에 대한 연구활동은 전극특성 최적화 작업 및 소자 발광 효율 특성 향상을 위한 표면활성화 방안에 대한 연구활동이 지속적으로진행되야 할 것으로 생각된다.

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