공액고분자 전해질 전자수송층을 이용하는 고분자 발광소자의 정전용량을 측정하는 것은 전류밀도-전압-발광특성을 측정하는 방법과 더불어 전자수송층으로서 공액고분자 전해질의 기능을 이해하기 위한 소자물리 연구에서 중요한 정보를 제공해준다. 본 연구에서는 고분자 전해질의 반대 이온의 종류에 따라 저주파수 영역에서 정전용량의 거동이 변화하는 것으로부터 전하 주입의 메카니즘에서 차이점이 있음을 분석하였다. 정전용량 모델을 이용한 분석은 전자주입 메카니즘이 음극/전자수송층/발광층 사이의 계면에서 발생하는 쌍극자 배열 또는 전하수송체의 축적에 의한 것임을 나타내었다.
차세대 디스플레이로서 각광을 받고 있는 OLED는 현재 많은 기업과 대학 연구소에서 연구가 활발히 진행중이다. 현재 12인치 이하에서 양산이 되고 있는 저분자 OLED에 비해 고분자 OLED는 공정이 간단하고 대화면, flexible 디스플레이가 가능하다는 많은 장점을 가지고 있지만 소자의 신뢰성과 안정성에 문제를 갖고 있다. 본 논문에서는 ITO/PEDOT:PSS/MEH-PPV/Al 구조를 갖는 유기발광다이오드를 제작하여 전기 광학적 특성을 조사하였다. 제작된 소자의 구조를 최적화시키기 위하여 ITO 기판의 열처리 효과와 패턴폭에 따른 면저항을 측정하고, 발광효율을 극대화시키기 위하여 다층구조로서 정공수송층인 PEDOT:PSS를 첨가시켜 박막의 표면상태를 향상시켜 ITO기판에서 발광층인 MEH-PPV로의 정공수송을 원활하여 효율을 증대시키려 하였다. 이렇게 형성된 소자에 발광물질인 MEP-PPV의 농도를 0.1, 0.3, 0.5, 0.7, 0.9, $1.5wt\%$로 변화시켜 박막을 형성하고 $3{\times}10^{-6}Torr$ 상태의 고진공에서 Al 전극을 증착시켜 제작된 소자의 전기${\cdot}$광학적 특성을 측정, 비교하였다.
본 연구에서는 ITO/PEDOT:PSS//PFO:MEH-PPV/LiF/Al 구조를 갖는 고분자 유기발광다이오드를 제작하여 발광 도펀트인 MEH-PPV의 농도에 따른 황색 PLED 소자의 전기 광학적 특성에 대하여 조사하였다. MEH-PPV의 농도를 각각 6, 7, 8, 9, 10 wt% 로 변화시켜 소자를 평가한 결과 9 wt%의 농도에서 가장 우수한 전기 및 광학적 특성을 보였으며, 16 V의 인가전압에서 약 630 cd/$m^2$의 휘도 특성과 256 mA/$cm^2$의 전류밀도 특성이 관찰되었다. 또한 10 wt%의 소자에서는 오히려 낮은 광학적 특성이 관찰되어 9 wt%에서 도펀트의 농도가 포화됨이 관찰되었고, 제작된 소자의 색좌표 (CIE coordiante)는 모든 소자에서 (x, y = 0,49, 0.49)로 거의 동일하게 나타났다.
본 연구에서는 ITO/PEDOT:PSS/PFO:MEH-PPV/LiF/Al의 구조를 갖는 고분자 유기발광다이오드를 제작하여 정공 주입층으로 사용되는 PEDOT:PSS의 두께 변화와 PVK 정공 수송층을 도입하여 ITO/PEDOT:PSS/PVK/PFO:MEH-PPV/LiF/Al 구조를 갖는 고분자 유기발광 다이오드를 제작하여 정공수송층이 유기발광다이오드의 전기 광학적 특성에 미치는 영향에 대하여 조사, 비교하였다. 실험에 사용된 모든 유기물은 플라즈마 처리된 ITO/glass 기판위에 스핀 코팅법으로 도포하였다. 정공 주입층인 PEDOT:PSS 두께를 약 80 nm에서 50 nm로 감소한 경우 PLED 소자의 휘도는 약 $220cd/m^2$ 에서 $450cd/m^2$으로 크게 증가하였다. 이러한 결과는 정공 주입층의 두께가 감소할수록 ITO 전극에서 발생한 정공이 보다 쉽게 발광막으로 전달되기 때문이다. 또한 PVK 정공 수송층을 도입한 PLED소자에서 최대 전류밀도와 휘도는 $268mA/cm^2$ 와 $540cd/m^2$ (at 12V)의 값을 각각 나타내었다. PVK 정공 수송층이 도입되지 않은 소자에 비해 전류밀도는 약 14%, 휘도는 약 22%의 특성개선을 나타내었다.
ITO(Indium tin oxide)glass 기판 위에 PEDOT:PSS[poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly (styrene sulfonate)]와 PVX[poly(N-vinyl carbazole)] 고분자 물질을 정공 주입 및 수송층으로, 발광층으로 PFO-poss[Poly(9,9-dioctylfluorenyl-2,7-diyl) end capped with poss]를 사용하여 ITO/PEDOT:PSS/PVK/PFO-poss/LiF/Al 구조의 고분자 발광다이오드를 제작하였다. 이때 스핀코팅을 위한 발광 유기재료의 농도와 열처리 온도가 소자의 전기적, 광학적 특성에 미치는 영향을 조사하였다. 동일한 PFO-poss 농도에서 열처리 온도가 $100^{\circ}C$에서 $200^{\circ}C$로 증가할 경우 PLED 소자의 전류밀도와 휘도특성이 증가하는 경향을 나타내었다. 1.0 wt% 농도를 갖는 PFO-poss 유기물 발광충을 $200^{\circ}C$ 온도로 열처리 할 경우 $958\;cd/m^{2}$의 최대 휘도를 나타내었으며 발광파장은 523 nm 녹색계통의 파장이 크게 증가하여 청백색에 가까운 발광을 나타내었다. PFO-poss 농도증가(0.5 wt%에서 1.0 wt%)와 함께 PLED 소자의 열처리 온도를 $100^{\circ}C$에서 $200^{\circ}C$로 증가할 경우 CIE 색좌표는 청색 (x, y : 0.17, 0.14)에서 청백색 (x, y = 0.29, 0.41)발광으로 천이하는 경향을 나타내었다.
ITO/glass 기판 위에 발광물질로서 poly(2-methoxy-5-(2-ethylhexoxy)-1,4-phenylenevinylene (MEH-PPV)를 이용하여 스핀코팅법(spin coating)으로 Glass/ITOM/MEH-PPV/Al 구조를 가지는 고분자 유기 발광 다이오드를 제작하였다. MEH-PPV 박막형성시 열처리온도에 따른 다이오드의 전기적, 광학적 특성을 조사하였다. 열처리 온도를 $65^{\circ}C$에서 $170^{\circ}C$로 증가함에 따라 유기 발광다이오드의 발광휘도는 10V 인가전압에서 630 cd/$\m^2$에서 280 cd/$\m^2$로 크게 감소하였다. 또한 $65^{\circ}C$에서 열처리한 시료의 경우 약 2 lm/W의 최대 발광효율을 나타내었다. 이러한 결과는 높은 온도에서 열처리시 MEH-PPV 유기 형광층과 전극간의 상호반응에 의한 계면 거칠기의 증가와 새로운 절연층의 형성 등과 관련이 있는것으로 판단된다.
본 연구에서는 ITO/PEDOT:PSS/PFO-poss/LiF/Al 구조를 갖는 고분자 유기발광다이오드(PLED)를 제작하여 ITO 투명 전도막의 전처리 효과가 유기발광 다이오드의 특성에 미치는 영향에 대하여 조사하였다. 최적의 전처리 조건을 찾기 위하여 다양한 플라즈마 처리 조건에 다른 ITO 투명전도막의 표면형상의 변화와 전기적 특성을 관찰하였다. 또한 ITO 투명전도막에 플라즈마 처리와 열처리를 실시하여 PLED 소자를 제작하고 전기 광학적 특성을 조사하여 ITO 투명 전도막의 전처리가 소자의 특성에 미치는 영향을 조사하였다.
최근 유연정보전자소자의 개발이 대두되고 있다. 이러한 개발 동향에 맞춰 정보전자소자의 각 소재를 유연화하는 연구가 진행되고 있다. 이 중 ITO 기반의 기존 투명전극은 투명전극으로써는 매우 높은 성능을 보이지만, 유연성이 매우 낮기 때문에 대체 투명전극에 대한 연구가 필수적이다. 그래핀, 전도성 고분자, Oxide/metal/oxide, 금속나노와이어 등 다양한 유연 투명전극에 대한 연구가 진행되고 있으나 ITO 급의 면저항/투과도를 얻지 못하고 있다. 은나노와이어는 ITO 대체로 주목받는 투명전극 중에 면저항/투과도가 가장 ITO에 유사하면서, 유연성까지 지니고 있는 장점을 가지고 있다. 반면 약 100 nm 직경의 1차원 나노와이어가 랜덤하게 분포되어 있기 때문에, 위치별로 균일성에 대한 이슈가 존재하고, 표면 조도가 매우 높기 때문에 (ITO ~ 1 nm, AgNW > 20 nm) OLED에 적용하기 어려운 문제가 존재한다. 또한 대면적 OLED에 적용하기에는 여전히 저항이 높은 문제가 존재한다. 본 연구에서는 이러한 은나노와이어의 높은 저항 문제를 해결하기 위해, 마이크로 급의 미세금속배선을 보조배선으로 도입하였다. 이러한 보조배선을 통해 대면적 소자에도 전류가 잘 흐를 수 있고, 이러한 전류가 은 나노와이어를 통해 소자 전면적에 균일하게 도달하여, 대면적에서 균일한 발광을 하게 된다. 본 은나노와이어/금속보조배선 구조는 면저항 4 ohm/sqr., 투과도 90%를 달성하였고 이는 기존 ITO보다 우수한 수치이다. 더욱이, 유연성까지 함께 확보하고 있어 유연 전극으로써의 활용도 충분히 가능하다. 이를 활용해 OLED를 제작한 결과 밝기와 발광균일도가 기존의 ITO를 활용한 것보다 훨씬 높아짐을 확인할 수 있었다.
패턴화된 ITO (indium tin oxide)/Glass 기판 위에 정공수송층인 PEDOT:PSS [poly(3,4-othylenedioxythiophene):poly(styrene sulfolnate)]와 발광층인 MEH-PPV [poly(2-methoxy-5-(2-ethyhexoxy)-1,4phenylenvinylene)]를 사용하여 ITO/PEDOT:PSS/MEH-PPV/AI 구조를 갖는 고분자 유기 발광다이오드 (polymer light emitting diode: PLED)를 제작하였다. PLED 제작시 MEH-PPV 의 농도를 ($0.1\;wt\%\;{\~}\;0.9\;wt\%$) 변수로 하여 박막의 표면 거칠기와 박막 층의 마찰재수(friction coefficient) 측정을 통하여 농도에 따른 특성 변화를 조사하였다. MEH-PP 의 농도를 $0.1\;wt\%$ 에서 $0.9\;wt\%$ 로 증가함에 따라 발광 층의 RMS (root mean square)같은 1.72 nm 에서 1.00 nm 로 감소하여 거칠기가 개선되는 경향을 보여 주었다. 그러나 박막간의 마찰계수는 0.048 에서 0.035 로 감소하여 박막간의 접합상태가 나빠지는 현상을 나타내었다. 소자의 전기, 광학적 특성의 경우 MEH-PPV 농도가 $0.5\;{\~}\;0.9\;wt\%$ 범위에서 약 0.35 mA (at 9V)의 전류밀도를 나타내었으며, 최대 휘도는 $0.5\;wt\%$ 농도에서 $409\;cd/m^2$의 값을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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