본 연구에서는 p-type Si (100) 위에 분자선 에피택시 성장방법으로 ZnO 완충층이 삽입된 ZnO 박막을 성장시켰다. ZnO 완충층은 Zn 셀 셔터의 열림/닫힘을 반복하는 성장 멈춤법으로 성장되었다. Zn 셀 셔터의 열림 시간은 4분, 2분, 1분이며 닫힘 시간은 2분으로 동일하게 유지하였다. 이러한 과정은 각각 5, 10, 20회로 반복되었으며 ZnO 완충층을 성장한 후 ZnO 박막은 기존의 분자선 에피택시 방법으로 성장되었다. ZnO 박막의 구조적, 광학적 특성은 field-emission scanning electron microscopy (FE-SEM), atomic force microscopy (AFM), X-ray diffraction (XRD), photoluminescence (PL)로 조사하였다. SEM 측정결과 성장 멈춤 횟수가 증가함에 따라 ZnO 박막의 표면은 섬(island) 구조에서 미로(maze) 구조로 변화하였고, XRD 측정결과 full-width at half-maximum (FWHM) 이 감소하고 결정립 크기(grain size)가 증가하였다. 그리고 PL 측정결과 성장 멈춤 횟수가 증가함에 따라 near-band-edge emission (NBE) 피크의 세기가 증가하였고 deep-level emission (DLE) 피크의 위치는 오렌지 발광에서 녹색 발광으로 청색편이(blue-shift)하였다.
유기발광소자는 고휘도, 넓은 시야각, 빠른 응답속도, 높은 색재현성, 좋은 유연성의 소자특성 때문에 디스플레이 제품에 많이 응용되고 연구가 활발하게 진행되고 있다. 최근에 저소비전력, 고휘도, 소형화 및 장수명의 장점을 가진 유기발광소자의 상용화가 진행되면서 차세대 디스플레이소자로서 관심을 끌게 되었다. 고분자 유기발광소자는 저분자 유기발광소자에 비해 용액 공정법으로 박막을 형성할 수 있어 제조 비용이 적게 들며 대면적 디스플레이를 제작하는데 유리하기 때문에 많은 연구가 진행되고 있다. 고분자 유기발광소자에서 저전력 소자를 위한 저전압 구동 및 전력 효율을 향상시키기 위한 연구는 대단히 중요하다. 본 연구에서는 고분자 유기발광소자의 구동 전압을 낮추기 위해서 그래핀 정공 주입층을 삽입한 고분자 유기발광소자를 화학적 진공 증착법과 용액 공정을 사용하여 제작하였다. 그래핀 정공 주입층을 삽입한 고분자 유기발광소자는 Indium-tin-oxide(ITO) 투명 전극/그래핀 정공주입층/poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate) (PEDOT: PSS)/poly[2-methoxy, 5-(2'-ethyl-hexyloxy)-p-phenylenevinylene] (MEH-PPV) 층/lithium quinolate (Liq)/aluminium (Al) 전극의 구조를 가진다. 그래핀 정공주입층을 삽입한 고분자 유기발광소자에서 향상된 정공 주입능력을 통해 구동전압을 낮아지는 현상을 분석하기 위해서 전기적 및 광학적 특성을 조사하였다. 그래핀 정공주입층의 광학적 특성을 분석하기 위해서 빛의 투과도 측정을 한 결과 90% 이상의 값을 얻었다. 그래핀 정공 주입층이 소자에 미치는 영향을 조사하기 위하여 ITO/PEDOT:PSS소자와 ITO/그래핀 층/PEDOT:PSS 소자를 각각 제작하여 원자힘 현미경 측정을 하였다. 그래핀박막층을 삽입할 경우, 그래핀박막층을 삽입하지 않았을 때보다 표면 거칠기가 감소하는 것을 알 수 있었다. 이는 산성을 띠는 PEDOT:PSS 용액이 ITO 투명 전극을 손상시키는 것을 방지하고, 표면 거칠기를 감소시켜 누설 전류를 낮출 수 있다는 사실을 보여준다. 또한, 그래핀 박막은 높은 전기 전도도를 가지기 때문에 그래핀 정공주입층을 삽입하였을 때, 높은 전류 밀도 및 발광 휘도와 더 낮은 구동 전압을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 ITO와 PEDOT:PSS의 계면에서의 전공의 주입 능력을 그래핀박막층이 향상시켜 저전압, 고효율 소자를 제작할 수 있다는 것을 보여준다.
낮은 동작전압에서 안정하게 동작하고 고효율을 갖는 단층 폴리머 녹색광소자를 갖는 새로운 물질을 합성하였으며 이는 폴리머물질인 PC(B79)에 유기단분자인 전자수송성이 ?어난 NIDI와 정공수송성이 뛰어난 TTA를 분자분산하여 첨가색소인 C6의 도핑농도에 변화를 주어 스핀코팅으로 녹색발광소자를 제작하였다. 소자 구조는 glass/ITO/PC:TTA:NIDI:C6/cathode이고 음극전극으로 일함수가 낮은 Ca과 Mg 그리고 Ca/Al을 진공증착하여 전기적${\cdot}$광학적 특성을 비교조사하였다. C6의 도핑농도가 0.08mole%에서 양자효율이 최대인 0.52%를 얻었고 이것은 도핑하지 않을때보다 약 50배 높았고, 동작개시전압도 2.4V의 낮은 동작 개시전압에서 안정하게 동작하였다. 한편 PL과 EL측정결과 C6의 도핑농도를 변화하여도 발광파장의 최대값은 거의 일정하였다. PL강도의 최대발광파장은 495nm였고 EL강도의 최대발광파장은 520nm이고 FWHM은 약 70nm를 얻었다.
고속 유동 속에 놓인 모델 표변의 압력분포를 정량적으로 측정하기 위해 PSP 기술이 사용되고 있다. 본 연구에서는 아음속 유동에 적용 가능한 PSP 기술을 개발하였다. 2가지의 백금계열 (PtOEP와 PtTFPP)의 발광분자와 2 가지의 폴리머 (Poly(TMSP)와 RTV-118)를 사 용하여 4가지의 PSP 조합을 만들어 그 성능을 확인하였다. 압력변화에 따른 PSP의 발광강 도를 측정하기 위해 $0{\sim}11kPa$까지 0.5, 1, 2kPa썩 압력을 증가시키면서 정적보정실험을 수행하였다. 4가지의 PSP 조성 중에 PtOEP 와 RTV-118의 조합이 가장 좋은 성능을 보였다. 충돌평판에 작용하는 압력장 분포를 측정하기 위하여 경사충돌분류에 본 연구에서 개발된 PSP 기술을 응용하였다.
Triphenylsulfonium 양이온(TPS)은 잘 알려진 광산 생성자(photoacid generator, PAG)중 하나로 양이온성 중합반응(cationic polymerization)의 개시제로 널리 사용됐으며, 유기발광다이오드의 활성층, 폴리머 발광다이오드의 전자주입층을 구성하는 재료로도 사용되고 있다. TPS는 200nm 주변의 빛을 흡수하면 탄소-황 결합이 끊어져 페닐 라디칼과 diphenylsulfonium 양이온 라디칼로 분해되는 것이 알려져 있다. 본 연구에서는 밀도범함수이론과 시간의존 밀도범함수이론을 이용 triphenylsulfonium 이온의 광학적 특성을 조사하였다. 가장 안정한 구조를 기준으로 자외선 흡광 스펙트럼을 계산하였고, 실험값에 잘 맞는 것을 확인하였다. TPS의 빛에 의한 해리 과정을 알아보기 위해 페닐-황 결합 길이를 변화시키며 TPS의 흡광 스펙트럼을 계산, 여기상태 포텐셜 에너지 곡선을 구할 수 있었다. 결합의 분해에 이용되는 상태들은 주로 점유 분자 오비탈에서 최저준위 비점유 분자 오비탈(LUMO)로 들뜨는 성분을 가지고 있었는데, 이는 LUMO가 반결합성 오비탈이기 때문이다.
본 연구에서는 ITO (indium tin oxide)/glass 투명기판 위에 다층구조의 OELD (organic electroluminescent devices) 소자를 진공 열증착법으로 제작하였다. 발광층 재료로서 Alq$_3$(tris-(8-hydroxyquinoline)aluminum)물질을 사용하였고, 정공수송층으로는 TPD (triphenyl-diamine) 및 $\alpha-NPD$를 사용하였다. 정공주입층 재료로서 CuPc (Copper phthalocyanine)를 사용하였다. 또한 QD2(quinacridone2) 물질을 $Alq_3$ 발광층내에 약 $10\AA$ 두께로 증착하여 발광효율 향상을 시도하였다. 제작된 모든 소자의 발광개시전압은 약 7 V 이었으며, 정공수송층으로 TPD 물질대신에 열적안정성이 우수한 $\alpha-NPD$를 사용한 경우 휘도값과 발광효율이 개선되었다. $Alq_3$ 발광층 사이에 QD2 물질을 적층한 소자에서 발광효율은 1.55 lm/W 값을 나타내어 $Alq_3$ 발광층만을 사용한 경우에 비해 약 8배 발광효율이 향상되었다.
액정성을 가지는 플로렌계 발광고분자에 비버정성 플로렌계 발광고분자를 첨가한 블렌드를 제조하여 에너지전달 효과와 흡광 및 발광 이방성에 대하여 고찰하였다. 비액정성 고분자를 액정성 고분자에 0.5wt% 첨가하고 360nm로 여기한 결과, 420nm에서 관찰되었던 액정성 고분자의 발광피크는 거의 사라졌으며 대신 비액정성 고분자에 의한 480nm에서의 새로운 발광피크가 관찰되었다. 블렌드 시료의 480nm 발광은 비액정성 고분자가 2.0wt% 첨가되었을때 가장 강했으며, 발광강도는 블렌딩 이전의 각 고분자보다 13배 증자하였다. 블렌드내의 분자들을 마찰 폴리이미드 기판상에서 가열-냉각시켜 배향시키면 시료의 발광 이방성과 order parameter는 각각 2.0 및 0.25를 나타내었다. 시간 상관 단광자 계수법 (TCSPC)에 의해 고찰한 결과, 마찰 폴리이미드 기판상에서의 배향에 의해 두 발광고분자간의 에너지전달에 필요한 시간은 93 ps만큼 단축되며 에너지전달 효율은 9% 증가함을 알 수 있었다.
적록청(Red, Green, Blue : RGB)의 세 기본 염료(primary dyes)를 사용하여 백색 유기전계발광소자(White Organic Light Emitting Devices : WOLEDs)을 유기물 분자선 증착(Organic Molecular Beam Deposition)방법에 의해서 제작하였다. 소자의 구조는 $ITO/{\alpha}-NPD(40nm)/DPVBi(6nm)/Alq_3(12nm)/Alq_3:DCJTB(7nm,3%)\;or\;DPVBi:DCJTB(7nm,3%)/Alq_3(35nm)/MgAg(150nm)$으로, red 발광층의 host 물질을 $Alq_3$ 또는 DPVBi의 두 종류를 사용하여 소자를 제작하였다. 이들 소자들은 전류밀도가 증가함에 따라 스펙트럼 곡선의 변화가 거의 보이지 않았으며, 색좌표는 전류밀도 $20mA/cm^2$에서 (0.34,0.34)이고 $100mA/cm^2$에서(0.32,0.33)으로 비교적 안정적이였다. $Alq_3$을 red 발광층의 host로 사용한 소자는 $10mA/cm^2({\sim}6V)$에서 luminance yield가 1.87cd/A 또는 $100cd/m^2({\sim}5.5V)$에서는 발광효율 1.21m/w으로, DPVBi을 red 발광층의 host로 사용한 소자보다 약 20%의 효율향상을 보였다. 그러나 전류밀도 $30mA/cm^2$ 이상에서는 발광효율이 반전되어 나타났다. 이런 현상은 DPVBi을 red 발광층의 host로 사용한 소자가 $Alq_3$을 red 발광층의 host로 사용한 소자보다 발광 소광 현상이 적게 일어난 것에 기인하였다고 생각된다. 두 소자 모두 $40mA/cm^2$ 에서 이상적인 화이트 발란스와 같은(0.33,0.33)의 색좌표를 보였다.
전기적 특성을 가지는 4,4',4''-tris(N-(1-naphthyl)-N-phenylamino)-triphenylamine (1-TNATA)가 유기발광소자(OLED)에서 전극으로 사용되는 ITO (Indium Tin Oxide)와 홀 수송층(Hole Transport Layer, HTL) 사이에 박막으로 진공증착되었다. 분자배열이 잘 되어진 1-TNATA의 경우 ITO와 홀 수송층 사이의 계면에서 생기는 전하주입장벽을 줄임으로 소자의 안정성과 효율을 높여준다. 본 연구에서의 라만 스펙트라(Raman spectra) 분석 결과, 증착된 1-TNATA 박막의 열처리와 증착하는 동안 전자기장 처리에 의해서 박막이 집적되고 분자배열이 이루어짐을 확인하였다. 열처리를 한 경우 1-TNATA 박막으로의 전류 흐름이 25% 증가하였다. 또한, $110^{\circ}C$에서 열처리한 1-TNATA 박막으로 제조된 다층유기발광소자의 전원 효율과 발광효율이 향상되었다. 열처리한 박막이 전자기장으로 처리한 박막에 비해 높은 효율을 나타내었다.
목적: 광학영상기술은 소동물이나 임상연구에서 분자영상법으로 알려진 첨단연구 분야이다. 광학영상기기는 소동물영상연구 및 추적연구에 중요한 역할을 수행하고 있다. 발광영상에서 소동물을 영상화 하기 위해서는 피부조직을 뚫고 나오는 광자를 검출하기 위한 고민감도 CCD카메라가 필요하다. 이 연구에서는 소동물에서 발생하는 발광신호를 검출하기 위해 개발한 광학영상기기를 소개하고자 한다. 대상 및 방법: 냉각형 CCD카메라와 집광렌즈, 8개의 백색광 LED광원을 암실상자 안에 장치하였다. 팬텀 및 튜브를 이용한 영상을 얻은 후 발광 박테리아를 이용하여 CT26 암모델 누드마우스에서 영상을 획득하였다. 결과: 발광영상을 얻기 위한 광학영상기기를 설계하고 개발하였다. 영상획득이 성공적으로 수행되었고, 시스템을 완성하였다. 개발된 장비는 분자영상연구에 사용되고 있다. 결론 개발된 광학영상장비는 다양한 실험적 조건을 만족하는 연구에 최적화하여 유용한 도구로 자리잡을 것으로 기대한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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