TPBi를 상단 Ag 전극 안정화 층으로 사용한 Top-emitting 양자점 전계 발광 소자에 대한 연구

국문 초록 (Abstract)

콜로이달 퀀텀닷 (Colloidal quantum dots, QDs)은 양자 제한 효과로 인해 입자의 크기를 조절함에 따라 밴드갭을 조절, 이에 따른 발광 파장을 조절할 수 있는 반도체 나노입자이다. 또한, 좁은 반치폭으로 인해 높은 색순도를 갖고 있으며, 용액 공정이 가능하다는 장점을 가지고 있다. 이러한 우수성으로 이 QDs를 발광층으로 하는 양자점 전계 발광 다이오드 (Quantum dots light-emitting diodes, QLED)는 차세대 디스플레이 기술로 큰 관심을 받고 있다.
현재 top-emitting QLED에서 Ag는 상단 전극으로 가장 많이 사용되고 있는 물질이다. Ag는 높은 전기 전도성을 갖고 있어 낮은 면저항과 비저항 값을 갖고 있으며, 높은 광학적 특성이 있어 빛의 반사가 쉬우며, 높은 광 투과율을 갖는다는 장점을 갖고 있다. 하지만, Ag의 높은 표면에너지로 인해 박막이 섬 형태로 응집되어 표면 거칠기가 증가하고, 투과도 및 전기적 특성을 저하한다는 문제가 발생한다. 따라서 Ag 박막의 응집을 억제하고 균일한 박막을 형성해야 한다.
본 논문에서는 이러한 응집을 해결하기 위해 1,3,5-Tris(N-phenylbenzimidazol-2-yl)benzene (TPBi)을 top-emitting QLED의 Ag 상단 전극 하단부에 안정화 층으로 삽입하였다. TPBi 안정화 층은 열 증착 과정을 통해 증착하였으며, 고진공을 유지하며 동일한 진공 하에 Ag 박막을 증착하였다. TPBi 안정화 층을 통해 Ag 박막의 응집이 억제되면서 상단 전극의 광학적 특성이 개선되었다. Ag 상단 전극의 525 nm 영역에서의 투과도가 41.9%에서 44.4%로 개선되었으며, 안정화 층을 적용한 top-emitting QLED는 118,110 cd/m²의 휘도와 39.3 cd/A의 전류 효율을 나타내었다. 이는 TPBi를 Ag의 응집을 효과적으로 억제하는 안정화 층으로서의 새로운 역할로 제시하였으며, top-emitting QLED의 성능을 향상하는 새로운 전략이 될 수 있음을 제시한다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This study demonstrates the use of 2,2',2''-(1,3,5-benzenetriyl)-tris(1-phenyl-1H-benzimidazole) (TPBi) as a stabilizing interlayer beneath the Ag top electrode in top-emitting quantum dot light-emitting diodes (QLEDs). The TPBi layer effectively suppresses Ag agglomeration during thermal evaporation, thereby improving film uniformity and optical transmittance from 41.9% to 44.4%. This morphological enhancement yields superior device performance, with the resulting QLEDs based on CdZnSeS/ZnS QDs achieving a peak luminance of 118,110 cd/m² and a current efficiency of 39.3 cd/A. The highest efficiency is obtained at the current density corresponding to peak luminance, which is highly advantageous for practical displays. This work highlights a new functional role of TPBi beyond charge transport and presents an effective strategy to enhance the device performance and fabrication reliability of top-emitting QLEDs for advanced display technologies.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서론 1
• 제 1 절 연구 배경 및 목적 1
• 제 1 항 문제의 제기 1
• 제 2 항 연구의 목적 3
• 제 2 장 이론적 배경 4
• 제 1 절 콜로이달 퀀텀닷 4
• 제 1 항 퀀텀닷의 특성 4
• 제 2 항 퀀텀닷의 구조 6
• 제 2 절 퀀텀닷 발광 원리 8
• 제 1 항 발광 메커니즘 비교 8
• 제 3 절 양자점 전계 발광 소자 10
• 제 1 항 양자점 전계 발광 소자의 구조 및 구동원리 10
• 제 2 항 상단 하단 전계 발광 구조의 차이 11
• 제 4 절 상단 금속 전극 및 안정화 층의 특성 13
• 제 3 장 실험 방법 14
• 제 1 절 콜로이달 퀀텀닷 합성 14
• 제 2 절 양자점 전계 발광 소자 제작 16
• 제 1 항 하단 전극 제작 공정 18
• 제 2 항 용액 공정 19
• 제 3 항 열 증착 공정 21
• 제 3 절 소자 특성 분석 23
• 제 4 장 결과 및 고찰 27
• 제 1 절 상단 전극의 구조적 특성 분석 27
• 제 2 절 상단 전극의 광학적 특성 분석 30
• 제 3 절 전기적 및 광학적 소자 특성 분석 32
• 제 5 장 결론 37
• 참고문헌 38
• Abstract 41