열가교성 정공 전달 고분자의 합성 및 유기발광소자 특성 연구 = Synthesis and Characterization of Thermal Crosslinkable Hole Transporting Polymers for Organic Light-Emitting Diodes

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 용액공정용 고효율, 장수명의 고분자 유기 발광 소자를 얻기 위하여 다층구조형성이 가능한 열가교성 고분자 X-PTPA와 X-PCZ을 Yamamoto coupling 반응으로 합성하였다. X-PTPA와 X-PCZ은 각각 65,000과 84,000의 높은 중량 평균 분자량을 얻을 수 있었고 PDI는 1.8, 1.7로 나타냈다. 합성된 고분자 X-PTPA와 X-PCZ는 DSC 측정결과를 기반으로 하여 온도에 따른 가교특성을 UV-visible과 두께변화를 통해 고분자들의 박막가교조건을 230℃에서 30분으로 최적화하였다. 가교전·후의 전기 광학적 특성변화를 위하여 UV-visible, PL(photoluminescnece), HOMO 에너지 준위를 측정하였다. 가교된 X-PTPA의 경우 최대 흡수 파장이 385 nm, 최대 발광 파장은 449 nm, HOMO값은 –5.27 eV이며, 가교된 X-PCZ의 경우 각각 323 nm, 426 nm, -5.39 eV로 가교전·후 변화가 거의 없어 가교에 의한 주사슬의 결함은 없는 것으로 예상되었다. EL 특성을 평가하기 위하여 제작된 소자구조는 ITO/PEDOT(60 nm)/X-PTPA 또는 X-PCZ(20 nm)/SY-PPV (37 nm)/LiF/Al로 제작하였다. 가교 가능한 interlayer의 유무에 따른 비교 실험 결과, 최대 효율은 interlayer가 없는 기준 소자인 경우 1.55 cd/A였고, X-PTPA가 interlayer로 사용된 소자의 경우 4.22 cd/A였으며, X-PCZ가 interlayer로 사용된 소자의 경우는 3.78 cd/A로 X-PTPA 소자가 가장 높은 효율을 보였다. 또한 수명도 interlayer가 없을 때 보다 X-PTPA 소자가 약 5배정도 수명이 향상됨을 보였다. 이로부터 다층구조구현이 가능한 열가교성 interlayer물질이 합성되었음을 확인하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

A series of new thermally crosslinkable interlayer polymers, X-PTPA and X-PCZ, are synthesized via Yamamoto coupling reaction. The polymers are well soluble in common organic solvents such as chloroform, THF, and toluene. The weight-average molecular weights (Mw) of X-PTPA and X-PCZ are found to be 65,000, 84,000 with PDI of 1.8 and 1.7. Crosslinked X-PTPA and X-PCZ demonstrate excellent solvent resistance and stable optoelectronic properties. UV-visible maximum absorption peaks of X-PTPA and X-PCZ in thin film state are exhibited at 389 nm and 322 nm. HOMO levels of X-PTPA and X-PCZ are estimated to be -5.27 eV, -5.39eV, respectively. Multilayered devices (ITO/crosslinked X-PTPA or X-PCZ/SY-PPV/LiF/Al) are fabricated using SY-PPV as an emitting layer which have HOMO and LUMO energy levels of -5.30 eV and -3.11 eV. The maximum efficiency of the multilayered device with crosslinked X-PTPA interalyer is about 3 times higher than that of without interlayer device and still higher than crosslinked X-PCZ device. This can be explained by that crosslinked X-PTPA increased not only electron accumulate within emitter, SY-PPV, but also exciton formation due to charge balance.

목차 (Table of Contents)

• 초 록(한글)..................................................................................................................... 1
• Ⅰ. 서 론......................................................................................................................... 2
• 1. 유기 발광 소자(organic light emitting diode, OLED)의 소개............. 2
• 2. 유기 발광 소자의 역사.................................................................................... 3
• 3. 유기 발광 소자의 구조.................................................................................... 4
• 4. 유기 발광 소자의 발광원리............................................................. 5
• 5. 광발광(photoluminescence, PL)............................................................. 7
• 6. 정공 전달 소재(hole transport materials).............................................. 9
• 7. 연구 목적....................................................................................................... 12
• Ⅱ. 실 험
• 1. 시약 및 기기............................................................................................... 13
• 2. 단량체 및 고분자의 합성.............................................................................. 14
• 2.1. 단량체 합성............................................................................................ 15
• 2.2. 고분자 합성............................................................................................ 20
• 3. 결과 및 고찰
• 3.1. 고분자의 합성......................................................................................... 22
• 3.2. 고분자의 열적 특성............................................................................... 23
• 3.3. 온도에 따른 가교 특성 분석.............................................................. 24
• 3.4. 광학적 특성 및 전기적 특성.............................................................. 26
• 3.5. 정공 이동도 특성................................................................................... 29
• 3.6. EL (Electroluminescence) 특성....................................................... 32
• 3.6.1. 실험 재료 및 소자 구조........................................................... 32
• 3.6.2. EL 스펙트럼....................................................................... 34
• 3.6.3. 전류 대 전압 및 발광 휘도 대 전압특성............................... 35
• 3.6.4. 소자 효율 특성.............................................................................. 37
• 3.6.5. 수명.................................................................................................. 39
• Ⅲ. 결 론....................................................................................................................... 41
• Ⅳ. 참 고 문 헌............................................................................................................. 42
• Ⅴ. 부 록......................................................................................................................... 45
• 영문 논문 제출서........................................................................................................ 54
• 영문 인준서................................................................................................................... 55
• ABSTRACT (영문초록)........................................................................................... 56