Ag, Al 음극과 ZnO 기반 전자수송층을 이용한 QLED의 효율 향상에 관한 연구 = A study on efficiency improvement of QLED using Ag, and Al cathodes and ZnO based electron transport layer

국문 초록 (Abstract)

양자점 발광 다이오드 (QLED, quantum dot light-emitting diode)의 효율 향상을 위해 발광층에서 전하 평형을 개선하기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 발광층에서의 전하 불평형 현상은 양자점 발광 다이오드의 발광 효율을 감소시키는 원인으로 작용한다. 따라서, 양극과 정공주입층 사이와 정공주입층과 정공수송층 사이와 정공수송층과 양자점 사이의 에너지 장벽과 정공수송층에서의 정공이동도와 음극과 전자수송층사이와 전자수송층과 양자점 사이의 에너지 장벽과 전자수송층의 전자이동도 등을 고려하여 양자점 발광층에 주입되는 정공과 전자의 평형을 맞추어 소자의 효율을 향상시키는 것이 중요하다.
본 연구에서는 양자점 발광 다이오드의 양자점 발광층에서의 전하 평형을 향상시키기 위해 음극으로 Al과 Ag를 사용하였고 전자수송층으로 ZnO 나노입자 (nanoparticles)와 MgZnO 나노입자를 사용하여 발광효율 향상을 위한 연구를 수행하였다. Al와 Ag 음극과 ZnO 나노입자와 MgZnO 나노입자 전자수송층의 전자주입 특성을 확인하기 위해 ITO/ZnO(x nm)/(Al 또는 Ag) 구조와 ITO/MgZnO(x nm)/(Al 또는 Ag) 구조의 EOD (electron only device)를 제작하여 전기적 특성을 확인하였다. Al을 사용한 EOD의 전류밀도가 Ag를 사용한 EOD 보다 더 큰 것을 확인하였다. ZnO 나노입자와 MgZnO 나노입자 전자수송층의 두께가 두꺼워질수록 EOD의 전류밀도가 감소하였다. 이러한 EOD의 전기적 특성을 고려하여 양자점 발광 다이오드를 제작하여 발광효율을 향상시키는 연구를 진행하였다. 소자 구조는 ITO/ PEDOT:PSS/ PVK/ ZnO(x nm)/ (Ag 또는 Al) 와 ITO/ PEDOT:PSS/PVK/MgZnO(x nm)/(Ag 또는 Al)로 제작하여 전류밀도(J)-전압(V)-발광휘도(L)를 비교분석 하였다. 두 소자의 구조 모두 앞서 실험한 EOD 전류밀도 특성과 동일한 경향을 보였으며 음극으로 Al을 사용하고 전자수송층으로 40nm 두께의 ZnO와 MgZnO를 전자수송층으로 사용하였을 때 각각의 최대 전류효율 51 cd/A, 75 cd/A로 MgZnO가 더 우수한 특성을 나타내었다. 이런 결과를 바탕으로 음극으로 Al을 사용하고 전자수송층으로 사용한 MgZnO 두께를 최적화하여 MgZnO의 두께가 35nm일 때 최대전류효율 90 cd/A의 우수한 특성을 갖는 양자점 발광 다이오드를 개발하였다.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 2 장 이론적 배경 3
• 2.1 양자점 (Quantum dot) 3
• 2.1.1 양자점의 특성 3
• 2.1.2 양자 제한 효과(Quantum confinement effect) 5
• 2.2 산화물 나노입자 7
• 2.2.1 ZnO 나노입자 특징 8
• 2.2.2 MgZnO 나노입자 특징 12
• 2.3 양자점 발광 다이오드(QLED) 15
• 2.3.1 양자점 발광 다이오드 구조 및 동작원리 15
• 제 3 장 실험방법 21
• 3.1 양자점 발광 다이오드 제작 21
• 3.1.1 ITO 패턴 제작 23
• 3.1.2 용액공정 25
• 3.1.3 진공 열 증착 31
• 3.2 광학적 박막 분석 33
• 3.2.1 X선 회절 분석(XRD) 33
• 3.2.1 자외선 광전자 분광법(UPS) 34
• 3.3 양자점 발광 다이오드 소자 측정 36
• 제 4 장 실험결과 37
• 4.1 나노입자의 XRD 분석 37
• 4.2 나노입자의 UPS 분석 39
• 4.3 ZnO 나노입자 전자수송층을 적용한 소자특성 42
• 4.3.1 ZnO Electron Only Device(EOD) 분석 42
• 4.3.2 양자점 발광 다이오드 특성 44
• 4.4 MgZnO 나노입자 전자수송층을 적용한 소자특성 51
• 4.4.1 MgZnO Electron Only Device(EOD) 분석51
• 4.4.2 양자점 발광 다이오드 특성 54
• 4.5 양자점 발광 다이오드 전하 평형 최적화 60
• 4.5.1 MgZnO 두께에 따른 양자점 발광 다이오드 최적화 60
• 4.5.2 전하 평형 최적화를 위한 MgZnO 두께 변화 61
• 제 5 장 결론 63
• 참고문헌 64
• ABSTRACT 70