일가 카보네이트계 재료에 따른 OLEDs의 전기적·광학적 특성에 관한 연구 = A Study on the Electrical and Optical Properties of the Organic Light Emitting Diodes Depending on the Monovalent Carbonate Series Materials

국문 초록 (Abstract)

유기 발광 디스플레이 소자(Organic Light-Emitting Diodes : OLEDs)는 기존의 기술을 대체할 차세대 디스플레이로서 많은 주목을 받고 있다. OLEDs는 발광 물질의 선택에 따라 평면 디스플레이 소자로 응용이 가능하고 다양한 장점을 가지고 있다. 최근 1족 원소 중 알카리 금속 카보네이트 계열(carbonate series)의 물질을 얇은 박막으로 삽입하여 효율 개선에 기여하는 것으로 보고되어 있다.
그리고 투명전극으로 ITO는 가장 많이 사용되고 있으나 아직도 많은 문제점이 지적되고 있다. 우리는 계면특성을 개선하기 위하여 금속 전극과 유기 계면의 특성을 개선하기 위하여 전공 주입 재료로 Teflon Amorphous Fluoropolymer (Teflon-AF)를 사용하여 소자의 구동 특성과 발광 효율을 개선하기 위하여 지속적인 연구를 하고 있다.
본 논문에서는 전자주입물질의 변화를 통해 OLED 소자를 만들어 특성을 조사하였다. 표면의 거칠기 변화를 보기 위해서 AFM을 이용하였다. 1가 카보네이트계 알카리 금속재료에 따른 OLEDs의 전기적·광학적 특성을 연구하기 위해 기본 구조인 1층 구조 소자 ITO/Alq3/Al을 제작하였고 정공주입 물질인 Teflon-AF을 삽입한 2층 구조 소자 ITO/Teflon-AF/Alq3/Al, 전자주입 물질인 Na2CO3, Li2CO3, Cs2CO3를 삽입한 2층 구조 소자 ITO/Alq3/Na2CO3, Li2CO3, Cs2CO3/Al를 제작하여 기본 1층 구조 소자와 비교하였으며 3층 구조 소자 ITO/Teflon-AF/Alq3/Na2CO3, Li2CO3, Cs2CO3/Al, 4층 구조 소자 ITO/Teflon-AF/NPB, TPD, α-NPD/Alq3/Na2CO3, Li2CO3, Cs2CO3/Al, 5층 구조 소자 ITO/Teflon-AF/α-NPD/Alq3/BCP/Na2CO3, Li2CO3, Cs2CO3/Al를 제작하고 평가 및 비교·분석하였다.
비교·분석한 결과 다음과 같은 전기적·광학적 특성을 확인하였다. 1층, 2층, 3층, 4층 그리고 5층 구조 소자를 제작하여 각각 전류밀도, 휘도, 발광효율, 외부양자효율 특성을 측정하였다. 정공주입층과 전자주입층의 두께비율은 4 : 1일 때 최적의 조건을 찾았으며 전자주입층으로 쓰이는 1가 카보네이트계 알카리 금속 물질 세 종류에서 효율적인 측면으로는 Cs2CO3가 가장 우수한 결과를 얻었다. 또한 전자주입 물질이 적층된 세 구조 모두 휘도와 전류밀도 특성은 층의 구조가 증가할수록 효율이 향상 되는 것을 확인하였다. 이것은 각 층에 삽입된 유기물질이 에너지 장벽을 낮추어 정공과 전자의 이동을 용이하게 하여 낮은 전압에서도 정공과 전자의 재결합을 향상시키기 때문이다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Organic Light-Emitting Diodes (OLEDs) have attracted much attention as a next generation displays, which are able to replace the current existing technology. OLEDs can be applied to flat-panel display with a proper choice of emissive materials and have various advantages. OLEDs emit characteristic light by a recombination process of injected electrons and holes when the voltage is applied to the device which is made of several organic layers between the anode and cathode. It was firstly found in single crystal. Recently, it has been reported on the improvement of efficiency of the OLEDs by introducing thin layer of some carbonate materials of alkali metal. ITO is widely used as a transparent electrode, but many problems have been still pointed out. We are continuously studying on the improvement of operating characteristics and efficiency of the device with a use of teflon amorphous fluoropolymer (Teflon-AF) by improving the interface between the metal electrode and the organic layer.
In this paper, we maded an OLED device through the change of the electron injection material characteristics were examined. Was used AFM to see the change in surface roughness. In order to study the electrical and optical properties of OLEDs monovalent alkali metal carbonate series material, to made an one-layer structure element ITO/Alq3/Al a basic structure. Two-layer structure device ITO/Teflon-AF/Alq3/Al inserted a Teflon-AF is a hole injection material, ITO/Alq3/Na2CO3, Li2CO3, Cs2CO3/Al two-layer structure device inserted an Na2CO3, Li2CO3, Cs2CO3 an electron injection material, to prepare was compared with the one-layer structure basic device. ITO/Teflon-AF/Alq3/Na2CO3, Li2CO3, Cs2CO3/Al, three-layer structure device, Four-layer structure device of ITO / Teflon-AF / NPB, TPD, α-NPD/Alq3/Na2CO3, Li2CO3, Cs2CO3/Al, ITO/Teflon-AF/α-NPD/Alq3/BCP/Na2CO3, Li2CO3, Cs2CO3/Al five-layer structure device, to prepare was evaluated and compared and analyzed.
Result of the comparison and analysis, it was confirmed electrical and optical properties, such as the following. To prepare a structure device of the one-layer, two-layer, three-layer, four-layer, five-layer was measured current density of each, luminance, luminous efficiency, the external quantum efficiency characteristics. The ratio of the thickness of the electron injection layer and the hole injection layer was search for conditions when it is 4 : 1.
In aspect efficient, that is used as an electron injection layer results were obtained Cs2CO3 is the best in the three types of monovalent alkali metal carbonate series material. The current densities obtained in the Luminance of both the structure of the three electron injecting material are stacked, it was confirmed that the efficiency is improved as the structure of the layer is increased. This facilitates the movement of holes and electrons organic material is inserted into the floor to lower the energy barrier, which is because improving the recombination of holes and electrons even at a low voltage.

목차 (Table of Contents)

• 제 1 장 서 론 1
• 제 2 장 관 계 이 론 4
• 제 1 절 유기 발광 다이오드의 발광 메커니즘 4
• 제 2 절 유기 발광 다이오드의 구조 8
• 제 3 절 유기 발광 다이오드의 J-V 특성 10
• 제 4 절 유기 발광 다이오드의 발광 효율 13
• 제 1 항 발광 효율의 정의와 측정법 13
• 제 3 장 실 험 16
• 제 1 절 ITO 기판 처리 17
• 제 2 절 사용 물질 20
• 제 1 항 사용 유기 물질(Organic Materials) 20
• 제 2 항 음극 23
• 제 3 절 진공 열 증착 24
• 제 4 절 측 정 27
• 제 1 항 Atomic force microscope(AFM) 측정 27
• 제 2 항 전기적 특성 측정 29
• 제 4 장 실험 결과 및 고찰 31
• 제 1 절 물질의 AFM 특성 31
• 제 1 항 정공 주입 물질(Teflon-AF) 31
• 제 2 항 정공 수송 물질(TPD) 32
• 제 3 항 발광 물질(Alq3) 33
• 제 4 항 전자 수송 물질 (BCP) 34
• 제 5 항 전자 주입 물질 (Li2CO3, Na2CO3, Cs2CO3) 35
• 제 2 절 소자의 전기적·광학적 특성 37
• 제 1 항 1층 구조의 전기적· 광학적 특성 38
• 제 2 항 2층 구조의 전기적· 광학적 특성 41
• (1) 정공주입층을(HIL) 사용한 2층 구조의 전기적·광학적 특성 41
• (2) 전자주입층을(HIL) 사용한 2층 구조의 전기적·광학적 특성 44
• 제 3 항 3층 구조의 전기적 특성 49
• (1) 전자주입 물질 Na2CO3를 사용한 3층 구조의 전기적·광학적 특성 49
• (2) 전자주입 물질 Cs2CO3를 사용한 3층 구조의 전기적·광학적 특성 53
• (3) 전자주입 물질 Li2CO3를 사용한 3층 구조의 전기적·광학적 특성 57
• 제 4 항 4층 구조의 전기적 특성 63
• (1) 전자주입 물질 Na2CO3를 사용한 4층 구조의 전기적·광학적 특성 63
• (2) 전자주입 물질 Cs2CO3를 사용한 4층 구조의 전기적·광학적 특성 67
• (3) 전자주입 물질 Li2CO3를 사용한 4층 구조의 전기적·광학적 특성 72
• 제 5 항 5층 구조의 전기적 특성 78
• 제 5 장 결 론 83
• 참고문헌 85