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윤경 서
6 years ago
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기술특집 용액 공정 LED의 기술 동향 진병두 (단국대학교 고분자시스템공학부) Ⅰ.

후 전기적 Dot Matrix : mainly active matrix 으로 여기시켜 그 발광을 이용하는 디스플레이로서 자발 광형

컬러화 공정기술, 고성능 능동형 (active) 소자의 설계 및 제작 공정, 유연(flexible) 박막에 의 응용 등 방대한

Car stereo 은 시야각, 10 μs 이하의 빠른 응답속도, 초경량/박형이 가능한 장점을 갖고 있다.

Alphanumeric Displays Illumination LCD backlight General lighting [그림 1]

를 도식화하여 구분하였다. 이러한 고성능 LED 디스플 향후 시장진출 및 확보 전망도 매우 밝다고 볼 수 있다.

안정성을 갖는 유기 화합물에 대한 연 상도, 색재현성의 대폭적인 개선을 위해서는 무엇보다도 구개발과 이들 재료를 효과적으로 대면적

이 지속적으로 이루어져야 하고 재료의 특성에 대한 이해 를 기반으로 한 소자 전기적 구조와 광학구조의 최적화, Ⅱ.

현재는 열안정성이 우수한 증착용 저분자 재료의 LED 디스플레이 소자는 진공 증착을 통해 다층박막 개발과 상품화가 활발히 진행되고

뛰어난 유-무 잉크젯 등의 습식공정을 이용하는 고분자 (polymer)계로 기 융합구조재료가 구현되면 대형 LED TV 및 플렉서

1 기술특집 용액 공정 LED의 기술 동향 진병두 (단국대학교 고분자시스템공학부) Ⅰ. 서 론 rganic Light Emitting Device (LED) 는 수 층의 발 광성 유기 화합물을 양극과 음극사이에 형성한 후 전기적 Dot Matrix : mainly active matrix 으로 여기시켜 그 발광을 이용하는 디스플레이로서 자발 광형 디스플레이 중 가장 각광받는 차세대 기술이며, 넓 에서 관련된 새로운 고성능 유기재료의 개발, 소자의 전 자 물리적 특성, 풀 컬러화 공정기술, 고성능 능동형 (active) 소자의 설계 및 제작 공정, 유연(flexible) 박막에 의 응용 등 방대한 분야에서의 기술개발이 추진되고 있으 DVD Player PDA Digital Camera Cell phone, MP3 player Car stereo 은 시야각, 10 μs 이하의 빠른 응답속도, 초경량/박형이 가능한 장점을 갖고 있다. 전세계적으로 학계 및 산업체 HDTV otebook PC PC Monitor Segment (area color) Alphanumeric Displays Illumination LCD backlight General lighting [그림 1] LED의 응용분야 며 수동형(passive) 디스플레이로서의 상용화가 시작된 지 수년 만에 본격적인 능동형의 제품이 출시되고 있어 를 도식화하여 구분하였다. 이러한 고성능 LED 디스플 향후 시장진출 및 확보 전망도 매우 밝다고 볼 수 있다. 레이의 개발 및 상용화를 앞당기기 위해서는 무엇보다 우 향후 유연기판에도 적용이 가능한 첨단재료 개발과 고해 수한 발광 특성과 안정성을 갖는 유기 화합물에 대한 연 상도, 색재현성의 대폭적인 개선을 위해서는 무엇보다도 구개발과 이들 재료를 효과적으로 대면적 박막으로 만들 특성이 더욱 우수한 발광재료 및 전하수송성 재료의 개발 거나 고해상도로 패턴을 형성하는 기술이 중요하다. 이 지속적으로 이루어져야 하고 재료의 특성에 대한 이해 를 기반으로 한 소자 전기적 구조와 광학구조의 최적화, Ⅱ. 용액공정용 재료의 분류 유-무기 하이브리드/다양한 interface 구조제어 등도 필요 하다. 현재는 열안정성이 우수한 증착용 저분자 재료의 LED 디스플레이 소자는 진공 증착을 통해 다층박막 개발과 상품화가 활발히 진행되고 있고 향후 대면적 적용 을 형성하는 저분자 (small molecule) 계와 스핀코팅이나 에 유리한 습식공정용 저분자 및 안정성이 뛰어난 유-무 잉크젯 등의 습식공정을 이용하는 고분자 (polymer)계로 기 융합구조재료가 구현되면 대형 LED TV 및 플렉서 구분할 수 있다. 역사적으로는 Bernanose 등과 Pope에 의 블 기판에도 손쉽게 제작할 수 있는 LED가 선보일 것 한 안트라센 유기박막의 전기발광 현상이 보고된 이후로, 으로 기대한다. [그림 1]에 여러 가지 LED의 응용분야 1987년에 Kodak사의 C.W. Tang에 의해 적층형 LED 22 인포메이션 디스플레이

용액공정 LED 의기술동향 소자가소개되어실용화를목표로활발히연구되기시작하였으며, 1990년대에공액결합을갖는고분자형재료의전기적발광현상이영국의케임브리지대학에서발표되어고분자형 LED 연구가진행되기시작하였다. 공통적으로양극 (anode) 상에두층이상의유기물질이적층된구조를갖는다.

2 용액공정 LED 의기술동향 소자가소개되어실용화를목표로활발히연구되기시작하였으며, 1990년대에공액결합을갖는고분자형재료의전기적발광현상이영국의케임브리지대학에서발표되어고분자형 LED 연구가진행되기시작하였다. 공통적으로양극 (anode) 상에두층이상의유기물질이적층된구조를갖는다. 양극으로는주로 indium-tin-oxide (IT) 의투명전극을사용하고음극 (cathode) 은일함수 (work function) 가낮은금속 (Ca/Al, Li:Al, Mg:Ag 등 ) 을사용한다. 유기재료박막층은각각의위치및그기능에따라정공주입재료, 정공수송재료, 전자수송재료, 전자주입재료등의주입 / 기능층과발광재료로나뉠수있으며, 발광재료는다시발광기구에따라형광 (fluorescence) 재료와인광 (phosphorescence) 재료로나뉜다. 재료의분자량, 용해도등의특성에따라유기박막을형성하는방법은진공증착공정과용액공정, 그외에유기기상증착법 (organic vapor phase deposition) 과같은공정으로분류되어, 분자량에의한저분자 / 고분자의단순한분류에비해보다세분화된다. 즉, 저분자 LED 재료의경우에도일부는진공증착법이아닌용액공정및기타방법에의해소자형성이가능하게되었다. 일반적으로는저분자를사용하는경우양극과음극사이에형성되는다층의유기박막은각각의기능이매우세분화되어있고고효율의호스트 / 도판트형발광재료, 우수한정공 / 전하수송재료와주입재료등이잘구분되어있다. 최근의저분자 LED 디스플레이소자의급속한특성과수명개선은두께제어에의한발광영역의조절등소자의물리현상에대한이해와그에기초한재료최적화에힘입은바크다. 이에비해고분자 LED에서는발광고분자의단일층에코팅을통한필름형성성을높이는역할, 전하주입및수송능력, 여기자발생과발광등의여러기능이집적화되어있기때문에, 저분자 LED에서처럼 combinatorial 적인해석수법을취하기어렵다는약점이있다. 그럼에도불구하고, 본래고분자와저분자모두기술적으로는밀접하게얽혀있어, 저분자 LED 에서연구 / 개발되는새로운인광발광재료나엑시톤밀폐등의기법이고분자및하이브리드형의소자에적용되어대면적의소자기술발전을앞당길것으로기대할수있 다. 본고에서는용액공정에의해소자형성이가능한저분자, 올리고머, 고분자및덴드리머등의초분자 (supramolecule) 재료와소자의개발동향에대해다루고용액공정재료에대해적용할수있는박막형성및패터닝기술에대해소개하였다. Ⅲ. 용액공정용저분자및고분자재료 [ 그림 2] 에일반적인저분자 LED의각층을구성하는재료및역할을표시하였다. 정공주입재료는 IT 등의양극으로부터의정공주입이원활히이루어져야하고반복적인구동에도 IT와의계면접착성이우수해야할뿐아니라가시광의흡수가적어야한다. 원활한정공주입을위해서는양극과의 HM (highest occupied molecular orbital) 에너지준위매칭이요구된다. 저분자재료에서는오믹접합에가까운전하주입특성과높은유리전이온도를갖는화합물의개발이관건이되고있다. 고분자 LED의경우유기용매에녹지않는 PEDT:PSS 가많이사용되는데, 발광층과의계면에서여기자 (exciton) 의 quenching이심하게일어난다는보고가있으며 [1], 재료의강한산성도에의해연속사용및보관시 IT의식각이진행되어유기박막내부로 indium이확산되는현상이생기고이는소자의수명 / 효율을크게떨어뜨리는역할을한다 [2]. 따라서, PEDT:PSS를대체할수있도록스핀코팅과적층이가능하면서중성에가까운정공주입재료의 [ 그림 2] 저분자형 LED의각층을구성하는재료및역할 2009 년제 10 권제 4 호 23

3 기술특집 개발이최우선시되고있으며듀퐁사에서발표된새로운정공주입재료를비롯하여새로운이온전도체를함유한 PEDT:PSS 계열재료의개발이활발하다 [3~4]. 양이온성 (cationic) 고분자인 poly(p-xylylene-a- tetrahydrothiophenium : PXT) 등의복합체를형성하여홀주입층에서의농도구배를조절하여고분자형 LED 소자효율의향상을보고하거나 [5], IT에접착성이우수한자기조립특성을갖는말단기를정공주입물질에화학적으로연결시켜새로운 buffer층을도입하는연구등이좋은예라고볼수있다 [6]. 특별히, 유기박막층과 anode, cathode와의사이에존재하는전하수송의장벽을제거하여 hmic contact을이루기위한방법으로 F4-TCQ 등을이용한홀주입층의 p-type 도핑, 전자주입층의 n-type 도핑 ( 혼합하여 p-i-n 도핑 ) 에의한저전압구동, 높은전력효율의 LED가개발되고있다. p-dopant를함유한홀주입층과 n-dopant의전자주입층사이의발광층구역계면에는적절한억제층을사용함으로써 3V 이내에서 1000 cd/m2 이상의고휘도, 100lm/W 이상의고효율 LED가보고되었다 [7]. 또한전극의에너지준위에민감하지않는정공 / 전하주입이가능하도록설계됨으로써비정질실리콘및 Zn 기반의 TFT를사용하는 n-type 능동구동소자에적용하기용이한 inverted LED 구조 [8], 다수의폴리실리콘형 TFT를사용하는능동구동소자에서 pixel 면적을넓힐수있는 top emission 형 LED에서반사전극 / 반투명전극의선택폭을다양하게해주는소자기술로서많은가능성이있으나현재까지는용액공정에의해분산이가능한 p-dopant 정공주입층계는거의보고되고있지않다. 용액공정에의한 LED소자의성공적개발을위해서는고특성의용액용 LED 재료 ( 발광층및수송층 ), 프린팅 / 패턴형성공정시에도고효율, 장수명특성을확보하는소자기술, 수율이높고저가격의생산 / 제작공정, 그리고장비의 scale-up 용이성등의요소가필요하다고할수있다. [ 그림 3] PPV 계열발광재료수있다. [9] range-red 재료는 alkoxy 등 electron donating 그룹을 phenyl ring에붙여얻을수있으며 green 발광재료는 electron donating 그룹이없거나 silyl 치환체를갖는구조로제작이가능하다. 대표적인황색 (Y) 재료에서는발광스펙트럼이넓기때문에컬러필터로분광을해 R과 G 의표시도가능하며, 고분자유기 EL 재료중에서도가장긴수명을갖는재료중하나이다. Polyfluorene 계재료 [ 그림 4] 는 9-alkyl 혹은 9,9-alkylfluorene 계로출발하였으나이후 Suzuki coupling 방법에의한고분자량, 고순도의재료들의합성이가능하게되면서많은종류의발광재료들이보고되기시작하였다. [10] Poly-Spiro-Fluorene ( 폴리스파이로플루오렌 ) 계재료는 Merck 사에서개발되고있으며, 상하 2개의플루오렌고리가직교한부피가큰모노머유닛을특징으로한다. 이로인한입체장해효과는방향고리의스택킹을불가능하게해, 고분자사슬의회합을막아, 화학안정성과색도좌표온도안정성에기여한다. 또한, 유리전이온도가높기 (Tg=160~230 ) 때문에막의열안정성이높다. 나아가, 1. 발광층형성을위한용액용 LED재료발광층의형성을위한형광고분자계재료의경우 Poly(phenylene vinylene) 계재료 [ 그림 3] 사용시발광색깔은녹색 (G), 황색 (Y), 주황색 (), 진홍색 (R) 을구현할 [ 그림 4] (a) PPP (b-d) Modified-PPP, (e) PF (f-h) PF Copolymer (i) Spiro-PF 24 인포메이션디스플레이

용액공정 LED 의기술동향 측면사슬인플루오렌고리를색도조정과전하수송능력개선에이용할수있다는점도뛰어나다. PF계고분자는뛰어난발광재료로서, 호모폴리머계재료는청색발광을나타내며이후여러가지공중합체가합성되면서황, 녹, 적색에이르기까지장수명의재료가보고되고있다. 따라서풀컬러용 RGB삼색의조색이가능해졌으나, 녹색재료의색도와청색재료의색도와수명이과제이다.

4 용액공정 LED 의기술동향 측면사슬인플루오렌고리를색도조정과전하수송능력개선에이용할수있다는점도뛰어나다. PF계고분자는뛰어난발광재료로서, 호모폴리머계재료는청색발광을나타내며이후여러가지공중합체가합성되면서황, 녹, 적색에이르기까지장수명의재료가보고되고있다. 따라서풀컬러용 RGB삼색의조색이가능해졌으나, 녹색재료의색도와청색재료의색도와수명이과제이다. Poly(phenylene):(PPP) 계재료는분자의밴드갭 (band-gap, Eg) 이넓으므로폴리플루오렌계고분자와함께주로청색발광재료쪽의연구가많이진행되었다 [11]. 역시유기용매에의용해도가낮아 precursor route에의한 PPP합성및 bulky한치환체를도입한 PPP의합성등의방향으로연구가이루어지고있다. 비공액고분자를이용하는경우인광재료의고효율특성을얻기위하여호스트-도판트의이종블렌드혹은호스트-도판트일체형태의재료등이개발되었다. Band Gap(Eg) 이넓은고분자재료를호스트로, 인광발광재료를도판트로이용하는데공액계고분자에서는일반적으로 Eg가작기때문에, 녹색-청색의발광인광도판트의호스트에는쓰기어렵다. 비교적 Eg가낮은비닐폴리머인 poly(vinyl carbazole):pvk를이용한예 [12] 가있으나 [ 그림 5], 단순히저분자인광발광재료를 PVK 안에용해분산시킨것, 측면사슬에통합시킨것등모두효율과수명이 아직까지는좋지못한데, 이후다양한올리고머로구성된호스트재료가시도되고있다 ( 다음절에소개 ) 4,4'-,' -dicarbazole-biphenyl (CBP) 나 2-Phenyl-5-(4-biphenylyl) -1,3,4- oxadiazole (PBD) 와같은저분자호스트재료와 PVK등의고분자를혼합하여박막형성및소자특성을향상시키고전사법등을통해풀칼라소자의패터닝을가능하게만든연구 [13] 도시도되었다 [ 그림 6]. 저분자형일반적인적색 / 녹색인광소자용호스트의경우카바졸 (carbazole) 단위를포함하는재료들이많이사용되고있으며이는전자수송성에비해정공수송성이큰호스트로분류될수있다. 반면 TPBi(1,3,5-tris(phenyl-2- benzimidazolyl)-benzene),taz(3-(4-biphenylyl)-4-phenyl- 5-tert- butylphenyl-1,2,4-triazole),pbd 계열의재료들은전자수송특성이더우수한호스트재료들이다. 이외의새로운인광호스트용재료로 quinoline 및 pyridine 유도체를포함하는화합물도개발이추진되고있다. 이들저분자호스트에용액공정이가능하도록알킬기등의가용성부분을도입할수있으나, 성능및열안정성저하가쉽게나타날수있고, 특히비정질성을향상시키기위하여비대칭구조를갖도록분자구조를설계하는것이필요하다. 아래도와같이호스트고유의성질을유지하는 function unit과용해성유지를위한 soluble wing의위치배열에대한최적화를통해우수한특성의저분자호스트를개발하 m n S m n Red Ir S Green Ir m n F Ir F Blue F F ETL [ 그림 5] 비공액고분자 ( 인광계열 ) 발광재료 : 호스트 - 도판트일체형태의대표적구조 [ 그림 6] 저분자 (CBP 혹은 PBD) 및고분자 (PVK) 호스트를사용한용액공정 LED의소자구조 (a) 스핀코팅 (b) 레이저전사법으로패턴형성을위한소자 2009 년제 10 권제 4 호 25

5 기술특집 [ 그림 7] 진공증착및용액공정이가능한 Ir-complex 계열의적색인광도판트 [14] 고자하는연구가국내외학계및연구기관에의해활발히추진되고있다. 인광소자의경우여기자의 lifetime 및확산거리와정 공확산이아무래도형광소자에비해크기때문에발광층내에전하및여기자를효과적으로분포하도록하기위해서는정공 / 전자이동도를대략적으로맞춘용액공정용재료를개발하거나두가지이상의호스트재료를혼합하여이동도를적절히맞추면서다양하게분포하는전하트랩 (trap) 에의한발광영역제한구조를설계하는방법이효율및수명의향상에유리하다. 이와같은복합호스트구조및전하트랩제어구조는도판트의전하수송특성, 도판트의 HM/LUM, 삼중항에너지준위, 도판트의극성등과도밀접하게연관되어있다. 도판트의경우일반적으로발광층내에소량들어가므로증착용재료와함께용액공정이가능한화학구조들이제안되었다. [ 그림 7] 에홀전도성을갖는 9-Arylcarbazole 기가포함된적색인광 Ir-complex 의화학구조및소자형성도를나타내었다. 증착형은 12%, 용액공정형은 8% 수준의외부양자효율과 CIE 1931 (0,67, 0.33) ~ (0.68, 0.32) 의순적색을보고하였다 [14]. 2. 용액공정 LED를위한수송층 /Buffer재료 PEDT:PSS에서고분자발광층으로의 S 혹은 S 2 기의확산으로인해, 고분자가가교내지용매난용성으로변화해발광효율이떨어진다고생각되며, 인듐의확산으로인한특성저하도보고되고있다. 이를피하기위해서공 [ 그림 8] 형광고분자를이용한발광소자에서계면층 (interfacial layer) 삽입에의한효율및수명의향상 (green 및 red소자의경우 ). 청색발광소자의경우에는발광층의넓은밴드갭으로인해계면삽입층의전자확산억제층으로서의효과가미약하여효율 / 수명향상이나타나지않았다 [15] 액고분자를사용한홀주입 / 수송층용액을적층으로도포하는방법이제안되었다. poly(9,9'-dioctylfluorene-co-- (4-butylphenyl) diphenylamine) (TFB), poly(9,9'-dioctylfluorene -co-bis-,'-(4-ethoxycarbonylphenyl)-bis-,'-phenyl-be nzidine (BFEC) 혹은 4,4-bis[(p- trichlorosilyl-propylphenyl) phenylamino] biphenyl(tpdsi2) 등의고분자박막을 PEDT: PSS와용액공정용발광층사이에 1~5nm 사이의계면층 (Interfacial layer) 두께로연속코팅공정에의해형성하여소자의효율과수명을상당히향상시킬수있는데 [15] [ 그림 8], 이방법은대면적소자에도재현성있게사용될수있으나용액용인광소자에도적용할수있도록높은삼중항에너지를갖는 interface 층재료는아직미흡하다. 따라서새로운전하수송재료의탐색개발도필요하다. 유기용매를사용하는정공주입 / 수송층을형성하고열처리에의해이를가교시켜적층이가능하도록할수있으며옥사텐 (oxatene) 기를사용한가교성질의홀수송층을도입하여 58lm/W의용액공정녹색인광소자효율이보고되었다 [16]. 수용성 / 유기용매성용매직교 (solvent orthogonality) 26 인포메이션디스플레이

용액공정 LED 의기술동향 [ 그림 10] IT/PEDT:PSS-afion 혼합물 / 고분자발광층 /Ba/Al 소자의일함수변화및수명향상 [4] [ 그림 9] PEDT:PSS 에소수성기성분을함유한첨가물을고분자산형태로도입하여만들어진 buffer 재료의물성및소자특성향상의결과 [17] 성질을그대로사용하는경우에는앞서소개한것처럼미국의듀퐁 (Du Pont)

PEDT:PSS의이온 complex 타입의전도성고분자구조를변형시켜고유결합이전도성고분자 unit과고분자산 (polymeric acid) 사이에존재하도록하여전기화학적안정성및 PSS의해리를방지하도록하는재료합성기법이사용되었고, [ 그림 9] 에나타낸바와같이 PH 와일함수 (work function) 의조절이가능하며최적조성의

6 용액공정 LED 의기술동향 [ 그림 10] IT/PEDT:PSS-afion 혼합물 / 고분자발광층 /Ba/Al 소자의일함수변화및수명향상 [4] [ 그림 9] PEDT:PSS 에소수성기성분을함유한첨가물을고분자산형태로도입하여만들어진 buffer 재료의물성및소자특성향상의결과 [17] 성질을그대로사용하는경우에는앞서소개한것처럼미국의듀퐁 (Du Pont) 사에서보고한정공수송재료가기존의 PEDT:PSS에비해세배이상의소자수명과높은발광효율을보고하고있다 [3]. PEDT:PSS의이온 complex 타입의전도성고분자구조를변형시켜고유결합이전도성고분자 unit과고분자산 (polymeric acid) 사이에존재하도록하여전기화학적안정성및 PSS의해리를방지하도록하는재료합성기법이사용되었고, [ 그림 9] 에나타낸바와같이 PH 와일함수 (work function) 의조절이가능하며최적조성의 buffer를홀주입층으로사용한용액공정형고분자 LED에서효율과수명이크게향상되는결과를보고하고있다 [17]. 자및덴드리머등을사용한재료에서의박막특성과안정성을향상시킬수있는소자 / 공정기술개발이중요시되고있다. Buffer 및 interfacial layer를사용한소자적층화를통해소자수명을좀더향상시킬수있다는것은이미앞절에서소개한바있는데, Perflorinated Ionomer (afion) 과같은이온전도체와 PEDT:PSS의혼합에의해서도유사한결과가얻어진다는사실이보고되었다. [ 그림 10] 에 PEDT:PSS/ 이온전도체 (afion) 혼합물을정공주입층으로사용시의 IT/ 발광층계면의일함수변화및소자수명의향상결과를보였다. 고분자 LED에흔히쓰이는 Ca/Al, Ba/Al 의음극구조에비해 LiF/Ca/Al, BaF 2 /Ca/Al 등의다층음극구조는전자주입특성향상으로소자구동시전하균형에유리하여수명및효율향상이가능하다는것이알려져있다 [18,19]. [ 그림 11] 에서는 BaF 2 와 Ca 층의두께를동시에변화시키면서얻어진최적다층음극구조의효율및반감수명에미치는결과를나타내었다. BaF 2 층의두께에따라 3. 고효율및장수명을위한소자기술용액공정을사용한 LED의소자효율및수명을향상시키기위해서는앞서언급한바와같이발광층으로사용되는호스트 / 도판트혹은호스트-도판트일체형재료의전하균형이잘맞도록이동도및전하트랩구조를설정하는것이필요하다. 여기에재료자체의무정형특성이넓은온도범위에서유지되도록하며우수한박막형성특성을갖는재료를합성하는기술이요구된다. 고분자재료의경우무정형및박막형성특성은우수하나분자구조가복잡하고공중합체형태의사슬구조에서전하균형을완벽하게구현하기어렵고정제과정이까다로우므로저분 [ 그림 11] BaF2 /Ca 층두께변화에따른소자효율및반감수명의 contour plot 과다층음극의모식도 [19] 2009 년제 10 권제 4 호 27

기술특집 [ 표 1] Red, Green 및 Blue solution LED 의특성 칼슘충과고분자발광층계면조건이달라지게되며, 3nm 이상의두께를갖는 BaF 2 /Ca 계면구조에서전자주입특성향상과칼슘의유기막층으로침투하는것을차단함에의해소자수명의향상을설명할수있다.

용액공정용올리고머및덴드리머 여러가지올리고머 / 폴리머형태의인광호스트재료를이용하여 PVK와저분자호스트의혼합물의단점인낮은소자효율및수명을극복하고자하는연구가발표되었다.

Core, branching, Surface group 으로구성되는덴드리머기반의인광재료의경우에는기본적으로삼중항 -삼중항여기자소멸 (triplet-triplet annihilation) 이적고전하수송특성과발광효율의간섭을적게할수있는분자구조설계가가능하여높은색순도와고효율특성을얻을수있다.

7 기술특집 [ 표 1] Red, Green 및 Blue solution LED 의특성 칼슘충과고분자발광층계면조건이달라지게되며, 3nm 이상의두께를갖는 BaF 2 /Ca 계면구조에서전자주입특성향상과칼슘의유기막층으로침투하는것을차단함에의해소자수명의향상을설명할수있다. 듀퐁사에서 2008년보고한용액공정 LED의 RGB별소자특성은 [ 표 1] 과같다 [20]. 아직까지저분자증착소자에비해서는효율 / 수명이낮으나색순도특성등은대등한것을알수있고, 최근의재료및소자기술의비약적인발전에힘입어대면적공정에유리한용액공정 LED 의지속적인특성향상을기대할만하다. Ⅳ. 용액공정용올리고머및덴드리머 여러가지올리고머 / 폴리머형태의인광호스트재료를이용하여 PVK와저분자호스트의혼합물의단점인낮은소자효율및수명을극복하고자하는연구가발표되었다. 카바졸 (carbazole) 계의단일및공중합체를이용하여합성된용액공정용고분자인광호스트들의삼중항에너지준위 / 밴드갭특성과이를이용한소자효율등의관계가보고된바있다 ( 그림 12, [21] ). Core, branching, Surface group 으로구성되는덴드리머기반의인광재료의경우에는기본적으로삼중항 -삼중항여기자소멸 (triplet-triplet annihilation) 이적고전하수송특성과발광효율의간섭을적게할수있는분자구조설계가가능하여높은색순도와고효율특성을얻을수있다. [ 그림 13] 에나타낸바와같이호스트가없는단일성분의덴드리머발광층만을사용하여보다간단한소자제작공정을구현할수있다는것을장점으로내세울수있으나아직까지는연구개발초기단계로전세계적으로몇몇그룹만이연구에참여하고있어소자의작동수명등에대한보고는거의이루어지지않았다. [ 그림 12] 카바졸중합체를사용한인광호스트 / 이리듐계도판트의에너지준위및전달 Al LiF AlQ 3 BAlQ CBP:Ir(ppy) 3 PD IT substrate Al LiF TPBI Dendrimer IT substrate [ 그림 13] Dendrimer 발광층의구성및단순화된 LED 소자구조 [22~23] 28 인포메이션디스플레이

용액공정 LED 의기술동향 Ⅴ. 용액공정 LED 의박막형성및패터닝기술 용액공정 LED는 [ 그림 14] 에나타낸바와같이간단하면서도생산성이높은공정기술을사용하여박막형성및 RGB 칼라패턴공정이확보되어야진공증착형 LED 대비차별화된장점및시장점유가가능할것으로전망된다.

잉크젯, 레이저전사인쇄, 노즐프린팅등이미많은종류의 RGB인쇄방법이용액형 full color AMLED 의제작을위한공정기술로보고되었으며 [24~26], 그라비어인쇄법등은저가격 / 고속생산이가능 한 LED 조명소자용공정으로매우적합하다.

8 용액공정 LED 의기술동향 Ⅴ. 용액공정 LED 의박막형성및패터닝기술 용액공정 LED는 [ 그림 14] 에나타낸바와같이간단하면서도생산성이높은공정기술을사용하여박막형성및 RGB 칼라패턴공정이확보되어야진공증착형 LED 대비차별화된장점및시장점유가가능할것으로전망된다. [ 그림 15] 에나타낸바와같이트랜지스터 backplane상에형성하는 Active matrix(am) 형용액공정 LED의제조에매우중요한공정은컬러패터닝을위한용액인쇄 (solution printing) 기법이다. 잉크젯, 레이저전사인쇄, 노즐프린팅등이미많은종류의 RGB인쇄방법이용액형 full color AMLED 의제작을위한공정기술로보고되었으며 [24~26], 그라비어인쇄법등은저가격 / 고속생산이가능 한 LED 조명소자용공정으로매우적합하다. 이들중잉크젯인쇄공정의기술개발이가장먼저시작되었고 Cambridge Display Technology(CDT) Seiko-Epson, Sumitomo 화학, 삼성전자등의산업계에서현재까지 150~200ppi급의고해상도및 40인치이상의대면적디바이스의시연에성공하였으나상업화를위한고분자발광재료의개발이미흡한수준이다. 잉크젯 / 그라비어공정에서는용액과기판사이의표면장력이잘제어되어야하고인쇄된패턴의형상을균일하게만들기위하여최적용매의선택이매우중요하다. 레이저전사법을이용한용액공정 AMLED 의제작은삼성 /3M, 듀퐁사등에서전개되었으나현재는레이저전사용필름에증착재료를도포하여형성하는소자기술로개발방향이집중되고있다. 듀퐁사에서최근발표한용액공정 LED를위한노즐프린팅 (nozzle printing) 은기판 / 유기막과액적 (drop) 사이의표면장력에민감한잉크젯공정의대안으로서제시되고있으며성공적으로개발이이루어지면용액공정 LED의대형화및 full color화에크게기여할것으로생각된다. Ⅵ. 결론 [ 그림 14] 용액용 LED 의박막 / 패턴형성을위한공정기술 [ 그림 15] 용액공정 AMLED의제작에적용가능한다양한컬러 (RGB) 패터닝기술 최근의저분자 AMLED 의성공적인사업화에따라관련소재를사용하는디바이스의시장진입이더욱늦어질가능성도있으며, 세계적으로는 LED 및유기트랜지스터용재료부분에서용액공정이가능한물질을연구 / 개발하는회사의수가줄거나타회사에합병되는사례가많다. 그러나이들용액공정용소재는손쉽게대형면적에도포할수있고상대적으로간단한인쇄법에의해정밀한패턴형성이가능하므로차세대대형, 그리고유연기판소자에의적용을위한원천기술획득을위해서는절대로용액공정용발광및기능소재의개발에관련된노력을게을리해서는안된다. 국내기업및연구소, 학계에서는저분자계소재를이용한상품개발에보조적으로사용될수있는, 예를들면일부소재의대체품이나봉지재, 표면개질등으로사용되는기능성소재의상품화부터시작하여점차고효율발광재료및핵심소재의사업화에기여할수있는연구개발이필요하다 년제 10 권제 4 호 29

기술특집 참고문헌 [ 1 ] J. Kim, R. H. Friend, I. Grizzi, and J. H. Burroughes, Appl. Phys. Lett. 87, 023506 (2005). [ 2 ] M. P. De Jong, L. J. van Ijzendoorn, and M. J. A. de Voigt, Appl. Phys. Lett. 77, 2255 (2000).

9 기술특집 참고문헌 [ 1 ] J. Kim, R. H. Friend, I. Grizzi, and J. H. Burroughes, Appl. Phys. Lett. 87, (2005). [ 2 ] M. P. De Jong, L. J. van Ijzendoorn, and M. J. A. de Voigt, Appl. Phys. Lett. 77, 2255 (2000). [ 3 ] S. H. Kim, Digest of Technical Papers, International Meeting of Information Display (IMID) 1044 (2005). [ 4 ] T.-W. Lee, Y. Chung,.Kwon, J.-J.Park, Adv. Funct. Mater. 17, 390 (2007). [ 5 ] P. K. H. Ho, J. Kim, J. H. Burroughes, H. Becker, S. F. Y. Li, T. M. Brown, F. Cacialli, and R. H. Friend, ature 404, 481 (2000). [ 6 ] H. Yan, P. Lee,. R. Armstrong, A. Graham, G. A. Evmenenko, P. Dutta, T. J. Marks, J. Am. Chem. Soc. 127, 3172 (2005). [ 7 ] J. Birnstock, T. Canzler, M. Hofmann, A. Lux, S. Murano, P. Wellmann, A. Werner, SID 2007 Digest, Vol. 38, 1193 (2007). [ 8 ] C.-W. Chen, C.-L. Lin, C.-C. Wu, Appl. Phys. Lett. 85, 2469 (2004). [ 9 ] H. Becker, H. Spreitzer, K. Ibrom, W. Kreuder, Macromolecules, 32, 4925 (1999). [10] M. T. Bernius, M. Inbasekaran, J. 'Brien, W. Wu, Adv. Mater. 12, 737 (2000). [11] D. Gin, V. Conticello, Trends Polym. Sci. 4, 217, 1996 [12] S. Tokito,, M. Suzuki, F. Sato, M. Kamachi, K. Shirane, rganic Electronics 4, 105 (2003). [13] M.-H. Kim, M. C. Suh, J. H. Kwon, B. D. Chin, Thin Solid Film, 515, 4011 (2007). [14] C.-L. Ho, W.-Y. Wong, Z.-Q. Gao, C.-H. Chen, K.-W. Cheah, B. Yao, Z. Xie, Q. Wang, D. Ma, L.Wang, X.-M. Yu, H.-S. Kwok, Z. Lin, Adv. Func. Mater. 18, 319 (2008). [15] B. D. Chin,. S. Kang, J.-W. Yu, S. M. Jo, J. Y. Lee, J. of Appl. Phys., 102, (2007). [16]. Rehmann, C. Ulbricht, A. Koehnen, P. Zacharias, M. C. Gather, D. Hertel, E. Holder, K. Meerholz, U. S. Schubert, Adv. Mater. 20, 129 (2008). [17] D.H.Huh, J. W.Lee, E. S. Kang, M. Chae, SID 2008 Digest. Vol 39, 1985 (2008) Los Angeles. [18] B.D.Chin, D.Lian, M. H. Kim, S. T.Lee, H. K. Chung, Appl. Phys. Lett. 85, 4496 (2004). [19] T.-W. Lee, M.-G. Kim, S. H.Park, S. Y. Kim,. Kwon,T. oh, J.-J.Park, T.-L. Choi, J.H.Park, B.D. Chin, Adv. Funct. Mater. 19, 1863 (2009). [20] W. Feehery, Tuning solution LED into Reality, rganic Semiconductor Conference, Frankfurt, ctober, [21] A. van Dijken, J. J. A. M. Bastiaansen,. M. M. Kiggen, B.M. W. Langeveld, C. Rothe, A. Monkman, I.Bach, P. Stossel, K. Brunner, J. AM. CHEM. SC. 126, 7718 (2004). [22] S.-C. Lo, T.D. Anthopoulos, E. B. amdas, P.L.Burn, I.D.W.Samuel, Adv, Mater. 17, 1945 (2005). [23] S.-C. Lo, R. E. Harding, S. G. Stevenson, R.. Bera, P.L.Burn, I.D.W.Samuel,Adv. Funct. Mater. 18, 3080 (2008). [24] Y. Iizumi, Y. Kobayashi, T. Tachikawa, H. Kishimoto, K. Itoh, H. Kobayashi,.Itoh, S. Handa, D. Aoki, and T. Miyake, SID 2007 Digest, vol. 38, 1660 (2007). [25] M.C. Suh, B. D. Chin, M.-H. Kim, T.M.Kang, S. T.Lee, Adv. Mater., 15, 1254 (2003). [26] S. T. Lee, M. C. Suh, T. M. Kang, Y. G. Kwon, J. H. Lee, H. D. Kim, and H.K. Chung, SID 2007 Digest, Vol.38, 1588 (2007). 저자약력 진병두 1994 년 : 연세대학교공학사 2000 년 : 한국과학기술원공학박사 2000 년 ~2001 년 : University of Massachusetts at Amherst, Post-doc 2001 년 ~2005 년 : 삼성 SDI 책임연구원 2005 년 ~2009 년 : 한국과학기술연구원선임연구원 2009 년 ~ 현재 : 단국대학교고분자시스템공학부조교수 30 인포메이션디스플레이

유기 발광 다이오드의 전하주입 효율 향상을 통한 발광효율 향상 연구

유기 발광 다이오드의 전하주입 효율 향상을 통한 발광효율 향상 연구 - i - - ii - - iii - - iv - - v - - vi - 그림차례 - vii - - viii - - 1 - 5). - 2 - - 3 - 유기발광다이오드 ( 고분자또는저분자 ) 무기발광다이오드 (p-n junction LED) - + cathode ETL EML HTL HIL anode 발광 두께 : 100 ~ 200 nm 양극 ( 투명전극,