<343020BFC0C5C2BDC42DC0FBBBF620B5B5C6DDC6AEB0A120B5B5C7CEB5C820B9DFB1A4C3FE2E687770>

Size: px

Start display at page:

Download "<343020BFC0C5C2BDC42DC0FBBBF620B5B5C6DDC6AEB0A120B5B5C7CEB5C820B9DFB1A4C3FE2E687770>"

수영 봉
5 years ago
Views:

1 Journal of the Korea Academia-Industrial Cooperation Society Vol. 12, No. 10 pp , 이호년 1, 오태식 2* 1 순천향대학교공과대학전자정보공학과 2 선문대학교공과대학정보디스플레이학과 Study on Color Shifting Mechanism for Organic Light Emitting Diode with Red Dopant-doped Emitting Layer Ho-Nyeon Lee 1 and Tae-Sik Oh 2* 1 Dept. of Display and Electronic Information Engineering, Soonchunhyang University 2 Dept. of Information Display, Sun Moon University 요약컬러시프트현상은다양한색상을생성하는유기발광다이오드소자에있어서발광색상의순도를저하시키는주요원인으로작용되어지고있다. 본연구에적용한유기발광다이오드소자의기본구조는 ITO/α-NPD/Alq 3:DCJTB [wt%]/alq 3/Mg:Ag로구성되어지며, 컬러시프트가일어나는메커니즘을규명하기위하여유기발광다이오드소자내에서의전기광학적인특성요인들을수치해석하였다. 또한 DCJTB[wt%] 의도핑농도비율을변화시켜가면서컬러시프트의원인을조사하였다. 그결과, 발광층과정공수송층의경계면에서발생되어지는호스트에트랩된전자들과자유정공들그리고게스트에트랩된정공들과자유전자들에의한재결합율의변화가컬러시프트현상의주요요인들중의하나임을확인하였다. Abstract The Color shift phenomenon is becoming a major degradation factor of the emitting color purity in the organic emitting diodes which is generating a plurality of colors. In this study, the basic structure of organic light emitting diode device is comprised of ITO/α-NPD/Alq 3:DCJTB[wt%]/Alq 3/Mg:Ag, we have carry out numerical simulation of the electric-optical characteristics in organic light emitting diode device to estimate the mechanism of color shift phenomenon. We have investigated the causes of the color shift through the change of DCJTB doping concentration ratio. As the result, we have confirmed that the changes of the recombination rate which generated by trapped electrons and holes is one of the major factors for the color shift phenomenon. key words : White organic light emitting diodes(woleds), Color shift, Recombination rate 1. 서론 유기발광다이오드 (organic light emitting diode, OLED) 는자발광형소자 (emissive device) 이면서넓은색재현범위 (wide color gamut) 와고속응답시간 (fast response time) 특성을갖고있으며낮은구동전압 (low operating voltage) 과저소비전력 (low power consumption) 으로구동되어지기때문에다른평판디스플레이 (flat panel display, FPD) 소자들보다도선명한동영상을구현할수있을뿐만아니라친환 경적인디스플레이소자이다. 따라서 1999년에 PMOLED (passive matrix OLED) 가개발되어지면서 MP3, 핸드폰등의휴대용기기들에경쟁적으로적용되어단색 (monochrome) 의영상을구현하였다.2007년말부터는 2인치급 AMOLED (active matrix OLED) 가본격적으로양산라인에서생산되어지면서유비쿼터스 (ubiquitous) 시대를선도하고있는스마트폰, MP4, 디지털카메라등과같은다양한모바일 (mobile) 기기들에서선명한풀컬러 (full color) 동영상을구현하고있다. 뿐만아니라 11 인치급이개발되어소형 * 교신저자 : 오태식 (ots99@sunmoon.ac.kr) 접수일 11 년 07 월 27 일수정일 11 년 09 월 14 일게재확정일 11 년 10 년 06 일 4590

2 TV 제품에도적용이검토되고있고중대형의 TV용이나모니터용 OLED 소자의연구개발도활발히진행되고있다. 차세대대화면디스플레이용 OLED 소자에서풀컬러를구현하기위한여러가지방식들이제안되어져있다. 그중에서가장이상적인풀컬러화방식은현재시판되고있는스마트폰용 OLED 소자에적용되고있는 3색분별도포방식 [1,2] 이라할수있으며, 이는 red, green, blue에해당하는각각의단위화소 (sub pixel) 들을독립적으로형성시키는방식이다. 그러나이방식은구조가복잡하고 3가지의유기발광재료를안정적으로최적화시켜야하기때문에아직까지대화면구조에서요구되는발광효율특성과수명과같은신뢰성특성확보를위한연구개발이진행되고있는실정이다. 그래서 blue 단색 OLED 소자에컬러변환매질 (color changing medium, CCM) 을설치하고청색광을투과시켜컬러를재현하는방식 [3-5] 과 white 단색 OLED(WOLED) 소자에컬러필터 (color Filter, C/F) 를설치하고백색광을투과시켜컬러를재현하는보다간단한제조방식 [6,7] 들이관련개발자들의관심을끌고있다. 특히 WOLED를이용하는 C/F 방식은활발히개발되어점차고효율화되어져왔다. 최근에는이러한 WOLED 소자기술을조명소자 (lighting devices) 에도적용하고자하는연구가활발히이루어지고있다. 이처럼 WOLED 소자기술은차세대디스플레이용소자로서뿐만아니라조명용소자로서도폭넓게응용할수있는주요기술이다. 그러나디스플레이용이나조명용 OLED소자에서요구되는 WOLED의특성은다소다르다. WOLED가디스플레이용소자로사용되기위해서는높은발광효율과낮은구동전압특성이외에넓은색재현범위를구현하기위해서는 red, green, blue에해당하는피크파장 (peak wavelength) 이전계발광스펙트럼 (electro-luminescence spectrum) 분포내에모두구현되어져야만한다. 반면에 WOLED가조명용으로사용되기위해서는고휘도, 장수명, 고효율, 저비용생산뿐만아니라태양광과유사한높은연색지수 (Color Rendering Index) 를구현하는것이필수적이므로넓은파장영역대의스펙트럼분포특성을나타내어야만한다. 그래서 WOLED를구현하기위한방법으로 red, green, blue 3가지색상의발광층을형성하는방식과 blue와 yellow 계열의 2가지발광층을적층하여 white를구현하는적층형 WOLED가가장일반적으로검토되어지고있다 [8-12]. 그중에서 3가지발광층을형성하는 WOLED 소자의경우는방출되는 white로부터 red, green, blue 각각의파장추출효율이높기때문에디스플레이용으로의응용에적합하다. 반면에 2가지발광층을이용하는 WOLED 소자는조명용으로는활용가능하지만백라이 트 (backlight) 또는 C/F를적용하는디스플레이용대면적 WOLED로적용하는경우는 green 계열의빛을추출하기어려운문제가있다. 또다른방법으로는상기와같이각각의칼러에대하여발광층을독립적으로구성하지않고여러색상의발광물질들이혼합된하나의발광층을이용하여 white를구현하는방식도있다 [13]. 이방법으로는 blue 발광이가능한호스트 (host) 와 yellow계열의도펀트 (dopant) 를도핑하여호스트에의한 blue와도펀트에의한 yellow의보색을이용하는방법이알려져있으며, 하나의호스트물질내에 blue와 yellow의도펀트를모두도핑하는단순한구조들도보고되었다. 그러나이러한구조들은저비용생산이가능한장점이있지만아직까지는발광효율이낮고소자구조나구동조건의변동에따라색순도가달라지는문제점을개선시키기위한연구개발이계속진행되고있는실정이다. 본논문에서는상기의 WOLED 소자구조에서공통적인문제점으로거론되고있는색순도문제의원인을규명해보기위해서 WOLED 구조내에서의컬러시프트메커니즘 (color shift mechanism) 을수치해석적으로검토하였다. 이를위한 OLED 소자구조로는잘알려져있는 ITO/α-NPD(40 nm)/alq 3:DCJTB[wt%](30 nm)/alq 3(30 nm) /Mg:Ag를채택하여이를그림 1에나타내었다. [ 그림 1] 본논문에적용한 OLED 소자의모델링구조도 [Fig. 1] Schematic modeling structure of OLED device with red dopant-doped emitting layer. 상기의 OLED 소자구조의발광층은 torr 정도의고진공분위기에서호스트물질인 Alq 3 (tris(8-hydroxy quinolinato)aluminium, 분자식 : C 27H 18AlN 3O 3, 분자량 : g/mol) 를열증착 (thermal evaporation) 하면서동시에 DCJTB(4-(dicyanomethylene)-2-t-butyl-6(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran, 분자식 : C 30H 35N 3O, 분자량 : g/mol) 의적색형광 (red fluorescent) 도펀트를게스트 (guest) 물질로서열증착시켜형성시킨다. 이때목표로하는발광층의박막두께와면적그리고도펀트의중 4591

3 한국산학기술학회논문지제 12 권제 10 호, 2011 량비 [wt%] 를고려하여 Alq 3 와 DCJTB의열증착속도를각각설정한다. 그러나유기물은그재료자체의특성때문에상기와같은제조과정에서의증착온도나증착속도등의공정조건에따라서전하의드리프트이동도 (drift mobility) 와같은전기적인특성요인이쉽게달라져버리는문제점들이있다 [14,15]. 따라서 host-guest system 구조가적용된소자의실험에서재현성이우수한전기광학적인실험결과를획득하는것은현실적으로어렵다. 특히 WOLED 소자에서의컬러시프트메커니즘과같은미묘한현상을분석하기위해서는제조공정조건에영향을받지않는전산시뮬레이션에의한수치해석을통해서전기광학적인특성을확인하고그동작메카니즘을분석하여정확히이해하는것은매우중요한과정이라고할수있다. 본논문에서는참고문헌 [16-18] 에언급되어있는 Alq 3:DCJTB [wt%] 의도핑량들을참고로하여 6가지종류의 OLED 소자구조를모델링하여이에대한전기광학적인특성을상용의시뮬레이션프로그램인 SimOLED (ver.3.4) 로수치해석하여컬러시프트현상의메커니즘을규명하였다. 여기에서 는전계 (electric field), 는볼츠만상수 (Boltzmann's constant), 는유기박막층의온도, 는전계가인가되지않은상태즉무전계 (zero electric field) 또는낮은전계상태에서온도에좌우되는전하의이동도를나타내는것이며, 는 Poole-Frenkel factor로서 으로나타내어진다. 일반적으로 Poole-Frenkel 효과는전계의증가에따라이동도가선형적으로증가하는것으로고려하므로상기의식을다음과같은식 (2), (3) 또는식 (4), (5) 와같이변환하여수치해석에적용하고있다. (2) (3) (4) (5) 2. 실험방법 유기화합물박막층내에서전하의거동을수치해석하는데필요한지배방정식들은여러연구자들에의해잘알려져있고 [19-24] 또한 ASPAS[17,18] 나 SimOLED 와같은상용의시뮬레이션프로그램도개발이되어져있다. 이러한수치해석프로그램을이용하여 OLED 구조를해석하기위해서는유기물분자의에너지레벨 (energy level) 인 HOMO(highest occupied molecular orbital) 와 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital) 그리고유전율 (permittivity) 또는굴절율, 전하 (charge) 의이동도 (mobility) 등을입력요소로서사용한다. 그러나에너지레벨과유전율등과같은물질고유의물성치는측정에의해구하여적용할수있지만전하이동도는공정조건이외에구동전압과온도에따라달라지는요소이기때문에일반적인 Poole-Frenkel 모델이나온도특성을 고려하는 Poole-Frenkel 모델인 W. G. Gill 모델을이용하여구하고있다. Poole-Frenkel 모델은특정온도에서의전계효과만을고려하는것으로전하의이동도는다음의식 (1) 과같이나타내어진다 [19-22]. (1) 여기에서 와 는무전계상태에서의전자와정공의이동도를각각나타나며 와 그리고 와 는일정온도에서재료내의무질서 (disorder) 와관련되는전자와정공에대한활성화전계 (activation field) 와특성전계상수 (characteristic electric field constant) 를각각나타낸다. 그리고실제의 OLEDs 내에서는전자와정공들이주입되어지면이전하들은이동하다가재결합 (recombination) 을하기때문에상황은매우복잡하게된다. 이와같은 OLEDs 내에서의재결합은상호쿨롱인력내에서양전하와음전하의확산거동을기반으로하기때문에 Langevin 이론 [25-29] 에의해양측분자에의한과정임이증명되었다. 이는재결합율 (recombination rate) 이상기의전하이동도에비례한다는것을의미하며다음과같은식 (6) 으로나타내어진다. (6) W. G. Gill 모델은전계효과와다른활성화에너지를나타내는온도의영향을동시에고려하는것으로 Gill의경험식은다음의식 (7) 과같이나타내어진다 [23,24]. 4592

4 (7) 여기에서 는전계가인가되지않은상태에서의활성화에너지 (activation energy), 는 Poole-Frenkel 계수, 는유효온도, 는유기박막층의온도, 는이동도의전장의존성이없어질때의온도, 는 에서의이동도를각각나타낸다. 그러나상기식 (6) 과같이온도인자를고려하는경우는많은실험을통하여각각의유기물재료에대해온도별로전하이동도의전계의존성그래프를구하여상기의상수인자들을도출해내어야만하는어려움이있다 [22,23]. 본논문에서는참고문헌들에서의 time of flight 방식 [30-34] 이나 transient electro-luminescence 방식 [35-39] 을이용하여측정한유기박막층의전하의이동도특성그래프로부터상기의 Poole-Frenkel 관계식에서필요로하는전자와정공에대한, 와, 를각각구하여참고로하였다. 그러나드리프트이동도는실험에적용된박막의증착속도나박막두께그리고도펀트의도핑농도에따라가변되어진다. 그래서시뮬레이션해석결과의정확성을확보하기위하여참고문헌 [18] 의그림 4에제시되어있는 Alq 3:DCJTB [1.0 wt%] 의실험결과에의한전압-전류밀도특성곡선에맞게최적화하여각박막층의일함수및 HOMO와 LUMO 그리고전하의이동도및특성전계상수를도출하여그림1과표1에각각나타내었고, 그실험결과와수치해석결과를그림2에동시에나타내었다. 그림 1의소자구조를기본구조로하여발광층 (Alq 3: DCTJB[wt%]) 에도핑한 DCTJB 적색도펀트의농도비율을 0%, 0.05%, 0.1%, 0.5%, 1.0%, 0.3% 로변화시켜모델링하고다음과같이 device-1, 2, 3. 4, 5 그리고 device-6으로각각명명하였다. (8) device-1: ITO/α-NPD(40 nm)/alq 3:DCJTB [0.0 wt%] device-2: ITO/α-NPD(40 nm)/alq 3:DCJTB [0.05 wt%] device-3: ITO/α-NPD(40 nm)/alq 3:DCJTB [0.1 wt%] device-4: ITO/α-NPD(40 nm)/alq 3:DCJTB [0.5 wt%] device-5: ITO/α-NPD(40 nm)/alq 3:DCJTB [1.0 wt%] device-6: ITO/α-NPD(40 nm)/alq 3:DCJTB [3.0 wt%] [ 표 1] α-npd 와 Alq 3 그리고 Alq 3:DCJTB{1wt%] 의전하이동도와특성전계상수 [Table 1] Charge mobility and characteristic electric field of NPB, Alq 3 and Alq 3: DCJTB. material electron hole NPB Alq Alq 3:DCJTB 여기서이동도와특성전계상수의단위는각각 [ cm2 /Vs] 와 [( cm /V) 1/2 ] 이다. 표 1에서보는바와같이 Alq 3 의경우는 DCJTB가도핑되어지면전자와정공의이동도와특성전계상수가달라진다. [ 그림 2] OLED 소자의구동전압 - 전류밀도특성비교 [Fig. 2] Driving voltage vs current characteristics of the OLED devices. 3. 결과및고찰 상기의실험방법에서모델링한 device-a군의전압-전류밀도특성곡선을그림 2에서살펴보면동일구동전압조건에서기존의도핑되지않은 Device-1에비하여 DCTJB가도핑된소자들에서전류밀도가감소되며 DCTJB의도핑농도가높을수록전압-전류밀도가감소되는특성곡선을나타낸다. 이는 DCJTB의도핑농도비율 (concentration ratio) 변화에의한 Alq 3:DCJTB[wt%] 박 4593

5 한국산학기술학회논문지제 12 권제 10 호, 2011 막층의전하이동도가색소도펀트를증가시킬수록낮아지는경향이기때문에선행으로수행한참고문헌 [40,41] 에서의결과와같이도펀트가증가할수록전압-전류밀도특성곡선이완만하게증가되는특성을나타내게된다. 또한그림 3의전압-휘도특성그래프에서보는바와같이발광휘도특성은 Device-1의경우그림 2의전압- 전류특성과는반대로가장저조하게나타나며 DCTJB가도핑된소자들은전류-휘도특성이대폭증가되었으며그중가된순서는Device-6>Device-5>Device-4>Device-3> Device-2>Device-1 이며전압- 전류특성과유사하게 DCTJB 의도핑농도순서로증가되었다. 발광층의호스트유기물과전자수송층의유기물재료는동일한 Alq 3 이지만그경계면에서전하이동도가급격히변화되어졌다. [ 그림 4] OLED 소자의전류밀도 - 발광효율특성비교 [Fig. 4] Current density vs current efficiency characteristics of the OLED devices. [ 그림 3] OLED 소자의전류밀도 - 발광휘도특성비교 [Fig. 3] Current density vs luminance characteristics of the OLED devices. 다음의그림 4는모델링한각각의 OLED 소자들에대한전류-발광효율특성곡선을수치해석하여나타낸것이다. DCTJB를도핑하지않은 Device-1의경우는전류밀도 100 ma/cm 2 에서전류-발광효율이 1.36 cd/a 정도에불과하지만도핑한소자들의경우는동일전류밀도에서휘도가대폭증가하여도핑된모든소자들의경우 cd/a 정도로향상되었다. 그림 3과그림 4는호스트에색소도펀트를미량도핑하는 host-guest system의발광휘도특성을잘나타내고있다. 그림 5는구동전압이 12 V일때소자내에서의전자와정공의이동도를수치해석하여그특성을각각나타낸것이다. 전하이동도는전자수송층 (Alq 3) 이나정공수송층 (α-npd) 내에서는크게변화되지않았지만양극 (ITO) 으로부터 40 nm에서 70nm 거리에해당하는발광층내에서전자와정공의이동도가크게변화되어지는것으로나타났다. 또한 DCTJB의도핑농도가높아질수록전자와정공의이동도는낮아져 Device-1>Device-2>Device-3> Device-4>Device-5>Device-6의순서로나타났다. 그리고 [ 그림 5] 구동전압 12 V 일때 OLED 소자내부에서의정공과전자의이동도특성비교. [Fig. 5] Hole and electron mobility characteristics in the OLED devices at the same driving voltage of 12 V. 4594

6 그림 6은구동전압 12 V일때 OLED 소자내에서의자유전자 (free electron) 와자유정공 (free hole) 들에의한재결합율 (recombination rate) 을나타낸것이다. 자유전하들에의한재결합율은정공수송층과발광층의경계영역인 40 nm 경계면에서급격히증가하여발광층에서부터전자수송층에이르기까지서서히낮아지며그순서는 DCTJB의도핑농도가높아질수록낮아진다. 이재결합율은본연구에서규명하고자하는 color shift의메커니즘과상관관계가있을것으로예측하여이를더욱상세히이해하기위하여재결합율세분하여분석하였다. 즉호스트에트랩된전하에의한재결합율과게스트에트랩된전하에의한재결합율로구분하여별도로분석하였다. [ 그림 6] 구동전압 12 V 일때자유전자와자유정공간의재결합율분포특성비교. [Fig. 6] Distribution of recombination rate be- tween free electron and free hole at the same driving voltage of 12 V. [ 그림 7] 구동전압 12 V 일때호스트에서트랩된전하와자유전하간의재결합율비교 (a) 트랩된전자와자유정공 (b) 자유전자와트랩된정공. [Fig. 7] The Distribution of recombination rate between traped charge and free charge at the same driving voltage of 12 V (a) trapped electronsat host vs free holes (b) free electrons vs trapped holes at host. 그림 7은구동전압 12 V일때호스트에트랩된전자와자유정공에의한재결합율과자유전자와호스트에트렙된정공에의한재결합율을수치해석한결과를나타낸것이다. 그림에서보는바와같이호스트에트랩된전자와자유정공에의한재결합은전자수송층과발광층에서발생되어지며, 호스트에트랩된정공과자유전자에의한재결합은정공수송층과발광층에서발생되어진다. 그러나그각각에의한재결합율의최대치는발광층과정공수송층의경계면에서발생하며호스트에트랩된전자와자유정공에의한재결합율이더높은것을알수있다. 그림 8은동일구동전압에서게스트에트랩된전자들과자유정공들에의한재결합율과자유전자들과게스트에트렙된정공들에의한재결합율을수치해석한결과를나타낸것이다. 그림에서보는바와같이게스트에트랩된전자들과자유정공들에의한재결합율그리고자유전자들과게스트에트랩된정공들에의한재결합율은모두 DCTJB 도펀트가도핑된발광층내에서이루어진다. 따라서도핑되지않은 device-1에서는게스트에의한재결합은일어나지않는다. 그리고이또한역시재결합율의최대치는발광층과정공수송층의경계면에서발생되며자유전자와게스트에트랩된정공에의한재결합율이더높은것을알수있다. 4595

7 한국산학기술학회논문지제 12 권제 10 호, 2011 트랩된정공들과자유전자들에의한재결합율이다소크게유지되기때문에피크파장이 500 nm 부근인녹색스펙트럼이약하게나타나게된다. 그리고도핑농도가 0.1 wt% 인경우는호스트에트랩된전자들과자유정공들에의한재결합율의최대치 ( cm -3 s -1 ) 가게스트에트랩된정공들과자유전자들에의한재결합율의최대치 ( cm -3 s -1 ) 보다높고그최대치이후에도호스트에트랩된전자들과자유정공들에의한재결합율이조금높게유지되기때문에녹색스펙트럼이적색스펙트럼보다조금강한백색스펙트럼이나타나게된다. 또한 0.05 wt% 인경우도호스트에트랩된전자들과자유정공들에의한재결합율 ( cm -3 s -1 ) 이게스트에트랩된정공과자유전자에의한재결합율최대치 ( cm -3 s -1 ) 보다더높고그이후도높게유지되기때문에적색스펙트럼보다도녹색의스펙트럼이오히려강하게나타나게된다. 이수치해석결과는참고문헌 [18] 의그림 5에나타나있는 Alq 3:DCJTB[wt%] 의여러가지도핑농도에대한스펙트럼분포의측정결과와일치함을확인할수있다. 다음의그림 9는참고문헌 [18] 의그림 5 를인용하여나타낸것이다. [ 그림 8] 구동전압 12 V 일때게스트에서트랩된전하와자유전하간의재결합율비교 (a) 자유전자와트랩된정공 (b) 트랩된전자와자유정공. [Fig. 8] The Distribution of recombination rate between traped charge and free charge at the same driving voltage of 12 V (a) trapped electrons at guest vs free holes (b) free electrons vs trapped holes at guest. 본연구의소자구조에서는게스트인적색형광도펀트인 DCTJB를발광층에도핑하였기때문에적색의발광스펙트럼이발생되어지는것이일반적이다. 따라서상기의재결합율계산결과들을분석해보면도핑농도가 3.0 wt%, 1.0 wt% 인경우는적색스펙트럼을나타내는게스트에트랩된정공들과자유전자들에의한재결합율의최대치 ( , cm -3 s -1 ) 가녹색스펙트럼을나타내는호스트에트랩된전자들과자유정공들에의한재결합율의최대치 ( , cm -3 s -1 ) 보다높기때문에피크파장이 600 nm 부근인적색스펙트럼이강하게나타나게되며녹색스펙트럼은아주미미하게나타나게된다. 그러나도핑농도가 0.5 wt% 인경우는호스트에트랩된전자들과자유정공들에의한재결합율의최대치 ( cm -3 s -1 ) 가게스트에트랩된정공들과자유전자들에의한재결합율의최대치 ( cm -3 s -1 ) 와거의비슷하지만그최대치이후는게스트에 [ 그림 9] Alq 3:DCJTB 의 M 에서 0.01 M 까지의여러가지농도에대한발광스펙트럼 ( 본그래프는참고문헌 18 의그림 5 를인용 ) [Fig. 9] Emission spectra of various concentration of Alq 3:DCJTB from M to 0.01 M. This experimental data and illustrations are quoted from Ref. 18. (refer to Fig. 5 in Ref. 18) 4. 결론 본연구에서는발광층을구성하는 host 물질인 Alq 3 에게스트물질로적색형광도펀트인 DCTJB 를미량도핑한 ITO/α-NPD/Alq 3:DCJTB[wt%]/Alq 3/Mg:Ag 구조의 host-guest system OLED 소자에서발생하는 color shift 현상의주요메커니즘을규명하기위하여소자내에서의전기광학적 4596

8 인특성요인들을수치해석하였다. 이를위하여 DCJTB 의도핑농도비율을변화시킨 6가지종류의 OLED 소자구조들에서나타나는특성들을분석해가면서컬러시프트의주요원인을조사하였다. 그결과발광층과정공수송층의경계면부근에서호스트물질에트랩된전자들과자유정공들그리고게스트물질에트랩된정공들과자유전자들에의해발생되어지는재결합율의변화가 color shift 현상의주요요인으로작용한다는것을확인할수있었다. 본연구의결과는근래디스플레이용 WOLED 소자나조명용으로활발히연구개발되어지고있는적층형 WOLED 소자에서발생하는색순도변화의메카니즘을일부규명한것으로도펀트의도핑농도변화에따르는발광효율과 color shift 현상의최적화설계를모색하는데유용하게활용할수있을것으로기대한다. References [1] S. Miyaguchi, S. Ishizuka, T. Wakimoto, J. Funaki, Y. Fukuda, H. Kubota, K. Yoshida, T. Watabe, H. Ochi, T. Sakamoto, M. Tsuchida, I. Ohshita and T. Tohma, "Organic LED full-color passive-matrix display", J. Soc. Inf. Disp., Vol. 7, pp. 221, [2] T. Shimada, "Inkjet printing of polymer thin film transistor", Seiko-Epson corporation, [3] C. Hosokawa, M. Eida, M. Matsuura, K. Fukuoka, H. Tokailin, M. Funahashi and T. Kusumoto, "Full-color organic EL display", J. Soc. Inf. Disp., Vol. 6, pp. 257, [4] H. Kimura, K. Kawaguchi, T. Saito, M. Nagai, T. Asakawa, C. Li, H. Hashida and Y. Taniguchi, "New Full Color OLEDs Technology Based on Advanced Color Conversion Method Using Ink-Jet Printing", SID Symposium Digest of technical papers, Vol. 39, pp. 299, [5] M. Nagai, C. Li, N. Kanai, T. Asakawa, H. Hashida, Y. Kawamura, K. Kawaguchi and H. Kimura, "High Performance Color Conversion Polymers and Their Application to OLED Devices", IDW 08 Proc., pp. 1013, [6] M. Arai, K. Nakaya, O. Onitsuka, T. Inoue, M. Kodama, M. Tanaka and H. Tanabe, "Passive matrix display of organic LEDs", Synth. Met., Vol. 91, pp. 21, [7] Marko Strukelj, Rebecca H. Jordan, and Ananth Dodabalapur, Organic Multilayer White Light Emitting Diodes, J. Am. Chem. Soc.,Vol. 118 (5), pp. 1213, [8] S. R. Forrest, P. E. Burrows, Z. Shen, G. Gu, V. Bulovic and M. E. Thompson, "The stacked OLED (SOLED): a new type of organic device for achieving high-resolution full-color displays", Synth. Met., Vol. 91, pp.9, [9] Zilan Shen, Paul E. Burrows, Vladimir Bulovic, S. R. Forrest and Mark E. Thompson, "Three-Color, Tunable, Organic Light-Emitting Devices", Science, Vol. 276(5321) pp. 2009, [10] C. W. Ko and Y. T. Tao, "Bright white organic light-emitting diode", Appl. Phys. Lett., Vol. 79, 4234, [11] P. E. Burrows, S. R. Forrest, S. P. Sibley, and M. E. Thompson, "Color tunable organic light emitting devices", Appl. Phys. Lett., Vol. 69, pp.2959, [12] Tae-Woo Lee, Taeyong Noh, Byoung-Ki Choi, Myeong-Suk Kim, Dong Woo Shin, Junji Kido, High-efficiency stacked white organic light-emitting diodes, Appl. Phys.Lett., Vol. 92, pp , [13] J. P. Yang, Y. D. Jin, P. L. Heremans, R. 9 Hoefnagels, P. Dieltiens, F. Blockhuys, H. J. Geise, M. Van der Auweraer and G. Borghs, White light emission from a single layer organic light emitting diode fabricated by spincoating, Chemical Physics Letters, Vol 325, pp. 251, [14] B. J. Chen, W. Y. Lai, Z. Q. Gao, C. S. Lee, W. A. Gambling and S. T. Lee, "Electron drift mobility and electroluminescent efficiency of tris(8-hydroxyquinolinolato) aluminum", Appl. Phys. Lett., Vol. 75, p. 4010, [15] C. B. Lee, A. Uddin, X. Hu, and T. G. Andersson, "Study of Alq 3 thermal evaporation rate effects on the OLED", Materials science & engineering B, Vol. 112, p. 14, [16] T-S. Liu. Han and C-Y. Iou, S-W. Wen, Chin H. Chen, 4-(Dicyanomethylene)-2-t-butyl-6-(1,1,7,7 -tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4h-pyran doped red emitters in organic light-emitting devices, Thin Solid Film., Vol. 441, pp. 223, [17] J. W. Han and C. M. Lee, Red organic light-emitting devices with dotted-line doped emitting layers, Solid State Commun., Vol. 141, pp. 332, [18] Shu-Hsuan Chang, Chien-Yang Wen, Yi-Hsiang Huang, Yen-Kuang Kuo, Numerical simulation on white OLEDs with dotted-line doped emitting layers, Proc. of SPIE, Vol. 7213, pp J-1, [19] R. G. Kepler, P. M. Beeson, S. J. Jacobs, R. A. 4597

9 한국산학기술학회논문지제 12 권제 10 호, 2011 Anderson, M. B. Sinclair, V. S. Valencia and P. A. Cahill, "Electron and hole mobility in tris (8-hydroxyquinolinolato-N1,O8)aluminum", Appl. Phys. Lett., Vol. 66 (26), pp. 3618, [20] B. Chen and S. Liu, "Measurement of electron/hole mobility in organic/polymeric thin films using modified time-of-flight apparatus", Synthetic Matals, Vol. 91, pp. 169, 1997 [21] D. J. Pinner, R. H. Friend and N. Tessler, "Transient electroluminescence of polymer light emitting diodes using electrical pulses", J. Appl. Phys., Vol. 86(9), pp. 5116, [22] P. W. M. Blom and M. C. J. M. Vissenberg, Charge transport in poly(p-phenylene vinylene) light emitting diode", Materials Science and Engineering, Vol. 27(3-4), pp. 53, [23] W. D. Gill, "Drift mobilities in amorphous charge transfer complexes of trinitro fluorenone and poly-n-vinylcarbazole", J. Appl. Phys., Vol. 43(12), pp. 5033, [24] G. Pfister, "Hopping transport in a molecularly doped organic polymer", Phys. Rev. B, Vol. 16, Issue 8, pp. 3676, [25] J. Kailnowski, "Electroluminwscence in organics", J. Phys. D: Appl. Phys. 32 pp. R179, 1999 [26] U. Albrecht, H. Bassler, "Langevin-type charge carrier recombination in a disordered hopping system", phys. Stat. Sol. (B) 191, pp455, 1995 [27] M. A. Baldo, S. Lamansky, P. E. Burrows, M. E. Thompson, S. R. Forrest, " Very High-efficiency green organic light-emiting devices based on electrophosphorescence", Appl. Phys. Lett. 75, pp. 4, [28] P. W. M. Blom, M. J. M. de Jong, C. T. H. F. Liedenbaum, "Device physics of polymer light-emitting diodes", Polym. Adv. Technol. 9, pp. 390, [29] H. Bassler, "Injection, transport and recombination of charge carriers in organic light- emitting diode", Polym. Adv. Technol. 9, pp [30] R. L. Martin, J. D. Kress, I. H. Campbell and D. L. Smith, "Molecular and solid-state properties of tris(8-hydroxyquinolate) aluminum", Phys. Rev. B, Vol. 61(23), pp , [31] S. Naka, H. Okada, H. Onnagawa, Y. Yamaguchi and T. Tsutsui, "Carrier transport properties of organic materials for EL device operation", Synthetic Metals, Vol pp. 331, [32] G. G. Malliaras, Y. Shen, D. H. Dunlop, H. Murata and Z. H. Kafafi, "Nondispersive electron transport in Alq3", Appl. Phys. Lett., Vol. 79(16), pp. 2582, [33] S. C. Tse, H. H. Fong, and S. K. So, "Electron transit time and reliable mobility measurements from thick film hydroxyquinoline based organic light-emitting diode", J. Appl. Phys., Vol. 94(3), pp. 2033, [34] C. Hosokawa, H. Tokailin, H. Higashi, and T. Kusumoto, "Transient behavior of organic thin film electroluminescence", Appl. Phys. Lett., Vol. 60(10), pp. 1220, [35] J. Kalinowski, N. Camaioni, P. D. Marco, V. Fattori, and A. Martelli, "Kinetics of charge carrier recombination in organic light-emitting diodes", Appl. Phys. Lett., Vol. 72(5), pp. 513, [36] S. Barth, P. Muller, H. Riel, P. F. Seidler, W. Rieβ, H. Vestweber and H. Bassler, "Electron mobility in tris(8-hydroxyquinoline) aluminum thin films determined via transient electro- luminescence from single and multilayer organic light emitting diodes", J. Appl. Phys., Vol. 89 (7), pp. 3711, [37] D. Ma, G. Wang, Y. Hu, Y. Zhang, L. Wang, X. Jing, F. Wang, C. S. Lee, and S. T. Lee, "A dinuclear aluminum 8-hydroxyquinoline complex with high electron mobility for organic light emitting diodes", Appl. Phys. Lett., Vol. 82(8), pp. 1296, [38] J. Chen and D. Ma, "Effect of dye concentration on the charge carrier transport in molecularly doped organic light emitting diodes", J. Appl. Phys., Vol. 95(10), pp.5778, [39] Tae-Sik Oh and Young-Gu Lee, "Simulations of Electrical Characteristics of Multi-layer Organic Light Emitting Diode Devices with doped Emitting Layer", journal of the Korea Academia-industrial cooperation Society, Vol. 11(3), pp. 827, [40] Young-Gu Lee and Tae-Sik Oh, "Numerical Simulations of Electro-Optical Characteristics for Organic Light Emitting Diode with Gradient- Doped Emitting Layer", journal of the Korean Institute of Electrical and Electronic Material Engineers, Vol. 23(8), pp. 638,

1990년 8월 : 경희대학교산업정보대학원전자공학과 ( 공학석사 ) 2005년 2월 : 성균관대학교나노과학공학과 ( 공학박사 ) 1984년 12월 ~ 2003년 7월 : 삼성 SDI 중앙연구소수석연구원 2003년 7월 ~ 2006년 2월 :

10 이호년 (Ho-Nyeon Lee) [ 정회원 ] 1997 년 7 월 : 한국과학기술원물리학과 ( 이학박사 ) 1997 년 9 월 ~ 2001 년 6 월 : 하이닉스선임연구원 2001 년 7 월 ~ 2004 년 3 월 : 하이디스테크놀로지책임연구원 2004 년 4 월 ~ 2006 년 8 월 : 삼성종합기술원수석연구원 2006 년 9 월 ~ 현재 : 순천향대학교전자정보공학과조교수 < 관심분야 > 디스플레이소자, 박막태양전지 오태식 (Tae-Sik Oh) [ 정회원 ] 1985년 2월 : 성균관대학교전자공학과 ( 공석사 ) 1990년 8월 : 경희대학교산업정보대학원전자공학과 ( 공학석사 ) 2005년 2월 : 성균관대학교나노과학공학과 ( 공학박사 ) 1984년 12월 ~ 2003년 7월 : 삼성 SDI 중앙연구소수석연구원 2003년 7월 ~ 2006년 2월 : 삼성종합기술원디스플레이 Lab 전문연구원 2006년 3월 ~ 2009년 2월 : 선문대학교공과대학전자공학부부교수 2009년 3월 ~ 현재 : 선문대학교공과대학정보디스플레이학과부교수 < 관심분야 > 디스플레이소자구조해석및설계기술, 디스플레이특성평가기술, 전자렌즈설계및전자빔응용기술 4599

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,