고분자 발광물질의 광학적특성 연구

Abstract

OLED의 발광층에 많이 사용되고 있는 고분자유기발광물질인 PPV와 그의 유도체인 MEH-PPV(poly<2-methoxy-5(2'-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene>), 그리고 새로 합성한 청색발광고분자의 광학적 특성을 여러 가지 방법으로 알아보았다. 상기의 발광고분자용액 각각을 준비된 기판위에 스핀코팅하여 단일박막을 제작하고 아래와 같이 분석하였다. 먼저, 실리콘 기판위에 제작된 단일박막의 경우 가변입사각분광타원계(VASE : Variable Angle Spectroscopic Ellipsometer)를 사용하여 1.5 eV~5.0 eV의 광 에너지 영역에서 입사각 65°, 70°, 75° 각각에 대하여 0.05 eV 간격으로 타원 각(ellipsometry angle) Δ, Ψ를 측정하였다. 측정된 결과를 가지고 4상계 분석모델에. Bruggemann의 EMA를 적용, Jellison Modine 분산관계식을 사용하여 최적맞춤하여 매개변수들을 구하고, 각 고분자의 광학상수인 굴절계수(n)와 소광계수(k)의 값을 결정하였다. 결정된 광학상수들은 슬라이드유리나 ITO가 코팅된 유리기판위에 제작된 단일박막에 대해, 분광광도계를 사용하여 측정한 투과율과 반사율을 측정한 두께와 미리 결정한 광학상수들을 가지고 전산 시늉한 결과와 비교하는 과정을 거쳐 분석의 정확성을 확인하였다. PPV(poly[p-phenylene vinylene])의 경우, 슬라이드유리와 ITO가 코팅된 유리기판위에 제작된 단일박막에 대해 분광광도계를 사용하여 직접 측정한 흡광도 스펙트럼에서 흡수 peak가 444±1 nm에 있었고, 분석에 의해 결정된 소광계수의 peak가 451 nm였으며, PL(photoluminescence) Intensity의 peak인 광학적 띠 간격은 2.30 eV( 539±1 nm)로 나타났다. 그리고 Jellison Modine model을 적용하여 최적맞춤에 의해 결정된 에너지 띠 간격(E_(g))은 2.24 eV로 나타났다. 이는 흡수율과 흡광도로부터 Tauc method를 사용하여 선형부분을 찾아 결정한 E_(g)인 2.18 eV와 2.20 eV로 차이가 있었다. MEH-PPV의 경우, 측정된 흡수 peak가 505±10 nm에서 보였고, 분석에 의해 결정된 소광계수(k)의 peak는 505 nm에서 보였으며, 광학적 띠 간격은 PL Intensity의 peak가 보인 2.11 eV (587±1 nm)로 측정되었다. 그리고 최적맞춤에 의해 결정된 E_(g)는 2.09 eV였고, 흡수율과 흡광도로부터 Tauc method를 사용하여 선형부분을 찾아 결정한 E_(g)인 2.01 eV와 2.02 eV로 차이가 있었다. 결정된 소광계수로부터 계산된 흡수계수(α)의 peak와 측정된 흡광도 peak를 비교해 보면 많이 벗어나지 않음도 알 수 있었다. 그리고 상기의 고분자발광물질을 소자에 응용 시, 흡수계수와 열처리 온도 및 OPD(optical peneration depth)를 고려하여 적정두께로 제작되어야 할 것으로 여겨졌다. 새로 합성한 유기청색발광고분자의 경우 분석에 의해 결정된 소광계수의 peak가 346 nm에서 보였으며, 분광광도계로 측정한 흡광도 peak는 351 nm에서 보였고, 광학적 띠 간격은, 분광형광계로 측정한 PL Intensity의 peak인 2.97 eV(417 nm)에서 보였다. 그리고 E_(g)는 2.95 eV로 결정되었다. 결정된 소광계수로부터 계산된 흡수계수와 흡광도의 비교 스펙트럼이 잘 맞는 것으로 보아 새로운 합성물질인데도 분석이 정확하게 되었음을 알 수 있었다. 그리고 청색발광고분자 물질이 가시광선 영역 중 380~480 nm의 청색계열영역에서 OLED의 청색발광물질로 충분히 사용가능함도 확인 할 수 있었다. 본 연구에서는 상기 고분자물질의 광학적 특성 중 이미 알려진 흡수 peak나 광 발광 peak의 위치를 재확인하였다. 그리고 적당한 크기의 에너지 띠 간격을 가지는 화합물의 광학상수를 결정하는데 Jellison Modine 분석 모델이 유효하게 적용될 수 있다는 것도 확인하였다. 또, 반도체 성격을 띤 상기의 발광고분자 물질의 광학상수를 결정하여 여러 광 데이터 기초 자료의 토대를 마련한 것에 의의가 있다. 앞으론 반도체적 성질을 띠고 있는 분자량이 매우 큰 물질들의 광학상수를 좀더 정확하게 결정해 줄 수 있는 분산 모델을 정립하여 어떤 물질이든 쉽고 정확하게 분석할 수 있게 될 것이다.