백색 OLED 제작 및 특성분석

Abstract

OLED를 디스플레이로 활용하기 위해서는 빛의 삼원색인 적색, 녹색, 청색이 필요한데, 이 세 가지색을 보다 효율적으로 발광시키기 위해 많은 사람들에 의해 연구가 진행되고 있다. 백색발광 OLED(WOLED)는 LCD의 평판 디스플레이 백라이트로 응용될 수 있고, 색의 필터링을 통해 디스플레이 구현을 위한 모든 색을 표현 할 수도 있다. WOLED는 디스플레이로 뿐 만 아니라, 새로운 면발광, 고효율 조명으로도 활용 할 수 있어 매우 중요한 연구이다. WOELD를 구현하는 방법에는 단층발광 방식, 다층발광 방식, 색 변환 방식 등이 있다. 본 연구에서는 유기 저분자 물질로 청색과 적색발광 층을 차례로 증착하여 두 가지 빛이 혼합되어 백색발광을 하는 다층발광 방식으로 소자를 제작하여 그 특징을 분석 하였다. 청색 발광층을 위해 안정적인 Host물질인 MADN을 사용하였고, 청색 Dopant 물질인 DSA-Ph를 5% 혼합하여 그 효율을 증가 시켰다. 또한, 적색 발광층은 Alq3에 적색 Dopant 물질인 DCJTB를 0.5% 혼합하여 구현하였다. 두 층의 두께에 따라 정공과 전자의 이동정도와 속도가 달라지고 빛을 내기 위해 필요한 엑시톤이 형성되는 위치 또한 달라지므로 적절한 발광층의 두께를 찾는 것은 백색광을 얻기 위한 중요한 과정이다. 때문에 Dopant 물질의 혼합 량과 발광층의 두께를 달리한 실험을 먼저 진행하였다. 또한 모든 디스플레이 구현 방식이 그러하듯, OLED역시 안정적이고 높은 발광효율을 보여야 응용가치가 높아진다. 이러한 이유로 본 연구에서도 발광효율을 높이기 위한 실험을 중점적으로 수행 하였다. 첫 번째로 정공과 전자의 이동을 도와주는 정공주입층, 정공전달층, 전자전달층, 버퍼층과 같은 보조층을 사용하였고, 두 번째로 청색층에 Alq3를 소량 doping 하는 실험을 하였다. 이러한 연구를 통하여 이층구조의 WOLED에서는 청색층과 적색층의 두께 비율이 1:3일 때, 두층 사이에 버퍼층으로 3 nm의 Alq3를 추가 하였을 때, 전자전달층에 Alq3를 20 nm 사용했을때 가장 효율이 좋은 WOLED를 구현할 수 있다는 것을 알 수 있었다. 특히, 청색층에 Alq3를 추가 doping 하여 WOLED의 효율이 향상된 결과는 본 연구에서 가장 중요하게 여기는 성과로 Alq3를 doping하지 않은 소자에 비해 최대 휘도가 23,000 Cd/m2 높았고, 발광효율이 5 Cd/A에서 6.1 Cd/A로 향상되었으며 에너지효율 또한 3.0 lm/W로 약 1.0 lm/W 더 좋았다. 복잡한 구조적 변화가 아닌, 단순한 doping물질의 추가로 이렇게 큰 효율 향상을 이루었다는 점에서 이 결과의 가치는 높이 살 수 있다.