새로운 고분자 및 고분자 혼합물을 사용한 OLED

Abstract

과거 CRT에서 현재 LCD, PDP, OLED까지 디스플레이는 언제 어디서나 간편하게 휴대할 수 있고, 접할 수 있도록 점점 더 얇고 가볍게 변하고 있다. 이들 중 지금 가장 많이 상용화 되고 있는 LCD가 가지고 있는 여러 가지 문제점을 보완 할 수 있는 OLED가 차세대 디스플레이로서 각광을 받고 있다. OLED에는 주로 고분자와 저분자의 유기물이 사용되는데 이들 물질들은 각각 장점과 단점을 가지고 있다. 특히 고분자의 경우 대형화가 어렵고 청색 발광을 구현하기 어려운 단점이 있으며 저분자의 경우 구동전압이 고분자보다 높고, 온도에 취약하여 안정성이 떨어지는 단점이 있다. 현재 휴대폰 표시장치로 나오는 OLED의 경우 모두가 저분자를 이용한 것이며 고분자가 가지고 있는 문제점이 해결된다면 저분자보다 더 안정적이며 긴 수명을 가진 디스플레이를 구현할 수 있을 것이다. 현재 고분자 OLED 대형화의 문제를 해결하기 위해서는 잉크젯 프린터 기법을 이용하는 방향으로 많은 연구가 이루어지고 있으며, 청색발광 물질을 찾기 위한 노력 또한 많은 발전을 이루어가고 있다. 본 연구에서는 첫째로 OLED의 문제점인 청색 발광문제를 해결하기 위하여 새로운 고분자를 이용하여 소자를 제작하고 특성을 평가하였다. 둘째로 효율을 높이기 위해 사용되는 HIL 물질인 PEDOT:PSS를 기존에 알려진 방법과 달리, 증류수와 섞고 필터한 다음 일정한 시간경과 후 코팅하는 방법을 통해 가장 높은 효율을 얻을 수 있는 조건을 찾았다. 또한 CNT가 섞여있는 PEDOT:PSS를 사용하여 일반적인 PEDOT:PSS만을 사용한 소자와 특성을 비교하여 전자의 Blocking 효과에 의한 효율증가가 나타나는지 비교하였다. 마지막으로 플렉서블한 디스플레이 구현에 필요한 OTFT 제작의 기초단계로 Gate insulator로 사용할 Al₂O₃를 제작하여 원하는 두께를 얻을 수 있는 조건을 찾았다. 이를 위한 실험으로 본교 화학과에서 합성한 물질인 Poly[(1,1`-biphenyl)-4- amino-4-(2,3,4,5-tetraphenyl phenylene)benzene](PBATPB)를 이용하여 다층구조의 청색 발광 OLED를 만들어 확인하여 보았다. 실험결과 이 소자는 청색이 아닌 다소 넓은 파장영역의 빛을 내는 것으로 확인되었다. 청색 발광을 하기 위한 고분자는 에너지 갭이 큰 상태로 유지되어야 하는데 이것이 잘 지켜 지지 않고, 또한 소자 구동을 하면 나타나는 막 온도 상승의 영향 때문에 발광색이 변화하는 것으로 사료된다. 효율을 높이기 위한 방법들로 HIL 물질인 PEDOT:PSS를 사용하였다. 먼저 PEDOT:PSS용액 숙성 시간의 효과에 대한 실험은 증류수와 섞고 필터한 후 2주의 시간이 흐른 뒤 코팅하는 것이 가장 좋은 것으로 나타났다. 그리고 CNT를 섞은 PEDOT:PSS를 사용한 경우 CNT를 섞지 않은 PEDOT:PSS보다 효율이 높아짐을 알 수 있었다. 이는 기존에 알려진 전공의 Blocking 역할과 함께 전자가 양극인 ITO쪽으로 흘러나가는 것을 막아 발광층에 더 많은 전자들이 모여 있게 만들었고 따라서 형성하는 엑시톤의 수가 증가하면서 효율이 더 높아진 때문으로 보인다. Al과 Al₂O₃ 제작의 경우 양극 산화법을 이용하였다. 필요한 두께인 Al과 Al₂O₃이 1:1의 비율이 되는 조건을 찾았으나 표면의 거칠기가 큰 단점이 있었다. 이 표면의 거칠기는 Al을 증착할 때 Sputtering 법을 사용하는 대신 진공증기증착법을 사용하면 해결할 수 있지만 이 경우 Al과 Substrate인 유리와의 집착력이 떨어져 산화막 형성 시 Al이 떨어져 나오는 문제를 가지고 있다.