청색과 황색 발광층을 이용한 백색 OLED 제작 : 도핑과 소자 구조 변형 효과

Abstract

본 연구에서는 보색 배합을 기초로 청색과 황색 발광층을 이용하여 황색/청색과 청색/황색 구조로 백색 유기 발광 소자(WOLED)를 제작하였고, 그 특징을 분석하였다. 우선 유기 저분자 물질로 황색과 청색 발광층을 증착하여 만든 백색 유기 발광 소자(WOLED)의 황색 발광층은 주재료(host) 물질로 NPB와 도펀트(dopant) 물질로 Alq3, TBRb를 사용하였고, 청색 발광층은 주재료 물질로 MADN을, 도펀트 물질로 SA-biph를 사용하였다. 앞으로 주재료(host)는 호스트로, dopant는 도펀트로 표기하겠다. 간혹 게스트라고 표시한 경우 도펀트로 이해하면 되겠다. 황색 발광층의 경우, NPB 호스트에 TBRb와 Alq3를 이중도핑(co-doping)했을 때 얻은 결과가 NPB에 TBRb를 단일도핑 했을 때의 결과보다 높은 효율을 보였다. 이러한 결과는 호스트 NPB와 도펀트 TBRb 사이에 에너지이동을 도와주는 Alq3를 보조도핑으로 사용하여 효율적인 에너지이동을 통해 발광효율을 증가시켰다. 청색 발광층은 MADN 호스트에 청색 도펀트 물질인 SA-biph를 5wt% 도핑하여 최적화시켰다. 최적화 시킨 황색 발광층과 청색 발광층을 적층하여 황색/청색 구조의 백색 유기 발광 소자를 제작하였다. 이번 실험은 MADN 호스트에 청색 도펀트 물질인 SA-biph를 5wt% 도핑하여 최적화시킨 청색 발광층과 호스트 Alq3에 황색 도펀트 물질 TBRb를 5wt% 도핑한 황색 발광층을 차례로 적층하여 청색/황색 구조의 백색 유기 발광 소자를 제작하였다. 이 소자의 경우, 정공(hole)이 청색 발광층과 황색 발광층 계면의 전자(electron)와 비교하여 정공이 부족하여 여기자 생성 확률이 낮아 발광성 재결합이 줄어들어 낮은 발광효율을 보였다. 따라서 발광층에 정공과 전자의 전하 균형을 이루게 하여 여기자 생성 확률을 향상시키기 위해 청색 발광층과 황색 발광층 사이에 버퍼층(buffer layer)을 삽입하여 백색 발광 유기 소자를 제작하였다. 버퍼층으로 NPB를 사용하였고, NPB 두께에 따른 소자의 특성을 분석하였다. 버퍼층이 두꺼울수록 청색 발광층으로 이동하는 전자의 전하량이 줄어들어 여기자의 생성 확률이 저하되므로 발광 효율이 낮게 측정 되었다. NPB 두께가 1nm 일 경우 가장 효율이 높았다. 하지만 버퍼층만 사용하여 백색광을 내는데 한계가 있어 다음 실험에서는 버퍼층과 함께 전자 수송층(ETL) 두께를 조절하여 실험하였다. 전자 수송 물질(electron transporting material) Alq3의 두께를 조절하여 특징을 분석하였다. Alq3의 두께가 증가 할수록 발광 효율은 증가하였고, 재결합 영역이 백색 영역으로 이동하여 높은 효율의 백색 발광을 얻을 수 있었다. Alq3의 두께가 증가하면 여기자가 음극에 의해 소멸되는 것을 방지 하므로 발광 효율을 개선되는 효과를 얻을 수 있었다. 본 실험 결과 발광 층의 두께와 버퍼층 및 전자 수송 층(ETL)의 두께를 최적화 하여 전자와 정공의 균형적인 전하를 갖게 하고, 높은 발광성 재결합으로 좋은 발광효율을 보였다.