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유기/고분자 전기발광소자에 있어 계면조절에 의한 균형된 전하주입에 관한 연구
- Alternative Title
- Lee, Jae Gyoung
- Author(s)
- 이재경
- Alternative Author(s)
- Lee, Jae Gyoung
- Advisor
- 이석현
- Department
- 일반대학원 분자과학기술학과
- Publisher
- The Graduate School, Ajou University
- Publication Year
- 2008-02
- Language
- eng
- Alternative Abstract
- 유기/고분자 전기발광소자는 적어도, 양극/정공수송층, 정공수송층/발광층, 발광층/ 전자수송층 그리고 전자수송층/음극 등의 계면이 존재한다. 이러한 계면은 소자의 특성을 결정짓는 중요한 역할을 한다. 양극/정공수송층 계면에서는 정공주입 장벽 이 그리고 전자수송층/음극 계면에는 전자주입 장벽이 있을 뿐만 아니라, 계면의 상태에 따라 소자의 수명을 좌우하는 물리적, 화학적 반응이 발생한다. 이러한 장 벽은 소자의 작동 전압을 포함 특성에 직접적인 영향을 준다. 그리고 정공수송층/ 발광층 및 발광층/전자수송층 계면에서는 각각 전극에서 주입된 정공과 전자의 결 합률을 결정하는 전하 구속 장벽이 존재한다. 본 연구에서는 기본적인 유기/고분 자 전기발광소자 발광 메케니즘을 이해하고 전극물질의 변화 및 계면의 금속 혼 합층 그리고 고분자 다층막을 이용해서 정공억제 및 전자주입층에 대하여 조사하 였다. 실험시 사용한 유기물로써 전자수송층 및 발광층으로는 tris(8-hydroxyquinoline) aluminum (Alq₃)를, 정공수송층으로는 N,N'-diphenyl-N,N'-bis(3-methyl phenyl)-1,1'-biphenyl- 4,4'-diamine (TPD)를 사용하 여 유기 전기발광소자를 제작하였으며 전류 밀도-전압과 정전용량-전압 측정을 통 해서 소자의 전기적인 특성을 연구하였다. 음극으로 사용되는 금속들 중 Al, Gd 그리고 Al:Li 등을 이용해서 소자를 제작하여 그 특성을 조사한 결과 일함수의 크 기가 가장 낮은 Gd가 전류-전압 특성이 가장 양호함을 할 수 있었다. 이상의 결과 를 토대로 유기물과 서로 다른 금속들의 계면의 전자 구조를 분석하였다. 이온화 전위, HOMO의 위치 그리고 전자주입 문턱전위 등을 자외선 광여기 분광법을 이 -121- 용하여 직접 측정하였다. 또한 Alq₃와 금속을 혼합한 층과 음극 금속의 계면에 대 한 연구를 하였다. (Alq₃+Au)/Au와 (Alq₃+Al)/Al의 HOMO의 구속 에너지는 각각 2.14와 2.56 eV, 문턱 전위는 0.56와 0.13 eV로 측정되었다. 이 결과는 휘도-전류 밀도-구동전압 측정 결과와도 일치하는 것으로 경향을 나타내었다. 금속이 혼합된 Alq₃ 층에 대한 X-선 광여기 분광법 분석으로부터 문턱전위가 낮아지는 원인은 (Alq₃+Au)/Au와 (Alq₃+Al)/Al에 대해서 각각 다르다는 것을 알 수 있었다. 반응성이 낮은 금속이 혼합된 층의 경우 금속은 Alq₃ 분자와 반응을 하지 않았다. 따라서 이 층에서 전자구조가 변화된 것은 반응성 Anion의 형성이나 전하 운반 복합체의 형성으로는 설명할 수 없음을 알 수 있었다. 그러나 반응성이 강한 금속이 혼합된 Alq₃ 층의 경우 금속 원자는 Alq₃ 분자의 산소와 반응을 하였고 이 경우는 전하운 반 복합체가 형성 된다고 제안할 수 있다. 광발광 측정 결과 금속이 혼합된 Alq₃ 층의 휘도가 모든 금속에서 크게 작아지는 것을 알 수 있었다. 이상의 유기전기발 광소자의 특성 결과를 토대로 고분자전기발광소자도 계면조절이 미치는 결과를 얻을 수 있었다. 정공수송층으로 polyethylene dioxythiophene doped with polystyrenesulfonate (PEDOT : PSS), 발광층으로는 polyfluorene (PFO)를 사용하 였으며 정공억제 및 전자주입층으로 polyurethane (PU)을 사용하였다. 본 연구에 서 사용한 PU는 수용성 특징을 가짐으로써 발광층 상부에 용액상태에서 적층이 가능하였으며 여기에 이온화합물을 분산시킴으로써 계면조절 효과를 얻을 수 있 었다. 정공억제 및 전자주입층을 적용하지않은 경우 외부양자효율이 0.6 %인데 비하여 적용한 경우 1.7 %를 얻었다. 이는 정공억제 및 전자주입층을 적용함으로 써 전자와 정공주입의 균형을 얻을 수 있었고 이 결과 PFO/PU 계면에 정공을 축 적함과 동시에 전자주입을 증가시켜 전자와 정공의 결합률을 증가시키는 결과를 얻을 수 있었다.
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- Graduate School of Ajou University > Department of Molecular Science and Technology > 3. Theses(Master)
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