고효율 유기발광소재 및 소자

이준엽,조용주,김명곤,전상규 한국공업화학회 2015 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2015 No.1

유기발광소자는 차세대 디스플레이로서 다양하게 응용되고 있으며, 향후 응용분야가 지속적으로 확대될 것으로 예상되고 있다. 향후 유기발광소자의 시장이 확대되기 위해서는 유기발광소자의 고효율화가 필수적으로 요구되고 있으며, 유기발광소자의 고효율화를 위해서는 고효율 유기발광소재 및 소자 구조의 개발이 필요하다. 본 연구그룹에서는 고효율 유기발광소재 및 소자에 대한 다양한 개발을 진행해 왔으며, 발광 소재 및 소자 분야의 다양한 기술 및 특허를 보유하고 있다. 본 발표에서는 본 연구진에서 보유하고 있는 유기발광소자 및 소재 관련 다양한 기술을 소개하고자 한다.

유기 전계발광 소자의 최근의 개발동향

구할본,김주승,조재철 한국전기전자재료학회 1996 電氣電子材料學會誌 Vol.9 No.2

본 고에서는 최근 주목받고 있는 적층형 유기 전계발광소자의 일반적 형태와 발광특성등에 대해 알아보고자 한다. 현재 완전한 유기 전계발광소자의 개발을 위해 캐리어 수송재 즉, 정공수송재와 전자수송계의 캐리어 수송능력을 증가시키기 위해서 여러가지 새로운 물질들이 연구되고 있으며, 고효율의 발광특성을 얻어내기 위한 발광재료의 개발과 동작시의 안정성을 향상시키기 위한 소자구조의 개선에 대해서도 연구가 국내외적으로 활발히 진행되고 있다. 특히, 조만간 일본에서 30cd/m$^{2}$의 휘도를 갖는 적층형 유기 전계발광 소자가 상용화 될것으로 알려져있어 이를 계기로 고휘도, 고효율의 유기 전계발광 소자의 개발이 가까운 시일내에 이루워지리라 전망된다.

형광염료 도핑이 적색 유기 발광 소자의 효율에 미치는 영향

이정구(Jeong-Gu Lee),임기조(Kee-Joe Lim) 한국콘텐츠학회 2008 한국콘텐츠학회논문지 Vol.8 No.11

유기 발광 다이오드(Organic light-emitting diode, OLED)는 저전력 구동, 자체발광, 넓은 시야각, 우수한 고해상도, 풀 칼라, 높은 재현성, 빠른 응답속도, 간편한 제조 공정 등의 장점을 가지고 있으나, 고성능 디스플레이로서 실용화하기 위해서는 아직도 해결되어야 할 과제가 많다. 소자의 저소비전력, 제조공정의 안정성, 대형 기판기술, 봉지 기술, 소자의 수명, 풀 컬러화를 위한 적색, 청색, 발광 소자의 고휘도 등이 시급하다. 무엇보다 중요한 것은 유기 발광 소자의 효율을 향상시키는 것이 상용화를 위한 키(key)이다. 이를 위해서 유기 발광 소자의 구조 개선과 새로운 유기 물질 적용을 통해 구동전압을 낮춤으로써 효율을 향상시킬 수 있다. 따라서 본 연구에서는 유기 발광 소자의 효율을 향상시킬 목적으로 ITO/TPD/Znq2+DCJTB/Znq2/Al의 구조와 ITO/CuPc/NPB/Alq3+DCJTB/Alq3/Al의 구조를 가지는 소자의 발광 층에 형광염료를 도포한 적색 발광 소자를 제작하고, 그 전기적 및 광학적인 특성을 평가하였다. An organic light-emitting diode(OLED) has advantages of low power driving, self light-emitting, wide viewing angle, excellent high resolution, full color, high reproduction, fast response speed, simple manufacturing process, or the like. However, there are still a number of challenges to get over in order to put it to practical use as a high performance display. First of all, the most important thing is to improve the efficiency of the OLED element in order to commercialize it. To this end, its efficiency can be improved by lowering the driving voltage through the improvement of structure of the OLED element and the application of new organic substance. Therefore, in this study, we have manufactured a red OLED element by applying fluorescent dyes to the emitting layer of the element having the structure of ITO/TPD/ Znq2+DCJTB/Znq2/Al and the structure of ITO/CuPc/NPB/ Alq3+DCJTB/Alq3/Al, in order to light-emitting various colors or improve the brightness and the efficiency, and then we have evaluated its electrical and optical characteristics.

두 발광층 사이 계면에서 엑시톤 생성을 제한하는 블루 인광 발광체의 공간적 분리를 통한 블루 인광 유기 발광 다이오드의 수명 개선

임준섭,이준엽 한국공업화학회 2020 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2020 No.-

블루 인광 소자의 수명 개선을 위하여 두 개의 다른 블루 인광 발광체를 두 개의 발광층에 각각 도핑한 유기발광소자의 구조를 고안하였다. 각 발광체는 비슷한 발광스펙트럼을 보이지만 다른 전하 트랩핑 특성을 나타낸다. 첫 번째 발광층에는 전자 트랩핑 특성을 나타내는 블루 인광 발광체를, 두 번째 발광층에는 홀 트랩핑 특성을 나타내는 블루 인광 발광체를 도핑하여 엑시톤 형성 구간을 두 발광층 사이로 제한하였다. 그 결과 발광체의 공간적 분리는 한 개의 발광층에 한 개의 블루 인광 발광체를 가진 소자에 비해 6배의 수명을 나타냈다.

광효율 향상을 위해 유기발광 소자에 적용된 고굴절 산란층에 대한 연구

정혜민,곽진석 한국물리학회 2016 새물리 Vol.66 No.5

In this paper, we propose an organic light-emitting diode (OLED) structure with a high-refractive-index scattering layer to improve the OLED's external light efficiency. The light generated from the emitting layer is trapped partially in the hole transport layer (HTL) by total reflection, and the remaining light passes through the glass substrate and meets an air layer, where more light undergoes total reflection. Owing to these, OLED's efficiency is reduced by more than 50%. In order to decrease the reduction in the efficiency caused by the total reflection, we change the path of light to the air layer to a more normal direction. To change the light path, we use micro-sized SiO$_{2}$ particles which play the role of a kind of lens. Furthermore, so as to change more clearly the path of the light, we use a high-refractive-index material (TiO$_{2}$) around the SiO$_{2}$ particles. When the efficiency of a conventional OLED is compared to that of the OLED with a high-refractive-index scattering layer for which the ratio of SiO$_{2}$ particle to the high-refractive-index material (TiO$_{2}$) is 1 : 3, the efficiency of the latter is found to be increased by about 24.12%. 본 연구는 유기발광 소자의 낮은 외부 광 효율을 향상시키기 위해 굴절 산란 층이 적용된 유기 발광 소자 구조를 제안한다. 일반적으로 유기 발광 층에서 발생된 빛은 정공수송층에서 굴절률의 차이로 일부 전반사가 일어나게 되고 나머지 유리기판을 지나가는 빛은 공기층에서 많은 전반사를 겪게 된다. 이로 인해 유기발광 소자는 필연적으로 50% 이상의 효율의 감소를 수반하게 된다. 이런 전반사로 인한 손실을 줄이기 위해 공기층으로 나가는 빛의 경로를 바꾸어 줄 필요성이 제기되는데 본 연구에서는 공기층으로 나가는 빛의 경로를 변경시키기 위해 렌즈작용을 하는 마이크로 크기의 SiO$_{2}$ 산란입자를 사용하였고 보다 확실한 경로 변경을 할 수 있도록 SiO$_{2}$ ($n$ = 1.5) 산란입자 주변을 고굴절 물질인 TiO$_{2}$로 도포하여 광효율 향상을 최대화하였다. 기존의 구조와 고굴절-산란층이 삽입된 광소자 구조를 실험으로 측정 비교해본 결과 기존구조에선 전압 16 cd/cm$^{2}$일 때 휘도가 4.95 lm/W인 반면 고굴절-산란층이 도입된 소자인 경우 6.14 lm/W를 가져 24.12%의 효율이 향상되었음을 확인하였다.

열 지연형광 타입의 엑시플렉스를 센시타이저로 응용한 녹색 형광 소자의 효율 개선

임준섭,이준엽 한국공업화학회 2020 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2020 No.-

유기발광소자의 발광 메커니즘은 형광, 인광, 열 지연형광, 엑시플렉스 발광, 센시타이저를 이용한 발광 등 여러 방법이 있다. 열 지연형광 타입의 엑시플렉스 발광방법은 형광 도펀트로의 덱스터 에너지 전이로 인해 에너지 손실이 발생한다는 단점이 있다. 에너지 손실을 방지하기 위해 열 지연형광 타입의 엑시플렉스를 센시타이저처럼 응용하여 형광 도펀트로의 덱스터 에너지 전이를 줄임으로써 녹색 형광 소자의 효율을 개선하였다.

Degradation Mechanisms of Organic Light-emitting Devices with a Glass Cap

양용석,추혜용,이정익,박상희,황치선,정승묵,도이미,김기현,Yang Yong Suk,Chu Hye Yong,Lee Jeong-Ik,Park Sang-He,Hwang Chi Sun,Chung Sung Mook,Do Lee-Mi,Kim Gi Heon The Korean Vacuum Society 2006 Applied Science and Convergence Technology Vol.15 No.1

우리는 tris-(8-hydroxyquinoline) aluminum (Alq3)와 같은 단분자 유기물 박막을 사용하여 유기물 발광 소자(OLEDs)를 제작하였다. OLEDs는 ITO가 증착된 유기 기판 위에서 제조되었고, 수명 측정 이후의 OLEDs에 대한 발광, 축전 용량, 유전 손실 특성 등을 측정하였다. 여기서, 수명 측정을 위하여 사용한 인가 전류는 0.5mA 에서 9mA까지 였고, 수명의 인가 전류 의존성은 약 2 mA 부근에서 다르게 관찰되었다. C-V 특성 곡선에서 나타난 축전 용량의 봉우리들은 유기물 내의 분극과 유기물과 금속의 경계에서 나타난 분극의 영향으로 추측된다. 그리고, 2 mA 보다 낮은 전류 하에서 수명 측정 후 발광특성이 저하된 OLEDs에서는 소자 내의 분극 크기의 감소와 전하 유입 장벽의 낮아짐이 같이 관찰되었다. We demonstrated organic light-emitting devices (OLEDs) based on the organic thin-film materials such as tris-(8-hydroxyquinoline) aluminum $(Alq_3)$. The structure of OLEDs was vacuum deposited upon transparent and thin glass substrates pre-coated with a transparent, conducting indium tin oxide thin film. The luminance characteristics, current, capacitance, and dispersion factor for degraded OLEDs, which were made by various bias currents $(0.5mA\;{\leq}\;I_{Bias}\;{\leq}9mA)$, are studied. The current dependences of lifetime were divided at approximately 2mA, and they represented nearly linear behaviors but had different slopes in a logarithmic plot of lifetime versus bias current. With lighting OLEDs, the anomaly of capacitance, as shown in the CV curve, occurred because of two factors, polarization in the bulk of organic materials and the interface between the metal and organic layers. In decayed OLEDs that had lower bias currents of less than 2mA, it was found that the degradation of luminance was related to both the decrease of polarization and to the lowering of the injection barrier.

적층형 구조를 가지는 3 전극의 고분자 발광 트라이오드

박성흠,조신욱 한국물리학회 2012 새물리 Vol.62 No.6

We report a new architecture for a three-terminal device with two functions, light-emitting and switching. The various layers in the novel three-terminal device are fabricated by casting soluble conjugated polymers from solution. The light-emitting three-terminal device can be described as being comprised of two polymer light-emitting diodes connected back-to-back with an internal common electrode. When the bias voltage between the common buried electrode and the two outer electrodes is controlled, the device can be turned on/off, and the emission intensity can be modulated. 본 연구에서는 공액고분자를 이용하여 발광 기능과 스위칭 기능을 동시에하는 다기능의 3 전극 발광 트라이오드 소자를 개발하였다. 본 연구에서개발한 적층형의 3 전극 발광 트라이오드는 두 개의 고분자 다이오드가하나의 삽입 전극으로 결합되어 있는 구조로 되어 있으며, 소자를구성하는 전극이 세 개로 이루어져 있다. 이때 가운데 삽입된 전극은공통 전극으로 사용되며 양쪽 끝단의 전극은 각각 전자와 정공의주입층으로 사용된다. 그리고 본 발광 트라이오드는 양쪽 전극과 삽입된공통 전극간의 전압 조절을 통하여 발광을 스위칭 할 수 있을 뿐만아니라 발광 세기의 조절이 가능하다. 또한 본 연구에서 제작된 발광트라이오드는 용액 공정을 기반으로 하고 있어서 제조 공정이 매우간단하여 차세대 저가형의 다기능 소자로 응용될 수 있다.

도핑된 Alq 단층 소자에서 펄스 전압이 꺼질 때의 발광 스파이크

박세환,임지훈,양원일,박훈,김창선,김종호,채희백,신현웅 한국물리학회 2017 New Physics: Sae Mulli Vol.67 No.3

Dye-doped and nondoped single-layer Alq[tris(8-hydroxyquinolato)aluminum] devices with a thickness of 80 nm were characterized for a pulse length of 10 $\mu$s and a height of 7 V. The devices had no organic/organic interface. DCJTB(4-(dicyanomethylene)-2-t-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran), C545T(10-(2-benzothiazolyl)-1,1,7,7-tetramethyl-2, 3, 6, 7-tetrahydro-lH, 5H, 11H-benzo[$l$]pyrano[6, 7, 8-$ij$] quinolizin-11-one), and rubrene(5,6,11,12-tetraphenylnaphthacene) were doped from 1 wt% to 10 wt%, and the thickness of the doped layer was varied from 15 nm to 60 nm. The doped layer was located inside the Alq matrix at least 10 nm from the electrodes in order to obtain the same injection characteristics. The relative amplitudes of the EL overshoots were shown to have become larger as the doping concentration and the thickness of the doping layer were increased. The dye molecules might be sources of traps in the Alq matrix, and the number of traps was proportional to the dopant concentration and the doping-layer's thickness. Alq 모재에 색소(dye) 분자를 도핑시켜 제작한 단층 소자에 펄스 전압을 인가하였을 때 발생하는 전기발광의 과도 상태에 대하여 연구하였다. 도핑에 사용된 색소분자는 적색 도판트인 DCJTB 와 녹색 도판트인 C545T와 rubrene을 사용하였다. 서로 다른 종류의 유기물로 만 이루어진 유기물/유기물 계면은 전하 덫의 주된 소스가 되므로 이러한 명시적인 계면을 피하기 위하여 한가지 종류의 유기물을 사용하여 도핑 실험을 하였다. 즉, 두께 80 nm 의 단층 Alq 모재 내부에 도핑 층의 두께를 15, 30, 45, 60 nm 로 변화 시켜 주었다. 또한 도핑 농도를 1 – 10 wt% 변화 시켜 주었다. 10 마이크로 초 펄스 전압이 꺼질 때 발생하는 전기발광 스파이크는 도핑농도가 커질 수록 점점 커지며, 도핑 층 두께가 두꺼워 질 수록 스파이크 높이가 증가하는 성질을 관측하였다. 이들은 색소 분자들이 덫으로서 작용을 하여 소자에 흐르는 전류 중에서 일부 전하들이 덫에 잡히게 된다. 펄스 전압이 꺼지게 되면 전하들이 덫에서 해방 되면서 이미 소자에 존재하는 전하들과 발광 재결합하며 스파이크가 발생하는 것으로 사료 된다.

용액공정을 이용한 청색 유기발광소자

육경수 한국공업화학회 2014 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.2014 No.1

용액공정을 이용한 고효율 청색 유기발광소자의 호스트 재료는 높은 삼중항 에너지와 정공과 전자에 대한 전하이동 특성이 유사해야 한다. 정공 전달 특성을 가지고 삼중항 에너지가 높은 카바졸 유도체를 사용한 bipoar 특성을 가지는 호스트 재료를 개발하고 그 특성을 살펴 보았다. 전자 전달 특성을 가지는 benzothienopyridine and benzofuropyridine을 카바졸 유도체에 접목시킴으로서 호스트 재료의 삼중항 에너지 감소 없이 전자 전달 특성을 개선 할 수 있었다. 개발한 재료를 호스트로 청색 인광 발광 재료인 FIrpic을 도판트로 사용한 용액공정 청색 인광 유기발광 소자는 양자 효율 19.5% 의 우수한 특성을 보여 주었다.