이중 금속 전극을 사용한 투명 유기 발광 소자 제작 및 특성 평가

Abstract

OLEDs have a structure in which organic layers between an anode and a cathode emit light through a transparent electrode. According to the direction in which the light is obtained, the following three types of structures have been proposed: the bottom emission type, in which the transparent electrode is on the substrate side. Second; the top emission type, in which the transparent electrode is deposited after the organic layers are formed and third, the dual emission type, in which both the anode and cathode are transparent. Among the three types, the dual emission type OLED, in particular, has a variety of display applications. The difference in transmittance between each transparent electrode, however, results in a difference in brightness between the top and bottom sides. Therefore, several research groups have studied other transparent conducting oxides as possible cathodes in top emission OLEDs, including indium zinc oxide, zinc oxide:aluminum, cadmium stannate, and zinc stannate, which are deposited by an RF sputtering process. This process of cathode deposition over organic layers, however, has the disadvantage of causing serious damage at the metal / organic interface, and the damage induced states limit the device performance. On the other hand, R. B. Pode et al. investigated a semitransparent metal cathode for top emitting devices. A Ca:Ag metal double layer film has been fabricated by the vacuum thermal evaporation technique (i.e., a damage-free process). Although top and dual emission OLED with Ag cathode has low tunneling barrier and low workfunction, it has poor transmittance and high reflectivity as compared with Au cathode. In this work, we report on a multilayer structure for OLED that is both optically transmissive and effective as an electron-injecting contact. It consists of an ultrathin layer of LiF / Al as the electron injecting contact, a highly conductive gold layer for sheet resistance reduction, and a transparent layer for enhancement of optical transmission. To facilitate transparent OLEDs, a LiF / Al / Au multilayer was deposited by vacuum thermal evaporation. Transparent OLEDs were then fabricated with various Au thicknesses. We thus studied the thickness dependence of the current density-voltage-luminescence (J-V-L) characteristics of OLEDs with Au metal cathode layers having varying thicknesses.; 유기물 박막에 음극과 양극을 통하여 주입되는 전자(electron)와 정공(hole)의 재결합으로 발생하는 exiton의 에너지 변화에 의해 특정 파장의 빛을 구현하는 소자를 OLED (Organic Light-Emitting Diode)라고 한다. 이는 1960년대 W. Helfrich 등에 의해서 전하주입형 EL(Electro Luminescence)개념으로 확립되었다. 그러나 휘도적인 측면에서는 그다지 특이할만한 성과를 내지는 못하였다. 그 이후로 1980년대 코닥의 C. W. Tang 등이 휘도 측면에서 많은 증가를 보인 획기적인 유기EL소자의 특허를 출원함으로써 유기EL 디스플레이 연구의 가속화를 이룰 수 있었다. 음극에서 전자(Electron)가 주입되고, 양극에서 정공(Hole)이 주입되어 발광층에서 전자와 정공이 만나 여기자를 형성하여 빛을 내는 매커니즘으로 이루어진다. OLED는 자발광·박형·경량·저소비전력·광시야각·고속응답성·고콘트라스트 등의 장점을 가지고 있으며 이러한 장점은 가속화되어 가는 Flat Panel Display (FPD) 경쟁 시장에서 OLED의 경쟁력을 더욱 강화시켜 주었다. FPD시장에서 LCD(Liquid Crystal Display)와 PDP(Plasma Display Panel)가 대형화의 추세로 TV시장을 잠식해 가고 있는데 반해서 유기EL은 시간과 장소의 제약에 관계없이 어디서든 사용할 수 있는 꿈의 디스플레이 시장인 유비쿼터스에 도전하고 있다. OLED는 발광 형태에 따라 전면발광과 후면발광으로 나누어 질 수 있다. 후면발광의 경우 OLED의 빛이 유기물층과 양극층을 통과하여야 하므로 AM(Active Matrix)구동방식의 소자 제작 시 개구율의 한계, 색순도의 변화, 효율의 감소와 같은 단점을 갖고 있다. 반면에 전면발광의 경우 위의 문제점들을 개선할 수 있지만, 음극 물질의 투과율에 따라 휘도가 차이가 난다는 문제가 있다. 하지만 이러한 문제는 음극층을 ITO(Indium tin oxide)로 사용함으로써 해결할 수 있으나, ITO를 증착하기 위하여 RF supttering이나 E-beam공정을 사용함으로써 유기물층에 데미지를 주게 되어 유기EL의 전체적인 성능을 저하시킨다. 따라서 본 연구에서는 금속 음극층을 사용하여 증착 시 유기물층의 손상을 최소화하였으며, 음극층에 금(Au)과 알루미늄(Al)을 사용함으로써 전자의 주입을 획기적으로 증가 시켰다. 또한 Au의 두께를 변화시켜 전면발광의 최적 조건을 찾아 그 소자의 특성을 평가 분석하였다. 양극으로는 ITO를 사용하였고 음극은 vacuum thermal evaporation 방법을 이용하여 이중 음극층(Au / Al)및 유기물층을 증착하였다.