약산 후처리를 이용한 고전도도 PEDOT:PSS 투명전극을 기반으로 한 유기 발광 소자

Abstract

차세대 디스플레이로 각광 받고 있는 OLED (Organic Light-EmittingDiode)는 LCD (Liquid Crystal Display)를 넘어서 디스플레이 시장을 선도하고 있다. OLED는 LCD와 달리 Back Light Unit 없이 스스로 발광할 수 있는 자발광 디스플레이로 LCD에 비하여 고속응답, 전력 효율, 광 시야각, 명암비등 장점을 가지고 있으며, 플라스틱 기판에 적용하여 플렉시블 디스플레이 (Flexible Display)를 구현할 수 있다. 기존에 OLED 화소전극으로 사용되어지고 있는 ITO 투명전극은 고유의 취성으로 인하여 휘거나 구부리는 등 외부변형에 쉽게 균열이 생기면서 투명전극의 특성을 잃어버리게 되어 플렉시블OLED 구현에 적합하지 않다. 이에 따라 ITO 투명전극을 대체하기 위해 유연 투명전극 개발에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다.유연 투명전극 소재로 metal nanowire, CNT (Carbon Nanotube), graphene,전도성 고분자 등 다양한 소재가 활용되고 있다. 그 중 전도성 고분자는 가공이 쉽고 값이 저렴하며 높은 유연성, 투과도, 전기전도도를 가지고 있기 때문에 차세대 유연 투명전극 소재로 각광 받고 있으며, 전도성 고분자 투명전극을 기반으로 한 플렉시블 OLED 연구가 활발하게 이루어지고 있다.본 논문에서는 전도성 고분자인 Poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate (PEDOT:PSS) 박막에 벤조산 (Benzoic acid) 후처리 방법을 이용하여 전도도를 최대 1538S/cm까지 향상시켰으며, 플렉시블 OLED의 화소전극으로 활용 가능한 투명전극을 제작하였다. 벤조산 후처리로 인한 전도도 향상 메커니즘은 벤조산의 수소 이온과 절연체 PSS의 음이온 간의 수소결합으로 인하여 전도성 PEDOT과 절연체 PSS 사이의 쿨롱 힘 (coulomb force)이 감소하게 되며, 전도성 PEDOT 간의 응집으로 전도도가 향상된다. 약산 후처리된 PEDOT:PSS 전극을 기반으로 하여 플렉시블 OLED를 제작하였을 경우 25.3cd/A의 전류 효율을 가지며, 굽힘 반경 5mm에서 1,400회 밴딩 테스트를 실시하였을 때 초기 휘도의 약 17% 감소하였으며, ITO 대비 뛰어난 유연성을확인하였다.; Poly(3,4-ethlenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) has attracted significant attention as a flexible transparent electrode for flexible organic light-emitting devices (OLEDs) due to their superior characteristics of excellent mechanical flexibility, high transmittance, and thermal stability. We report on the conductivity enhancement in the PEDOT:PSS electrode due to benzoic acid treatment as weak acid post-treatment for use in highly flexible OLEDs. The conductivity of PEDOT:PSS electrode is enhanced up to 1583.2 S/cm. The high dielectric constant and H+ ion of benzoic acid solutions weakens the Columbic interaction between PEDOT and PSS, resulting in an increase of the conductivity of the PEDOT:PSS film resulting from the formation of the large conductive PEDOT domainin PEDOT:PSS. The operating voltage at a luminance of 1000cd/m2 and the maximum current efficiency for OLEDs using the PEDOT:PSS electrode with benzoic acid treatment are 5.9 V and 25.3 cd/A, respectively. The luminance of the flexible OLEDs by using the PEDOT:PSS electrode with benzoic acid treatment is 83 % of the its initial luminance after 1,400 bending cycles at a bending radius of 5 mm, indicating the stability of the mechanical stress.