알루미늄 나노입자를 이용한 쌍안정성 유기발광소자의 색 변환 거동

Abstract

차세대 기술개발에 맞춰서 다중기능을 갖는 전자소자의 개발은 필수적인 것으로 전망된다. 특히, 쌍안정 유기 발광 소자(Organic bistable light-emitting devices, OBLED)는 유기물 기반의 소자로서 간단한 공정, 저가격, 저소비전력, 투명성 및 유연성의 장점이 있기 때문에 차세대 전자소자로서의 높은 연구 가치를 지니며, 쌍안정 유기 발광 소자의 제작방법 및 특성에 대한 연구는 수년간 진행되고 있다. 데이터 저장소자인 유기 쌍안정 소자(Organic bistable device, OBD)는 두 개의 전극을 갖고 인가된 전압에 따라 전도도의 상태가 바뀌는 특성을 가지며, 이로 인해 데이터를 읽고, 쓰고, 지우는 기능을 수행할 수 있다. 또한, 유기 발광 다이오드(Organic light-emitting diode, OLED)는 다양한 에너지 갭을 갖는 전도성 유기물을 사용하여 전자와 정공을 주입하여 발광하게 하는 소자이다. OLED는 소자의 두께가 수백 nm 두께로 형성되고 면 발광을 하는 소자로서, 현재 대부분의 휴대용 제품에 적용되고 있으며 차세대 대형 디스플레이 소자로 개발이 진행되고 있다. 이러한 유기물 기반의 메모리 소자와 OLED 소자를 결합한 쌍안정 유기 발광 소자는 각 소자에 데이터를 저장하고 데이터의 상태에 따라 디스플레이 할 수 있는 기능을 가지고 있다. 기존의 메모리 소자에서 데이터의 읽기, 쓰기 및 지우기 시에 데이터를 직렬로 처리했으나, OBLED 소자를 사용하는 경우 메모리소자와 결합된 OLED를 통해 데이터를 읽고 전송하는 경우 데이터의 병렬처리가 가능한 장점을 보이고 있다. 그러나 OBD 소자와 OLED 소자를 결합하여 OBLED 소자를 제작할 경우 연결 층으로 전도성이 높은 금속 등을 사용하는데, 연결 층에서의 누설전류로 인하여 기존의 특성보다 낮은 스위칭 특성을 얻게 되고 소자의 전압 증가와 함께 발광특성이 저하되는 문제점을 초래하게 된다. 이에 따라, 높은 온/오프(On/Off) 휘도 차이를 갖는 OBLED 소자의 구현은 어려움이 있으며, 이러한 낮은 휘도 차이를 갖는 온/오프 상태를 감지하기에 어려움이 있다. 따라서 높은 온/오프 휘도 차이를 갖는 OBLED 소자를 구현하거나 낮은 휘도 차이를 갖더라도 온/오프 상태를 정확하게 검출할 수 있는 OBLED 소자에 대한 기술 개발이 필요하다. 본 연구에서는 기존의 휘도제어를 통하여 데이터 처리방식을 사용하는 OBLED 소자가 갖는 문제점을 해결하기 위해서 두 가지의 발광층 (Emission layer, EML)을 갖는 구조를 사용하여 온/오프 상태를 색 제어를 통해 쉽게 검출할 수 있는 방법을 소개하고자 한다. OBD 소자는 tris(8-hydroxyquinoline)aluminum (Alq3) 유기층 사이에 알루미늄 나노입자가 삽입된 구조를 사용하였으며, 그 특성을 알아보기 위하여 전류-전압 (I-V) 특성을 측정하였다. 또한, Scanning Electron Microscope (SEM) 이미지를 통해 유기물 층위에 형성된 알루미늄 나노입자를 확인하였다. 이렇게 형성된 OBD 소자를 두 가지의 발광층을 갖는 유기발광소자와 결합하여 제작하고 발광 스펙트럼 및 발광 특성을 측정하였다. 제작된 소자는 20 V에서 온 상태에서 641.80 cd/m2, 오프 상태에서 22.25 cd/m2 의 발광 특성을 나타냈으며, 온 상태와 오프 상태에서 각각 (0.42, 0.46)와 (0.51, 0.47)의 Commission international de l’ Eclariage 1931 (CIE 1931) 좌표를 가지는 발광 특성이 발견되었다. 본 연구에서 색 변화를 통해 온/오프 상태를 제어하는 OBLED 소자는 향상된 데이터 처리속도를 갖는 비휘발성 메모리소자로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.