F4-TCNQ을 정공 수송층에 삽입함에 따른 유기 발광 소자의 전기적 및 광학적 특성

Abstract

유기발광소자 (organic light-emitting device; OLED)는 차세대 전색 평판 디스플레이 소자로서의 응용 가능성 때문에 많은 관심을 끌고 있다. OLED는 빠른 응답 속도, 높은 색재현성, 투명 디스플레이 및 플렉서블 소자 제작이 가능한 장점으로 차세대 디스플레이에 응용하기 위한 효율증진에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다 [1-3]. 유기물로 구성된 OLED의 구조에서 발광층에서 형성된 빛을 외부로 추출하기 위해서 전극의 한쪽은 투명 전극으로 사용한다. 양극에서 주입된 정공과 음극에서 주입된 전자가 유기물층에서 재결합하여 엑시톤(exciton)을 형성하면, 엑시톤이 안정된 상태로 돌아오면서 방출되는 에너지가 빛으로 변화하여 음극 쪽 투명 기판을 통해 빛이 외부로 방출된다 [4]. 고효율의 OLED 소자를 제작하기 위해서는 발광층으로 전하가 효율적으로 주입되어야 하기 때문에 정공의 주입 능력을 향상하기 위해서 발광층과 양극 전극 사이에 정공 수송층을 삽입하고, 전자의 주입 능력을 향상하기 위해서 발광층과 음극 전극 사이에는 전자 수송층을 삽입하여 다층 구조로 제작한다. 발광층에서 전자와 정공의 효율적인 균형을 이루기 위하여 각 층의 두께를 적절히 조절하여야 고효율 OLED를 제작할 수 있다. 발광층의 두께를 조절하는 것과 더불어 발광층에 인광 물질을 사용하고 엑시톤 저지층을 삽입하여 효율을 높이는 연구가 진행되었다 [5]. 본 논문에서는 정공 주입 향상을 위해 p형 물질인 2,3,5,6-tetrafluoro-7,7,8,8-tetracyano-quinodimethane (F4-TCNQ)를 얇은 층으로 삽입한 유기발광소자 (organic light-emitting device; OLED)를 제작하여 F4-TCNQ 층의 두께에 따른 전기적 및 광학적 특성을 관찰하였다. F4-TCNQ를 사용한 OLED를 제작하였을 때, ITO 와 m-MTDATA 사이에 F4-TCNQ층을 삽입한 소자가 F4-TCNQ층을 삽입하지 않은 소자에 비해 구동전압이 낮아지고 발광효율이 증가하였다. OLED에서 발광휘도를 100 cd/A 기준으로하여 측정하였을 때, F4-TCNQ층의 두께가 1 nm 인 소자의 구동 전압이 4.5 V로 가장 낮았으며, F4-TCNQ층의 두께가 3 nm 일때 4.2 cd/A 로 발광 효율이 가장 높았다. 이 결과를 통해서 F4-TCNQ 층의 두께를 1 nm 에서 3 nm 사이로 적절히 조절하여 구동 전압을 낮추고 발광 효율이 향상된 OLED를 제작할 수 있었다.