전하 포획층으로 초 박막 rubrene층을 삽입한 유기 발광 소자의 전기적 및 광학적 특성에 관한 연구

Abstract

본 연구에서는 기본 청색 구조를 가진 소자에 단층 또는 다층의 트랩층을 삽입하여 소자의 효율 및 색 변화와 그 밖의 여러 특성을 관찰, 개선시키는 방법을 연구 하였다. 다층의 트랩층을 삽입한 소자는 기본 청색 구조를 가진 소자의 발광층 이외에 트랩층 또한 발광지역으로 역할을 가지면서 색의 변화를 일으키며, 발광 지역으로서의 역할 뿐만 아니라 정공이나 전자의 이동 도에 영향을 미치어 다수의 트랩층을 정공수송층에 삽입한 경우에는 정공의 이동 도를 감소시키는 영향을 미치므로 발광층 안에서의 전자와 정공의 비율을 효과적으로 조절 할 수 있어서 소자의 효율을 상승시키는 효과를 볼 수도 있었다. 기본 소자로 사용된 청색 소자는 정공수송층으로 N,N-bis(1-naphthyl)-N,N-diphenyl-1,1’biphenyl4,4-diamine (NPB)를 사용하였으며 발광층으로는 4,4-bis(2,2-diphenylvinyl)biphenyl (DPVBi)를 사용하였다. 전자수송층으로는 Tris-(-8-hydroxyquinoline)aluminum (Alq3)와 Bphen 사용하였으며 전자주입층으로 8-hydroxy-quinolinato lithium (Liq)를 사용하였다. 이와 같은 소자에 트랩층을 삽입하기 위해서는 정공수송층, 전자수송층, 발광층보다 lowest unoccupied molecular orbital (LUMO)와 highest occupied molecular orbital (HOMO)가 작은 물질을 사용하여야 함으로 5,6,11,12-te트랩henylnaphthacene (Rubrene)을 트랩층 물질로 사용하였다. 정공수송층에 트랩층을 삽입한 결과 발광지역으로는 영향을 미치지 못하였고 정공의 이동도 또한 거의 변화가 없음을 확인 할 수 있었다. 발광층에 트랩층을 삽입한 경우는 색의 변화가 심하게 일어나는 것을 볼 수 있으며, 이 또한 정공의 이동도에는 거의 변화가 없었다. 반면 정공수송층과 발광층 양쪽에 트랩층을 삽입한 경우에는 단층 트랩층의 결과와는 다르게 정공의 이동에 많은 영향을 주어서 효율의 상승을 볼 수 있었다. 반면 전자수송층에 단층의 트랩층을 삽입한 경우 저 전압에서는 발광지역으로 작용하는 것을 볼 수 있었으나 전압이 상승하면 발광지역으로서의 작용을 하지 않는 것을 볼 수 있었다. 반면 발광층에 트랩층을 삽입한 경우는 저 전압에서는 발광 지역으로 활동하지 못하나 전압이 상승할수록 일정 전압까지는 발광지역으로서의 능력이 상승하는 것을 볼 수 있었다. 이와 같은 결과를 통하여 전자수송층과 발광층 양쪽에 트랩층을 삽입한 소자는 거의 모든 전압에서 백색광을 내는 소자를 만들 수 있었으나 다수의 트랩층에 의한 전자의 이동도 감소로 인하여 소자의 효율이 하락하는 결과를 초래 하였다. 마지막으로 정공수송층, 발광층, 전자수송층 모두에 트랩층을 삽입한 소자의 효율은 상승하였으나 트랩층에서의 재결합 확률이 높아짐에 따라 소자의 발광색이 rubrene 색에 가까워 지는 것을 볼 수 있었다. 위의 실험을 통하여 초 박막 트랩층을 이용하여 백색광 소자의 제작 가능성을 충분히 확인할 수 있었고, 소자의 효율 향상 및 색 안정성 확보 또한 가능성을 확인할 수 있었다. 앞으로 발광층의 재료를 교체하여 실험한다면 더욱 소자의 성능을 향상시킬 수 있다고 예상된다.; The authors report on the White organic light emitting devices (OLEDs) using a blue OLEDs with a trap or traps in an EML, an ETL, an HTL. In the white OLEDs, N,N-bis(1-naphthyl)-N,N-diphenyl-1,1’biphenyl4,4- diamine (NPB) is acting HTL, 4,4-bis(2,2-diphenylvinyl)biphenyl (DPVBi) is acting EML, Tris-(-8-hydroxyquinoline)aluminum (Alq3) and Bphen are acting ETL and 8-hydroxy-quinolinato lithium (Liq) is acting EIL. While the current density of the OLEDs with a rubrene trap layer inserted into both the HTL and the EML was lower than those of the OLEDs without a rubrene trap layer in the HTL or the EML. The luminance and luminance efficiency of the OLEDs with a rubrene trap layer in the HTL and the EML were highly improved due to the existence of rubrene layers in the HTL and the EML. The rubrene layer inserted in the HTL was dominantly acting as a hole trap site, resulting in a decrease of the hole mobility in the HTL. However, the rubrene layer inserted in the EML was mainly acting as an emitting site, resulting in an increase in the luminance. The luminescence-voltage and luminance efficiency-current density curves showed that the luminance and luminance efficiency of the OLEDs with a rubrene trap layer embedded in the ETL and/or the EML were similar to those of the blue reference device without a rubrene trap layer. While the rubrene layer in the ETL was acting as an emitting site and an electron trap layer around the low voltage ranges, the rubrene layers in the EML was acting as an emitting site. The emitting color of device with a rubrene layer in the ETL was white only at low voltage ranges, and the emitting colors of device with rubrene layers in both the EML and the ETL was white for all voltage ranges due to the emission from the rubrene layers in the EML. The color of device with rubrene layers in the EML and the ETL was more stable than devices without or with a rubrene layer in the ETL and/or the EML and/or the HTL. These results can help in understanding the electrical transport and the optical luminance properties of the OLEDs with a trap layer for white OLED displays.