유기 메모리 발광 소자 제작 및 특성 평가

Abstract

21세기 정보화 사회에서는 영상 산업에 있어서 대형화 및 평면화 그리고 여러 가지 기능을 포함하는 디스플레이가 필수적인 것으로 전망된다. 디스플레이의 종류에는 유기물을 사용하는 것으로 근래에 가장 상용화가 잘 되어 있는 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display; LCD)가 있고 무기물을 사용하는 것으로는 형광체로부터의 photoluminescence(PL)를 이용하는 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel; PDP)이 대표적이다. 차세대 디스플레이 소자로서 주목받고 있는 OLED는 자체 발광형이기 때문에 LCD에 비하여 시야각, contrast가 우수하며 Back-light가 불필요하여 경량 박형이 가능하고 소비전력 측면에서도 유리하다[1,2]. 또한, 응답속도가 빨라 동영상 구현에 적합하며 전부 고체이기 때문에 외부충격에 강하고 제조 cost측면에서도 저렴하다. 향후, 잠재 수요 면에서도 초고속 정보화 사회 및 멀티미디어 시대로 접어든 최근의 시대 상황에 발맞추어 매년 성장률이 30%이상의 급속한 신장세를 나타낼 것으로 예상된다. 이러한 특성 때문에 OLED는 휘거나 접을 수 있는 디스플레이, 바로 Flexible Display를 구현할 수 있는 가장 강력한 디스플레이 방법이라고 생각한다. OLED는 pixel을 addressing하는 방식에 따른 passive matrix형(PMOLED)과 active matrix형(AMOLED)으로 구별된다. PMOLED는 단순한 전극선 array를 이용하여 pixel을 addressing하는 방법으로 active matrix에 비해 구조가 간다하고 생산비가 저렴하여 휴대폰 등의 초기 OLED의 제품군으로 상용화되고 있다. 그러나 이러한 passive 구동 방식은 고해상도와 대면적 디스플레이를 구현하는데 근본적인 문제를 안고 있다. 즉, OLED의 발광 세기는 소자를 통해 통전하는 전류의 양에 비례한다. 그러나 고해상도와 대면적 디스플레이를 구현하기 위해서는 pixel의 수가 증가하게 되고, passive matrix의 경우, pixel OLED 소자의 요구휘도를 얻기 우한 전류밀도는 증가하여야 한다. 이러한 전류의 증가는 적절한 OLED의 구동이 높은 전압에서만 가능하도록 한다. 따라서 PMOLED는 pixel 수가 제한되며, 높은 전압 사용에 따른 높은 전압 사용에 따른 높은 전력 소모와 제품 수명의 단축과 같은 문제점이 존재하게 된다. Active matrix addressing 방식은 각 pixel에 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)를 장착하여 OLED 소자에 pixel 수와 상관없이 일정한 전류를 공급할 수 있도록 한다. 따라서 Active matrix 방식은 대면적 및 고해상도의 디스플레이를 구현하는 데 절대적으로 사용되어야 한다. 이러한 이유로 인해 TFT의 기반기술을 보유하고 있는 대부분의 주요 디스플레이 업체는 PMOLED보다는 고부가가치의 AMOLED의 사업화에 더욱 큰 관심을 보이고 있다. OLED는 전류구동 소자로써 안정된 전류 주입을 위해 최소한 2개 이상의 TFT를 사용해야만 하고 TFT의 mobility 또한 향상되어야 한다. 이를 위해 amorphous silicon이 아닌 poly crystal silicon을 이용해야만 한다. 이렇게 되면 a-Si을 결정화하기 위한 다른 공정이 들어가 cost가 올라가고 TFT 소자의 특성의 uniformity를 이루기 어렵다. 또 TFT를 2개 사용하기 때문에 aperture ratio가 떨어져 top emission 방식으로 가야만 한다. 하지만 top emission을 구현하기 위해서는 현재 투명한 metal electrode를 구현하기 어렵고 효율이 많이 떨어지게 될 뿐만 아니라 encapsulation에 사용되는 재료가 모두 투명해야 한다는 단점이 생기게 된다. 이러한 박막 트랜지스터를 이용한 AMOLED의 단점을 줄이기 위해 Silicon based TFT를 사용하는 대신 Organic Bistable Device(OBD)의 Bistable 특성을 이용하여 OLED로 주입되는 전류량을 조절하는 방식을 선택하게 되었다. 우선 OBD는 동작 속도(write / erase time)가 10 ns 이하 정도로 고속 동작이 가능하고 구조가 간단해 공정이 간단하고 OLED공정과 정합이 간단하여 OLED 구동 소자로는 손색이 없다. 하지만 메모리 동작 메커니즘이 명확히 밝혀지지 않고 있다. 이 논문에서는 이런 OBD 소자와 OLED 소자를 결합하여 OBLED(Organic Bistable Light-Emitting Diode)라는 새로운 개념의 소자를 만들게 되었고 이 소자의 mechanism을 규명하기 위하여 소자의 공정조건을 여러 가지 다양성을 주어 실험을 하고 있으며 모든 공정 후에는 I-V-L, XPS 및 TEM을 통해 전기적, 물리적 및 화학적 분석을 진행하였다.; Organic electronics has attracted much attention due to the distinctive advantages of organic materials, such as low cost processing, lightweight, mechanical flexibility, etc. Several types of electronic and opto-electronic devices, such as diodes, sensors, and light-emitting diodes, have been made using organic materials for the active medium. Specially, Organic Light-Emitting Diodes (OLEDs) are of considerable interest in various display applications because of their high efficiency and colors. Meanwhile, amorphous Si (a-Si:H) thin-film transistors (TFT's) have been in widespread production for a number of years as the switching elements in high-resolution, active matrix liquid crystal displays (AMLCD's). But a-Si:H TFTs are not available in OLED driving because of low mobility of carriers and unstability of TFT. And poly-Si TFTs are also inefficient for OLED's switching devices due to ununiformity between poly-Si TFTs. Recently, we reported on an organic electrical bistable device (OBD) having a thin metal layer embedded within the organic material, which is the active medium. The performance of this device makes it attractive for memory cell applications as well as switching and driving device in OLED display. The two states of the OBD differ in their conductivity by about 102 and show remarkable stability in that once the device reaches either state, it remains in that state for a prolonged period of time. More important, the high and low conductivity states of an OBD can be precisely con trolled by the application of a positive voltage pulse (to write) or an negative voltage pulse (to erase), respectively. In order to increase the performance of AMOLED, a regular organic light-emitting diode has been integrated with the organic bistable device. These features make the organic bistable light-emitting device(OBLED) a promising candidate for several application, such as digital display, opto-electronic books, and recordable paper.