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표제지
국문초록
목차
제1장 서론 15
제2장 이론적 배경 18
제1절 OLED 정의 18
제2절 OLED 기본 구조 및 발광 원리 20
제3절 OLED 성능 평가 26
제4절 OLED 성능 향상을 위한 Carrier 균형 및 구조 28
제5절 OLED 화소 제작 공정 31
1. FMM(Fine Metal Mask) 31
2. Orthogonal Photolithography 33
제6절 OLED 분석 34
1. Current-Voltage-Luminance(I-V-L) 특성 분석 34
2. Capacitance-Voltage(C-V) 특성 분석 35
3. 수명 측정 37
제3장 실험방법 38
제1절 OLED 재료 38
제2절 실험 장비 43
제3절 OLED 제작 48
제4장 실험결과 및 고찰 60
제1절 Hole Blocking Layer 재료에 따른 Orthogonal photolithography공정소자의 성능 비교 60
제2절 Double emitting layer 구조에서 ETL재료에 따른 Orthogonal photolithography공정 소자의 성능 비교 71
제3절 Double emitting layer 구조에서 전자받게 호스트와 동일 ETL재료에 따른 Orthogonal photolithography공정 소자의 성능 비교 84
제4절 Orthogonal photolithography공정소자 capacitance-voltage특성분석 및 수명테스트 92
제5절 Orthogonal photolithography공정을 적용한 마이크로 패턴 소자 제작 108
제5장 결론 111
참고문헌 115
ABSTRACT 125
Table 1. OLED materials information 42
Table 2. Energy levels of ETL materials 61
Table 3. Comparison of OLED devices performance as blocking layer materials 70
Table 4. Carrier mobilities of EML and ETL materials 73
Table 5. Comparison of OLED devices performance as ETL materials at double emitting layer structure 83
Table 6. Comparison of OLED devices performance as EML&ETL materials at double emitting layer structure 91
Table 7. Comparison of OLED devices max luminance and T50 life time as ETL with and without blocking... 96
Table 8. Comparison of OLED devices capacitance as ETL with and without blocking layer materials 97
Table 9. Comparison of OLED devices max luminance and T50 life time as ETL materials at double emitting... 101
Table 10. Comparison of OLED devices capacitance as ETL materials at double emitting layer structure 102
Table 11. Comparison of OLED devices max luminance and T50 life time as EML & ETL materials at double... 106
Table 12. Comparison of OLED devices capacitance as EML & ETL materials at double emitting layer... 107
Figure 1. Light emitting mechanism of Multi-layer OLED device. 22
Figure 2. (a)Fluorescence, (b)Phosphorescence, and (c)TADF... 25
Figure 3. Schematic diagram of Fine Metal Mask(FMM) 32
Figure 4. A typical C-V curve for a OLED device under forward... 36
Figure 5. Molecular structures of OLED materials. 40
Figure 6. Molecular structures of fluorinated photoresist materials and... 41
Figure 7. Vacuum evaporation equipment. 45
Figure 8. Spin coater. 45
Figure 9. Spot type UV LED exposure equipment. 46
Figure 10. OLED luminance measuring equipment. 46
Figure 11. OLED capacitance measuring equipment. 47
Figure 12. OLED life measuring equipment. 47
Figure 13. Scheme for process device : orthogonal photolithography. 49
Figure 14. Scheme for reference device : without photolithography. 49
Figure 15. Hole injection and hole transport layer deposited on... 50
Figure 16. Comparison of Reference device and Process device after... 51
Figure 17. Comparison of Reference device and Process device during... 52
Figure 18. Comparison of Reference device and Process device during... 54
Figure 19. Comparison of Reference device and Process device during... 54
Figure 20. Comparison of Reference device and Process device during... 55
Figure 21. Comparison of Reference device and Process device after... 56
Figure 22. Final OLED's structure for Reference and Process device. 57
Figure 23. Reference device. 58
Figure 24. The optical microsope image of Reference device. 58
Figure 25. Process device. 59
Figure 26. The optical microsope image of Process device. 59
Figure 27. (a)Luminance vs. current efficiency, (b)luminance vs. power... 62
Figure 28. (a)Luminance vs. current efficiency, (b)luminance vs. power... 65
Figure 29. Comparison of energy diagram of OLED with and without... 67
Figure 30. (a)Luminance vs. current efficiency, (b)luminance vs. power... 68
Figure 31. Energy diagram of OLEDs of double emitting layer... 74
Figure 32. (a)Luminance vs. current efficiency, (b)luminance vs. power... 77
Figure 33. (a)Luminance vs. current efficiency, (b)luminance vs. power... 78
Figure 34. (a)Luminance vs. current efficiency, (b)luminance vs. power... 81
Figure 35. (a)Luminance vs. current efficiency, (b)luminance vs. power... 82
Figure 36. Energy diagram of OLEDs of double emitting layer... 86
Figure 37. (a)Luminance vs. current efficiency, (b)luminance vs. power... 87
Figure 38. (a)Luminance vs. current efficiency, (b)luminance vs. power... 89
Figure 39. (a)Luminance vs. current efficiency, (b)luminance vs. power... 90
Figure 40. (a)Voltage vs. capacitance comparison of reference and... 94
Figure 41. (a)Voltage vs. capacitance (b)time vs. luminance comparison... 95
Figure 42. (a)Voltage vs. capacitance (b)time vs. luminance comparison... 95
Figure 43. (a)Voltage vs. capacitance (b)time vs. luminance comparison... 99
Figure 44. (a)Voltage vs. capacitance (b)time vs. luminance comparison... 99
Figure 45. (a)Voltage vs. capacitance (b)time vs. luminance comparison... 100
Figure 46. (a)Voltage vs. capacitance (b)time vs. luminance comparison... 100
Figure 47. (a)Voltage vs. capacitance (b)time vs. luminance comparison... 104
Figure 48. (a)Voltage vs. capacitance (b)time vs. luminance comparison... 104
Figure 49. (a)Voltage vs. capacitance (b)time vs. luminance comparison... 105
Figure 50. Photolithography pattern quartz/Cr mask. 109
Figure 51. Quartz/Cr mask 20 ㎛ pattern optical microscope image. 109
Figure 52. 20 ㎛ patterned optical microscope image of OLED device... 110
Figure 53. 20 ㎛ patterned optical microscope image of OLED device.... 110
초록보기 더보기
4차 산업의 발전에 따라 OLED (Organic Light Emitting Diode)의 영역이 기존의 모바일이나 텔레비전와 같은 전통적인 영역에서 VR(Virtual Reality), AR(Augmented Reality) 웨어러블과 같은 혁신적인 분야로 넓어짐으로써 더 높은 해상도와, 더 작은 픽셀크기의 디스플레이가 요구되고 있다. 기존의 OLED에서 상용화된 패터닝 방법인 FMM (Fine Metal Mask)으로는 이러한 요구를 만족 시킬 수 없으므로 새로운 패터닝 방법들이 연구되어 지고 있다. 그러한 연구의 하나로서, 본 연구에서는 반도체의 패터닝 방법으로 이미 기술 확보가 된 포토리소그래피 공정에 유기재료에 대한 반응성이 작은 고불소계 포토레지스트와 용매를 이용 하는 Orthogonal photolithography를 OLED에 적용해 보았다.
본 연구에서는 Orthogonal Photolithography 공정이 OLED 소자에 미치는 영향을 알아보기 위해 먼저 동일한 OLED 소자구조에 대해 공정을 적용한 소자를 process소자로 공정을 적용하지 않은 소자를 reference소자로 정의하여 각각의 소자구조에 따라 동일한 소자구조를 가지는 reference소자와 process소자를 제작하였고, 이 둘의 비교를 통해 OLED소자구조에 따라 공정이 소자에 미치는 영향을 연구하였다.
첫 번째로, 먼저 공정을 적용한 OLED 기본 소자는 발광층 호스트로서 TCTA를 사용한 구조이다. TCTA를 발광층 호스트로 사용할 경우 Hole transport type으로 빠른 정공이동도를 가지는 TCTA물질의 특성으로 인해 정공수송층위에서 적용되는 orthogonal photolithography공정에 대한 영향이 최소화 되는 장점이 있다. 하지만 TCTA를 호스스트로 사용한 소자의 절대적인 전류효율이 약 30 cd/A으로서 낮은 성능을 갖는다는 단점이 있다. 이러한 단점을 보완하기 위해 발광층과 전자수송층 사이에 HOMO energy level과 Triplet energy가 큰 TmPyPB와 BmPyPB를 blocking layer로서 적용하였고, 그 결과 공정으로 인한 소자의 영향은 TCTA 발광층 호스트 사용으로 인해 최소화됨과 동시에, 절대적인 전류효율은 약 30 cd/A에서 50 cd/A으로 증가하는 결과를 얻을 수 있었다.
두 번째로 발광층의 호스트 재료가 TCTA와 CBP로 구성되는 Double emitting layer 구조를 각 전자수송층 재료별로 적용하였다. 마찬가지로 공정으로 인한 소자의 영향이 최소화됨과 동시에, 전류효율 기준 약 50 cd/A의 수치를 나타냄으로써 약 30 cd/A의 전류효율을 나타내는 TCTA단일 발광층 호스트 사용 소자구조에 비해 절대적인 성능이 향상되는 결과를 얻을 수 있었다. 그리고 공정 후 고휘도에서 급격한 효율 감소가 일어나는 roll off 현상이 blocking layer를 도입하였을 때와 비교하여 약 30%에서 약 10%로 감소하는 결과를 얻었다. 하지만 전자수송층으로서 Bepp₂나 TmPyPB, BmPyPB를 사용한 소자구조에 대해서는 공정에 따른 전류효율의 감소가 reference소자 대비 약 15%수준으로 존재하였고, 동시에 TmPyPB, BmPyPB의 경우 구동전압이 reference소자 대비 약 10%증가하는 현상이 발생했다. 이를 보완하기 위해 세 번째로 Bepp₂, TmPyPB, BmPyPB를 전자수송층재료로 그리고 동시에 double emitting layer 구조의 전자받개 호스트로서 사용하는 구조를 적용해 보았다. 그 결과 이 소자구조들에서는 기존 double emitting layer 구조에서 발생했던 전류효율 감소가 상당히 줄음과 동시에 TmPyPB, BmPyPB 경우 구동전압 증가는 단지 약 2% 수준으로 감소하는 결과를 얻을 수 있었다.
마지막으로 OLED 소자 내구성 관련 성능인 최대휘도와 수명에 대해서 Capacitance-Voltage (C-V) 특성분석을 실시하였다. 그 결과 전자수송층 재료로서 TPBi를 사용한 소자구조들에 대해서는 공정 후 초기 capacitance(C0) 값이 reference소자 대비 약 10~20%가량 증가하였고, 이로 인해 공정 전후로 C-V그래프의 개형에 많은 차이가 발생하였다. 이런 소자에 대해서 공정에 따라 최대휘도와 수명은 reference소자 대비 약 50~60% 수준으로 감소하는 경향을 나타냈다. 하지만 Bepp₂를 전자수송층 재료 및 double emitting layer 구조에서 전자받게 호스트로 사용한 소자 구조의 경우 공정 전후로 C-V그래프의 개형이 거의 일치하는 경향을 나타냈고, 공정에 따른 최대휘도와 수명도 reference소자 대비 각각 95%, 83% 수준인 것으로 보아 공정 후 잔류물질의 영향을 최소화 되는 구조로 판단된다.
원문구축 및 2018년 이후 자료는 524호에서 직접 열람하십시요.
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