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표제지

목차

국문요지 8

제1장 서론 10

1.1. 유기발광소자의 역사 11

1.2. 유기발광소자의 기술 동향 및 기술적 과제 13

제2장 유기발광소자의 동작원리 15

2.1. 유기발광소자의 구조 및 동작원리 15

2.2. 유기발광소자의 발광 메커니즘 17

2.2.1. 전하의 주입 17

2.2.2. 전하의 수송 20

2.2.3. 엑시톤 형성 25

2.2.4. 형광과 인광 28

2.2.5. 에너지 전이 31

2.2.6. 유기발광소자의 효율 33

2.3. 백색유기발광소자의 구조 및 동작원리 35

2.3.1. 백색유기발광소자의 구조 36

2.3.2. 백색유기발광소자의 동작원리 38

2.3.3. Commission Internationale de l' Eclairage(CIE) 좌표계 38

2.3.4. 색온도와 연색지수 39

제3장 실험 41

3.1. 소자 제작 41

3.1.1. 기판 패터링 및 전처리 41

3.1.2. 고분자 나노구조의 형성 42

3.1.3. 저분자 유기물 및 음극 증착 43

3.2. 소자의 분석 45

3.2.1. 고분자 나노구조의 AFM 분석 45

3.2.2. 고분자 나노구조에 따른 백색유기발광소자의 물리적 특성 46

제4장 실험 결과 및 분석 47

4.1. 스핀코팅의 rpm에 따른 고분자 나노구조의 AFM 비교 47

4.2. 백색유기발광소자의 발광 스펙트럼 분석 49

4.3. 백색유기발광소자의 전기적 및 광학적 특성 52

4.4. 백색유기발광소자의 CIE 좌표 및 색안정성 55

제5장 결론 57

참고문헌 60

Abstract 63

그림목차

그림 1.1. C. W. Tang이 보고한 유기발광소자 구조 요약도 및 Alq₃ 와 Diamine의 분자 구조도 12

그림 1.2. PPV 고분자를 이용한 유기발광소자 구조의 요약도 및 PPV 분자 구조도 12

그림 1.3. 유기발광소자가 적용되어 상용화된 제품 14

그림 2.1. 다층 박막구조의 유기발광소자의 기본구조 15

그림 2.2. Shottky 열전자 방출 18

그림 2.3. Folwer-Nordheim tunneling 19

그림 2.4. 비정질 고체 내에서의 호핑(Hoping) 전도 20

그림 2.5. 유기발광소자의 전류밀도-전압 특성 24

그림 2.6. 엑시톤의 종류 26

그림 2.7. 단일항과 삼중항의 궤도함수 및 에너지 준위 27

그림 2.8. 엑시톤의 생성 과정 27

그림 2.9. 빛의 흡수에 의한 여기상태에서 형광과 인광을 방출하는 과정 30

그림 2.10. Foster 에너지 전이 및 Dexter 에너지 전이(이미지참조) 32

그림 2.11. 백색발광소자의 구조 37

그림 2.12. 1931 CIE x, y 색좌표계, 단색광원, 흑체의 궤적 및 등색온도 표시 40

그림 3.1. 패터닝이 된 PET-ITO 기판과 유기물 전극 증착 개요도 42

그림 3.2. 증착장비 및 제어장치와 글로브박스의 외관 44

그림 3.3. 고분자, 저분자 및 전극의 에너지 밴드 다이어그램 45

그림 3.4. 제작된 고분자 나노구조의 AFM 사진 46

그림 4.1. 4000rpm(a)와 5000rpm(b)으로 스핀코팅 된 고분자 나노구조의 AFM 사진 48

그림 4.2. DPVBi 청색 저분자 발광층을 가진 소자의 EL 발광 스펙트럼 49

그림 4.3. MEH-PPV 황색 고분자 발광층을 가진 소자의 EL 발광 스펙트럼 50

그림 4.4. 고분자 나노구조를 이용한 백색 유기발광소자의 EL 발광 스펙트럼 52

그림 4.5. 고분자 나노구조를 이용한 백색 유기발광소자(Device I, Device II)의 (a)전류밀도-전압 및 (b)휘도-전압 비교 그래프 54

그림 4.6. 고분자 나노구조를 이용한 백색 유기발광소자(Device I, Device II)의 전압에 따른 CIE 좌표의 변화 56

초록보기

유기발광소자는 얇은 유기 박막에 전압을 인가하여 가시광선 영역의 빛을 발광하는 소자로서, 기존의 디스플레이 기술에 비해 빠른 응답속도, 넓은 시야각, 얇은 두께의 특성으로 전색 디스플레이 및 백색 광원 기술로 많은 주목을 받고 있다. 특히 플렉서블 백색 유기발광소자의 기술은 디스플레이의 배경조명 및 플렉서블 광원으로 큰 활용 가능성을 가지고 있기 때문에 높은 연구 가치를 가진다.

이에 본 연구에서는 전색 디스플레이의 배경조명 및 일반조명으로 응용할 수 있는 고분자 나노 구조와 청색 저분자 유기물을 적층한 플레서블 백색 유기발광 소자를 제작하였으며 백색 유기발광 소자의 전기적 및 광학적 특성을 분석하였다. 고분자 poly(2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylenevinylene (MEH-PPV)와 polystyrene (PS) 혼합물을 스핀코팅 방법을 사용하여 박막을 형성한 후 열처리에 의한 상분리 현상과 두 고분자 물질의 용해도 차이를 이용해 선택적으로 PS 물질을 제거하여 MEH-PPV 적색 다공성 나노 구조를 가진 고분자 발광층을 형성하였다. 고분자 MEH-PPV와 PS의 혼합 비율과 혼합층 두께에 따른 MEH-PPV 적색 고분자 다공성 박막의 변화를 원자힘 현미경을 통하여 관찰할 수 있었다. MEH-PPV 적색 다공성 고분자 발광층의 미세구조의 형태는 MEH-PPV와 PS 혼합물의 혼합 비율의 변화에 따라 PS 혼합비가 높아지면 미세구조의 밀도가 높아지고, 혼합된 두 고분자 물질의 분자량의 차이에 의한 응집도의 차이로 인하여 MEH-PPV와 PS 혼합물 박막의 두께가 얇아지면 미세구조의 경사도가 높아진다. 이렇게 형성 된 적색 나노 구조의 고분자 박막 위에 청색 저분자 4,4’-bis(2,2'-diphenylvinyl)-1,1'-biphenyl (DPVBi) 물질, 저분자 보조층 및 음극을 열증착으로 형성하여 플렉서블 백색 유기발광소자를 제작하고 발광 스펙트럼 및 발광 특성을 측정하였다. 혼합 고분자 박막의 스핀코팅 조건이 4000rpm 및 5000rpm으로 제작된 소자에서 각각 15V에서 (0.36, 0.25)와 (0.28, 0.24)의Commission international de l' Eclariage 1931 (CIE 1931) 좌표를 가지는 백색 발광 특성이 발견되었다. 최고 휘도는 스핀코팅 조건 5000rpm로 제작된 소자가 19V에서 136 cd/m2의 발광 특성을 나타냈다. 본 연구 결과는 고분자-저분자 혼합 발광층 구조를 사용하는 플렉서블 백색 유기발광소자의 색안정성과 효율 향상에 대한 기초자료로 활용할 수 있다.

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