Electroluminescent Display(ELD)

Organic Light Emitting Device[OLED]

Definition of OLED : 유기물(저분자 또는, 고분자) 박막에 음극과 양극을 통하여 주입된 전자(electron)와 정공(hole)이 재결합하여 여기자(exciton)를 형성하고, 형성된 여기자로부터의 에너지에 의해 특정한 파장의 빛이 발생되는 현상

Cathode

Electron transfer layer

Buffer layer

Light-emitting layer + dopant

Hole transfer layer

Anode

Substrate

Example of materials

Li-Al, Mg-Ag

Alq3, etc.

Alq3, BeBq2, DPVBi +quinacridone, coumarin, DCM, etc.

Amine compounds

M-MTDTA, CuPc, etc.

ITO

OLED의 발광원리

양극

음극+ -

Hoping Hoping

106V/cm

1.전자와 홀이 Hoping하면서 재결합 è 산화환원 반응을 통해 Hopping è 전기화학적 성질이 우수해야 함2. 유기분자의 전자상태가 안정된 상태 (기저상태)로부터 활성화 되어 에너지준위가 높은 상태 (여기상태)가 된다

3.여기상태 è 기저상태로 전이하며 빛을 방출

전류를 흐르게 하면 빛을 방출

Electroluminescence (EL)

Electroluminescence & Photoluminescence

Device Structure in OLED

Device Structure in OLED

Role of Each Layer in OLED

Emission Directions in OLED

Full Color Method

고정세가 어려움 광량이 1/3 변환효율이 낮음

각 층의 역할

1. 발광층 - 주입된 전하의 재결합에 의해 여기되고 고효율로 빛을 내는 층 - 형광성 또는 인광성이 매우 강한 발광특성을 갖는 화합물이 사용됨 - OLED의 핵심이 되는 층 : 다른 층이 무기물이어도 발광층이 유기물이기 때문에 Organic LED로 불림

2. 수송층 (전자 or 홀) - 홀 수송층의 역할 : 양극으로부터 홀을 발광층까지 수송하고 음극으로부터 이동해온 전자를 막아 양극으로 가지 못하게 함 - 전자수송층의 역할 : 음극으로부터 전자를 발광층까지 수송하고 양극으로부터 이동해온 홀을 막아 음극으로 가지 못하게 함 - 전하 이동도가 높고 대향전극으로부터의 전하를 흐르지 않게 하는 물질

3. 주입층 (전자 or 홀) - 전극의 Work function과 수송층의 Homo 및 Lumo level을 맞추는 역할을 함

Lumo (Lowest Unoccupied Molecular Orbital) : 빈 궤도 중 에너지가 가장 낮은 궤도Homo (Highest Occupied Molecular Orbital) : 충전 궤도 중 에너지가 가장 높은 궤도

유기EL의 구조에 따른 분류

①단층형◎초기의 모델은 단순형

◎현재에도 고분자계에 다수 채용됨

◎1층만으로 효율적으로 만들 수 있는

재료가 있다면 좋지만 개량이 어려움.

②2층형

◎ITO 양극과의 궁합이나 홀수송성이

우수한 막을 별도로 만든 것

◎발광층이 전자수송층을 겸함

③3층형

◎발광층이 독립된 형태

◎전자수송성이나 홀수송성이 우수한

막을 별도의 층으로 쌓은 형태

④4층형◎ITO와의 궁합을 생각해서 홀주입층을

추가한 형태

◎실제 저분자계로 가장 많이 채용되고

있는 형태

⑤5층형

◎전자주입층으로서 알카리금속으로

도핑한 유기층을 이용하면 저전압화에

효과적임

유기EL의 구조에 따른 분류

음극

발광층

ITO양극

발광층+전자수송층

홀수송층

홀수송층

홀수송층

홀수송층

발광층

발광층

발광층

홀주입층

홀주입층

전자수송층

전자수송층전자주입층

전자주입층

청색으로 발광하는 안트라센의 구조

청색재료(안트라센)의 골격을 변화시켜 장파장측(녹, 적)으로

GreenBlue Red

OLED ç 재료가 Key !!!

초창기(1960년대) 발광재료

저분자 재료와 고분자 재료의 차이점

저분자계 발광재료

- 발광층 : OLED의 핵심부분- 발광층에 사용되는 재료에 따라 발광효율이 결정됨- 평가기준 • 높은 발광양자효율• 우수한 성막성• 높은 캐리어 수송성

Alq3 Almq3

C=HC CH=C

DPVBi

O

O

N

N

Al

O

N

H3C

CH3

CH3

O

O

N

N

Al

O

N

금속착체가 많이 쓰임유기물 + 무기금속이온의 복합체

- 발광재료의 구분• Host 재료 : 자체 발광능력은 낮지만 성막성이 높은 재료 요구사항 : 성막성이 좋으며, 내열성이 높은 물질• Guest 재료 : 자체 발광능력은 높으나 단독으로는 성막할 수 없는 재료 è Dopant 색소라 불림 요구사항 : 발광양자효율 ↑, 응집성이 적으며 호스트 재료에 균일하게 분포되는 물질

빛나는 물질 (박막가능)

빛나는 물질 지원하는 물질

(Dopant) (Host)

발광층 재료

발광층 재료+

펠렌

HN

NH

O

O

Quinacridone(Qd)

루블렌

NC CN

CH3 O

N

CH3

CH3

DCM

형광소재를 이용한 RGB 발광층의 Host 및 Guest 재료

인광소재를 이용한 RGB 발광층의 Host 및 Guest 재료

수송층 재료

- 수송층은 발광층과 주입층 사이에 위치하기 때문에 전자 혹은 hole의 수송성이 우수해야 함- Hole 수송층 • 10-3cm2/Vs 이상의 높은 hole 이동도가 필요• 전자가 발광층을 지나 양극으로 흐르는 것을 방지하기 위해 LUMO 준위는 2.5 eV 이하가 요구됨• 대표적인 물질 : Triphenyl amine 계 (ex: TPD)

CH3 CH3

N N

TPDα-NPD

NN

N N CH3H3C

CH3 H3C

TPAC

N N

NN

Spiro-TPD

- 전자 수송층 • 10-3cm2/Vs 이상의 높은 전자 이동도가 필요• 정공이 발광층을 지나 음극으로 흐르는 것을 방지하기 위해 HOMO 준위는 6 eV 이상이 요구됨• 대표적인 물질 : 전자가 부족하여 전자를 잡아 당기는 시나이드, 옥사디아졸, 트리아졸 과 같이 전자 acceptor 성분이 포함된 재료

O

N N

BND

O

N N

T-Bi

PBD

N

N N

T-Bi

Et

ρ-EtTaz

CH3H3C

BCP

주입층 재료

- Hole 주입층 • 양극과의 계면특성 향상을 통해 hole의 주입을 향상시키는 역할• 얇은 박막 형태의 C60, 흑연, 금속산화물 등은 계면에서 energy band gap을 bending 시킴으로 효율적인 hole 주입이 가능하게 함• 최근에는 적색, 청색에서 빛의 흡수가 없고 Tg가 100도 이상으로 박막특성이 우수한 starbust 형의 아민류가 많이 사용됨

NMe

N

Me

N

Me

N

m-MTDATA

N

N

N

N

N

N

N

N

Cu

CuPc

OO

Sn

PEDOT

CHCH2 n

SO3H

PSS

- 전자 주입층 • 일반적으로 음극에 싼 가격의 aluminum이 사용됨• 리튬이나 칼슘 등의 일함수가 작은 금속이나 산화물, 무기화합물 등을 사용• 유기물로는 리튬착제 등을 사용

전극 재료

- Key word• 양극에는 ‘일함수가 큰 재료’• 음극에는 ‘일함수가 작은 재료’

- 양극 • 주로 ITO/IZO 사용 (배면발광)• Hole 주입(수송)층에 사용되는 유기물의 HOMO level에서 전자를 빼내기 쉬운 물질사용

- 음극• MgAg, LiF/Al 등 일함수가 작은 물질 사용• 수분 또는 공기 중에서 안정성이 중요함• 전자 주입(수송)층에 사용되는 유기물의 LUMO level에 전자를 주입하기 쉬운 물질사용

대표적 유기박막 소재 및 전극소재

a-Si TFT 문턱전압과 전자이동도의 불균일

ð 휘도불균일

ð LTPS 이용

Degradation & Encapsulation

유/무기 다층박막을 통한 Passivation

gas barriersolvent resistance

ITOsolvent resistance

undercoat

undercoat

Passivation 기술의 발전동향

OLED 대형화를 위한 핵심 요소기술 및 접근방법