유기 EL의 이해

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본문내용: 유기EL
1. 유기EL 의 적층구조
유기EL의 구조는 기본적으로 정공 관련층, 전자 관련층 그리고 발광층(Emission Layer)으로 구분할 수 있다. 정공관련층에는 정공주입층(Hole Injection Layer : HIL)과 정공운송층(Hole Transfer Layer : HTL)이 있으며, 전자 관련층에는 전자주입층(Electron Injection Layer : EIL)과 전자운송층(Electron Transfer Layer : ETL)이 있다. 이런 전자, 정공관련층에서 주입층과 운송층은 재료의 특성에 따라 구성할 수 도 있고 그렇지 않을 수도 있다. 발광층은 빛을 내는 기능을 하지만 주로 전자 혹은 정공을 운반하는 기능도 함께 하는 것이 대부분이다.
유기 EL의 적층 구조는 크게 sing-layer과 multi-layer로 나눌 수 있다.
1.1 sing-layer
a) 유기 EL 소자의 single-layer의 단면도
single-layer EL device는 전극/발광층/전극의 구조로 이루어져 있으며, electron 주입전극인 cathode는 작은 일함수를 갖는 금속인 Ca, Mg, Al등이 쓰인다. 이러한 일함수가 낮은 금속을 electron주입 전극으로 사용하는 이유는, 전극과 EL polymer 사이에 형성되는 barrier를 낮춥으로써 전자 주입에 있어 높은 current density를 얻을 수 있기 때문이다. 이를 통해소자의 발광 효율을 증가시킬 수 있게 된다
따라서, 가장 낮은 일함수를 갖는 Ca의 경우 높은 효율을 보이는 반면, Al의 경우 상대적으로 높은 일함수를 가지므로 낮은효율을 갖게 된다. 그러나 Ca는 공기중의 산소나 수분에 의해 쉽게 산화되는 문제를 가지며 Al은 공기에 안정한 물질로써 유용함이 있다.
한편, Anode는 hole주입을 위한 전극으로 일함수가 높고 발광된 빛이 소자 밖으로 나올수 있도록 투명 금속 산화물을 사용하며, 가장 널리 사용되는 hole injection전극으로는 ITO(indium tin oxide)로써, 두께는 약 30nm정도 이다. ITO의 경우 optical transparency에 대한 장점을 가지는 반면, controll이 쉽지않다는 단점을 가진다. 따라서 최근 주위에 대한 안정성면에서 장점을 보이는 polythiophene등을 포함한 chemically-doping된 공액 고분자(conjugated polmer)들이 hole주입 전극으로 사용이 고려되고 있다. 이때 Anode 전극 물질로 높은 일함수를 갖는 금속을 사용함으로써 Anode에서의 비발광 recombination을 통한 효율 감소를 막을 수 있다.
다음, substrate로는 대부분 glass를 사용하며, 발광층(EML)재료로는 Alq3,
Anthracene 등의 단분자 유기 EL 과 PPV(poly(p-phenylenevinylene)), PT(polythiophene) 등과 그들의 유도체들인 고분자 유기 EL물질들이 쓰이며, 낮은 구동전압에서의 전하 방출을 위해 EML층의 얇은 박막화(100nm)에 대한 연구가 진행되고 있다. EML재료에 대한 자세한 설명은 유기 EL재료 부분에서 좀더 자세히 다루도록 하겠다.
1.2 multi-layer
그림을 통해 알 수 있듯이 multi-layer의 경우 single-layer의 적층 구조에 ETL( Electron

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