Chapter 7. High Efficiency Orange and Tandem White Organic Light-
7.4 Conclusion
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In order to evaluate the performance of the present tandem WOLEDs, the maximum EQEs of tandem WOLEDs with and without the index matched glass half sphere are compared with the results of the mode analysis as function of the thicknesses of the HATCN and HTL using classical dipole model and depicted these results in Figure 7.3c and 3d for different thicknesses of HTL and HATCN, respectively. The experimental maximum EQEs of the tandem WOLEDs without the half sphere lens matched the simulation results very well, indicating that both BEU and OEU had very good charge balance by conjunction with the present CGU. However, the OLED with the half sphere showed a slightly lower EQE than predicted, indicating that the half sphere did not extract all the light confined in the glass substrate.
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substrate. The achieved maximum EQEs of the orange and tandem WOLEDs match well with the predicted theoretical EQEs calculated by classical dipole model.
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초 록
백색유기발광소자는 디스플레이, 조명, 자동차, 이미징, 의학 관련 응용으로 큰 잠재력을 가지고 있다. 본 학위 논문에서는 고효율의 백색유기발광소자를 구현하기 위해서 엑시플렉스를 형성하는 공동호스트를 이용한 다양한 방법론을 연구 하였다. 본 논문은 크게 다음의 4 부분으로 구성하였다; (1) 황색유기발광소자 (2장~4장), (2) 전인광 다층백색유기발광소자 (5장), (3) 전하생성유닛의 전하생성기작 및 고성능의 전하생성유닛 (6장), (4) 탄뎀백색유기발광소자 (7장) 관한 연구로 구성된다. 모든 유기발광소자는 고효율, 저전압 구동, 고휘도에서 낮은 효율 감소를 동시에 만족하기 위해서 엑시플렉스를 형성하는 공동호스트를 이용하였다.
제1장에서는 유기발광소자의 구동원리와 엑시플렉스 형성원리 및 특성 그리고 이를 유기발광소자에서 이용하는 방법론에 대해서 정리하고, 백색 유기발광소자를 만들 수 있는 여러 구조를 소개하고, 효율과 색 특성이라는 관점에서 조명으로 응용을 위한 백색유기발광소자의 성능에 대해서 논하였다.
제2장~4장에서는 고효율/고연색성의 백색유기발광소자 개발에 필요한 황색유기발광소자 연구를 소개하였다. 제 2장에서는 엑시플렉스 형성 공동호스트에 녹색과 적색의 공동도판트를 도핑한 고효율의 황색인광소자로 최대 25%의 외부양자효율을 달성하였다. 본 황색유기발광소자는 이론치인 녹색 발광 파장과 유사하게 문턱 (turn- on) 전압이 2.4 V로 낮고, 10,000 cd/m2 에서도 외부양자효율이 21%로 roll-off 특성 (휘도 증가에 따른 효율감소 정도) 이 굉장히 뛰어나고, 1,000 cd/m2 에서 CIE 좌표에 (0.501, 0.478)의 좋은
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황색을 보여주고, 휘도 증가에 따른 색좌표 변화가 적어 높은 색 안정성을 가진다. 발광 스펙트럼 분석에서 작은 색 좌표 변화는 낮은 적색 도판트의 농도에 기인한 것으로 유추되었다. Transient EL 분석을 통해서 적/녹색 공동 도판트에서 적색발광 기작은 적색에서의 에너지전이와, 적색도판트에서의 직접 trapping 하는 두 재결합 기작이 모두 가능함을 보고하였다. 제3장에서는 녹색과 적색의 공동 도판트를 도핑한 황색유기발광소자의 적색발광 기작을 Transient EL의 발광전이 영역을 분석하여 연구하였다. 적색발광의 지배적인 재결합은 녹색도판트에서 적색도판트로의 에너지전이임을 보였고, 적색도판트가 존재할 때와 존재하지 않을 때의 녹색발광 전이시간을 분석하여 다양한 전이쌍극자 수평배향율을 가지는 적/녹색 도판트로 구성된 황색유기발광소자에서의 녹색도판트에서 적색도판트로의 에너지전이율이 50% 근방임을 계산하였다. 또한, 에너지전이는 도판트분자의 전이쌍극자의 방향의 함수이기 때문에, 도판트분자의 전이쌍극자의 수평배향 성분은 공동 도판트에서 도너 역할을 하는 녹색 분자의 수평배향이 높을수록 적색 분자의 수평배향이 높아 지는 것을 보여 주었다. 여기에 더해서, 전이쌍극자의 수평배향율이 가장 높은 적/녹색 도판트를 사용한 황색유기발광소자에서 공전의 효율인 32.2%의 최대외부양자효율을 보여주었다. 제4장에서는 황색유기발광소자를 구현하기 위해 엑시플렉스 형성 공동호스트에 녹색/적색 도판트를 각각 도핑하여 녹색/적색 발광층을 나누어서 구성하였다. 좋은 황색 색좌표 (0.442, 0.529)를 보여주고, 최대 22.8 %의 최대외부양자 효율을 달성하였다. 본 황색 소자도 문턱전압이 2.4 V 로 낮고, 10,000 cd/m2 에서도 외부양자효율이 19.6%로 roll-off 특성이 굉장히 좋았다. 특히,
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두 층의 발광층으로 구성되고, 전압변화에 따른 재결합존의 이동이 거의 없어 1,000에서 10,000 cd/m2까지 색좌표 변화가 없는 색 안정성이 아주 우수한 특성을 보여 주고 있다.
제5장에서 엑시플렉스를 형성하는 공동 호스트, 황/청색 두 층의 발광층을 가지고, 수평 배향된 적/녹/청색 인광도판트를 이용하는 백색유기발광소자를 연구하였다. 백색유기발광소자는 최대 28.8%, 1000 cd/m2 에서 27.9%의 외부양자효율을 보여준다. 구동 전압은 1000 cd/m2 에서 3.52 V로 낮아서 전력 효율이 58 lm/W 이고, 연색성은 82를 보여준다. 또한, 유리기판에 굴절률을 맞춘 반구랜즈를 부착시 106 lm/W의 전력효율을 달성하였다.
제6장에서는 p-HTL/HATCN/n-ETL로 구성된 전하생성유닛에서 전하가 발생하는 속도를 결정하는 단계에 대한 기작 규명을 주요내용으로 한다. HTL로는 TAPC를 사용하였다. C-V 측정과 J-V 측정으로 계면에서의 에너지준위정렬을 구하여 p-HTL/HATCN 계면에서의 전하발생보다는 HATCN/n-ETL 계면에서의 전자주입이 주요한 속도결정 단계임을 증명하였다. 실험 결과로서 Rb2CO3를 30 mol% 도핑한 BPhen과 HATCN으로 구성된 전하생성유닛에서 전류 밀도가 ± 10mA/cm2 생성되기 위해 0.17 V의 전압 강하만 필요하여 최근까지 발표된 수치보다 훨씬 작은 전압으로 전류를 발생할 수 있음을 보고한다.
제7장에서는 큰 전이쌍극자 수평배향성분과 PL 양자효율을 가지는 적/녹색 인광 공동호스트를 이용하는 황색유기발광소자와 (2, 3장) 엑시플렉스를 형성하는 공동호스트를 이용하는 청색인광유기발광소자를 고성능 전하생성유닛 (6장) 이용하여 직렬로 연결하여 이론효율에