7. Organic Light-Emitting Diode

7.1 서론

전도성 고분자: 폴리아세틸렌 CHn

2000년 노벨 화학상: Allan Heeger, Allan MacDiarmid, Hideki Shirakawa

7.2 Organic Light-Emitting Diode:

전기발광: 1990년 Jeremmy Burroughes

폴리 페닐렌(탄소고리) 비닐렌(아세틸렌)

OLED의 지향점 1) 분자 전자공학

2) 자체발광성 화면소자 및 조명광원

Moore's law 화면장치의 진화

OLED 생산 공정

7.3 Energy Band Structure of Organic Semiconductors

유기 반도체 속의 전자의 상태 반결합 상태(anti-bonding state)

* 에너지 간격(energy gap) ~ 100 ~ 2.5eV (가시광의 광자 에너지)

결합 상태(bonding state)

LUMO(the Lowest Unoccupied Molecular Orbital: 전자가 빈 가장 낮은 분자 궤도)

HOMO(the Highest Occupied Molecular Orbital: 전자가 찬 가장 높은 분자 궤도)

전류수송: 건너뛰기 수송(hopping transport)

※ 무기 반도체: 띠 수송(band transport)

7.4 Optoelectronic Organic Materials

7.4.1 Polymer and Small Molecule Structures

기본 구조 작은 분자 예: PolyEthyleneDiOxyThiopene

고분자 예: Alq3 (Aluminum tris: 8-hydroxyquinoline)

7.4.2 Organic Semiconductor Doping

산화, 환원 반응에 의한 도우핑

7.5 OLED Structures

7.5.1 Energy-Level Diagram

발광기구 1) 전자, 양공이 주입된다

2) 전자, 양공이 만나 재결합하여 광자를 만든다

발광효율 높이기 1) 전자, 양공의 주입장벽을 낮춘다 (전극물질)

2) 전자, 양공의 재결합 확률을 높인다 (재결합 덫 생성)

7.5.2 Organic Semiconductor Doping to Modify Optical Emission Efficiency

엑시톤(exciton): 전자-양공의 결합상태

한겹상태(singlet) 25% 수명: 10 s

세겹상태(triplet) 75% 수명: 10 s 천이원소를 불순물로 넣어 재결합 효율을 높임

7.6 Current-Voltage Characteristics

7.6.1 Zero Bias

1. 전압을 걸지 않을 때: 전류 = 0, 페르미 준위가 평평하다

음극물질의 일함수가 양극물질의 일함수 보다 작다

⇒ 음극의 페르미 준위는 전자 수송층의 LUMO에 가깝고,

양극의 페르미 준위는 양공 수송층의 HOMO에 가깝다

2. 순전압을 조금 걸 때: 띠가 여전히 기울어져 있을 때

열적 들뜸에 의해 전류가 조금 흐르지만 빛이 나오지는 않는다

7.6.2 Flat-Band Condition

3. 순전압을 더 높여 “평평한 띠”가 될 때: 걸어준 전기장 = 고정된 전기장

빛이 나오기 시작한다

4. 전압을 더 높여 띠가 반대로 기울 때:

빛이 많이 나온다

전류-전압 관계:

전압을 높이면 발광효율은 낮아짐

7.7 Coupling the Light Out of the Diode

빠져나오는 비율

⋅ cos cos sin

=

무기질반도체

7.8 Conclusions

OLED의 좋은 점 1) 전력소모가 가장 적다.

2) 반응시간이 가장 빠르다.3) 두께를 가장 얇게 만들 수 있다.

OLED와 LED 비교 좋은 점 1. 빛을 뽑아내는 효율이 더 높다 (굴절률이 더 낮다)

2. 구부릴 수 있다

3. 여러 가지 기판에 입힐 수 있다

4. 가시광을 잘 낸다 (특히 녹색 빛)

5. 발광면이 넓고, 빛을 사방으로 낸다

나쁜 점 1. 적외선을 내는 OLED는 아직 없다.

2. 자외선을 받으면 쉬 망가진다

3. 화학적으로 불안정하다 (산소, 수증기)

4. 구부리면 변형에 의한 노화가 일어나 결국 망가진다