KR101777137B1 - 유기발광다이오드용 유기 반도체의 불량 분석방법 - Google Patents

유기발광다이오드용 유기 반도체의 불량 분석방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101777137B1
KR101777137B1 KR1020110075483A KR20110075483A KR101777137B1 KR 101777137 B1 KR101777137 B1 KR 101777137B1 KR 1020110075483 A KR1020110075483 A KR 1020110075483A KR 20110075483 A KR20110075483 A KR 20110075483A KR 101777137 B1 KR101777137 B1 KR 101777137B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
organic semiconductor
light emitting
parameter
emitting diode
organic light
Prior art date
Application number
KR1020110075483A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20130013718A (ko
Inventor
이상근
김관수
김현석
Original Assignee
엘지디스플레이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 엘지디스플레이 주식회사 filed Critical 엘지디스플레이 주식회사
Priority to KR1020110075483A priority Critical patent/KR101777137B1/ko
Publication of KR20130013718A publication Critical patent/KR20130013718A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101777137B1 publication Critical patent/KR101777137B1/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K71/00—Manufacture or treatment specially adapted for the organic devices covered by this subclass
    • H10K71/70—Testing, e.g. accelerated lifetime tests
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10K—ORGANIC ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES
    • H10K50/00—Organic light-emitting devices

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Optics & Photonics (AREA)
  • Electroluminescent Light Sources (AREA)

Abstract

본 발명의 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED)용 유기 반도체의 불량 분석방법은 유기발광다이오드에 적합한 전류밀도-전압(J-V) 방정식을 유도하고 유기 반도체의 J-V 특성을 나타내는 파라미터(parameter)를 추출하여 그 물리적인 파라미터를 이용해 유기발광다이오드의 불량을 분석하는 것을 특징으로 한다.
이를 통해 본 발명은 유기발광다이오드를 쉽게 설계할 수 있는 효과를 제공한다.

Description

유기발광다이오드용 유기 반도체의 불량 분석방법{METHOD OF ANALYZING FAILURE OF ORGANIC SEMICONDUCTOR FOR ORGANIC LIGHT EMITTING DIODE}
본 발명은 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diode; OLED)용 유기 반도체의 불량 분석방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 유기 반도체의 전기 전도도 특성을 나타내는 파라미터(parameter)를 추출하여 유기발광다이오드의 불량을 분석하도록 한 유기발광다이오드용 유기 반도체의 불량 분석방법에 관한 것이다.
최근 정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서 기존의 표시소자인 브라운관(Cathode Ray Tube; CRT)을 대체하는 경량 박형 평판표시소자(Flat Panel Display; FPD)에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다.
이러한 평판표시소자 분야에서, 지금까지는 가볍고 전력소모가 적은 액정표시소자(Liquid Crystal Display Device; LCD)가 가장 주목받는 디스플레이 소자였지만, 상기 액정표시소자는 발광소자가 아니라 수광소자이며 밝기, 명암비 등에 단점이 있기 때문에 이러한 단점을 극복할 수 있는 새로운 디스플레이 소자에 대한 개발이 활발하게 전개되고 있다.
새로운 디스플레이 소자 중 하나인 유기발광다이오드 표시소자는 자체발광형이기 때문에 상기 액정표시소자에 비해 시야각과 명암비 등이 우수하며 백라이트(backlight)가 필요하지 않기 때문에 경량 박형이 가능하고, 소비전력 측면에서도 유리하다. 그리고, 직류 저전압 구동이 가능하고 응답속도가 빠르다는 장점이 있으며, 특히 제조비용 측면에서도 유리한 장점을 가지고 있다.
또한, 상기 유기발광다이오드 표시소자의 제조공정에는 액정표시소자나 플라즈마 표시패널(Plasma Display Panel; PDP)과는 달리 증착 및 봉지(encapsulation) 공정이 공정의 전부라고 할 수 있기 때문에 제조공정이 매우 단순하다. 또한, 각 화소마다 스위칭 소자인 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)를 가지는 액티브 매트릭스(active matrix)방식으로 유기발광다이오드 표시소자를 구동하게 되면, 낮은 전류를 인가하더라도 동일한 휘도를 나타내므로 저소비 전력, 고정세 및 대형화가 가능한 장점을 가진다.
이러한 유기발광다이오드 표시소자의 유기발광다이오드는 양극과 음극 사이에 두께 100㎚ ~ 200㎚의 유기 반도체(organic semiconductor)를 삽입하고 순전압(forward voltage)을 인가하여 전하를 주입하면, 정공과 전자의 재결합을 통하여 발광하는 원리를 이용한 것이다. 이때, 순방향의 전압을 가하면 양극에서는 HOMO(highest occupied molecular orbital)로 정공이 주입되고 음극에서는 LUMO(lowest unoccupied molecular orbital)로 전자가 주입된다. 주입된 정공과 전자는 쿨롱의 힘으로 결합하여 엑시톤(exciton)을 형성하고, 엑시톤이 빛을 내며 기저 상태(ground state)로 천이할 때 빛을 내는 것이다.
이하, 상기 유기발광다이오드 표시소자의 기본적인 구조 및 동작 특성에 대해서 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 유기발광다이오드의 발광원리를 설명하는 다이어그램이다.
일반적인 유기발광다이오드 표시소자는 상기 도 1과 같이, 유기발광다이오드를 구비한다. 상기 유기발광다이오드는 화소전극인 양극(anode)(18)과 공통전극인 음극(cathode)(28) 사이에 형성된 유기 반도체층(30a, 30b, 30c, 30d, 30e)을 구비한다.
이때, 상기 유기 반도체층(30a, 30b, 30c, 30d, 30e)은 정공주입층(hole injection layer)(30a), 정공수송층(hole transport layer)(30b), 발광층(emission layer)(30c), 전자수송층(electron transport layer)(30d) 및 전자주입층(electron injection layer)(30e)을 포함한다.
상기 양극(18)과 음극(28)에 구동전압이 인가되면 상기 정공수송층(30b)을 통과한 정공과 상기 전자수송층(30d)을 통과한 전자가 발광층(30c)으로 이동되어 여기자를 형성하고, 그 결과 발광층(30c)이 가시광선을 발산하게 된다.
유기발광다이오드 표시소자는 전술한 구조의 유기발광다이오드를 가지는 화소를 매트릭스 형태로 배열하고 그 화소들을 데이터전압과 스캔전압으로 선택적으로 제어함으로써 화상을 표시한다.
이와 같은 상기 유기발광다이오드 표시소자는 수동 매트릭스(passive matrix) 방식 또는 스위칭소자로써 TFT를 이용하는 능동 매트릭스(active matrix) 방식의 표시소자로 나뉘어진다. 이 중 상기 능동 매트릭스 방식은 능동소자인 TFT를 선택적으로 턴-온(turn on)시켜 화소를 선택하고 스토리지 커패시터(storage capacitor)에 유지되는 전압으로 화소의 발광을 유지한다.
도 2는 일반적인 유기발광다이오드 표시소자에 있어, 하나의 서브-화소(sub pixel)에 대한 등가 회로도로써, 능동 매트릭스 방식의 유기발광다이오드 표시소자에 있어, 일반적인 2T1C(2개의 트랜지스터와 1개의 커패시터를 포함)의 서브-화소에 대한 등가 회로도를 나타내고 있다.
상기 도 2를 참조하면, 능동 매트릭스 방식의 유기발광다이오드 표시소자의 서브-화소는 유기발광다이오드(OLED), 서로 교차하는 데이터라인(DL)과 게이트라인(GL), 스위칭 TFT(SW), 구동 TFT(DR) 및 스토리지 커패시터(Cst)를 구비한다.
이때, 상기 스위칭 TFT(SW)는 게이트라인(GL)으로부터의 스캔펄스에 응답하여 턴-온됨으로써 자신의 소오스전극과 드레인전극 사이의 전류패스를 도통시킨다. 상기 스위칭 TFT(SW)의 온-타임기간 동안 데이터라인(DL)으로부터의 데이터전압은 스위칭 TFT(SW)의 소오스전극과 드레인전극을 경유하여 구동 TFT(DR)의 게이트전극과 스토리지 커패시터(Cst)에 인가된다.
이때, 상기 구동 TFT(DR)는 자신의 게이트전극에 인가되는 데이터전압에 따라 상기 유기발광다이오드(OLED)에 흐르는 전류를 제어한다. 그리고, 스토리지 커패시터(Cst)는 데이터전압과 저전위 전원전압(VSS) 사이의 전압을 저장한 후, 한 프레임기간동안 일정하게 유지시킨다.
이와 같이 구성되는 유기발광다이오드 표시소자에 있어, 유기발광다이오드 연구에 대한 최근의 진전은 광범위한 응용들을 위한 유기발광다이오드 표시소자들의 발전 가능성을 높인 반면에, 유기발광다이오드 자체의 전기 전도도(J-V) 특성을 나타내는 방정식(equation)이 없으며, 그리고 이 방정식을 이용해 물리적인 파라미터(parameter)를 추출하는 방법은 아직까지 보고되지 않고 있는 실정이다.
즉, 현재까지 유기발광다이오드의 전기 전도도 특성은 무기 반도체에서 사용하는 아래 수학식 1, 2를 이용하고 있다.
[수학식 1]
Figure 112011058651214-pat00001
[수학식 2]
Figure 112011058651214-pat00002
이때, 상기
Figure 112011058651214-pat00003
는 인젝션 배리어 높이(injection barrier height)를 나타내며,
Figure 112011058651214-pat00004
,
Figure 112011058651214-pat00005
,
Figure 112011058651214-pat00006
, L은 각각 배리어-로어링 인자(barrier-lowering factor), 이동도, 비유전율(relative dielectric constant) 및 샘플의 두께를 나타낸다.
상기 수학식 1은 금속과 유기 반도체층 사이에서의 인젝션-리미티드 전류(injection-limited current)로 기존의 열이온-방출 방정식(Thermionic-Emission Equation)으로 표현하며, 상기 수학식 2는 유기 반도체층 안에서의 벌크-리미티드 전류(bulk-limited current)로 거어너-모트 방정식(Gurney-Mott Equation)으로 표현하고 있다.
이때, 전술한 바와 같이 유기발광다이오드에 사용되고 있는 전기 전도도 특성을 나타내는 상기 두 수학식은 무기 반도체에서 사용하고 있으며, 그리고 이 두 수학식을 이용해 파라미터를 추출하는 방법은 아직까지 보고되지 않고 있고, 만약 있다 하더라도 이 두 수학식을 이용하여 유기 반도체층의 전기 전도도 특성 파라미터를 추출하는 것은 물리적으로 의미가 없다.
예를 들어, 유기발광다이오드에 사용되는 유기 반도체의 이동도(mobility)는 상당히 낮은(~ 1cm2/Vs 이하) 반면, 상기 수학식 1은 무기 반도체와 같이 이동도가 높을(~ 100cm2/Vs 이상) 경우에만 성립된다.
또한, 유기발광다이오드에 사용되는 유기 반도체의 이동도는 유기 반도체층 내에서 전기장에 의존하는 성질이 있으나, 상기 수학식 2의 이동도는 유기 반도체층 내에서 전기장에 의존하지 않고 일정한 값을 갖는다.
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 유기 반도체의 전기 전도도 특성 파라미터를 추출함으로써 유기발광다이오드의 캐리어(carrier) 거동을 파악하는 한편, 그 물리적인 파라미터를 이용해 유기발광다이오드의 불량을 분석하도록 한 유기발광다이오드용 유기 반도체의 불량 분석방법을 제공하는데 목적이 있다.
기타, 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 후술되는 발명의 구성 및 특허청구범위에서 설명될 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 유기발광다이오드용 유기 반도체의 불량 분석방법은 유기 반도체의 물리적인 특성을 고려한 전류밀도-전압(J-V) 방정식을 유도하는 단계, 유기 반도체층의 측정용 소자를 제작하는 단계, 상기 측정용 소자를 이용하여 J-V 특성을 측정하는 단계, 상기 측정된 J-V 데이터와 상기 유도된 J-V 방정식을 이용하여 물리적인 파라미터들을 추출하는 단계, 상기 추출된 물리적 파라미터를 정상소자의 파라미터와 비교하는 단계 및 상기 추출된 물리적인 파라미터로부터 J-V 특성을 해석하고, 상기 정상소자의 파라미터와 비교하여 불일치된 파라미터의 물성을 파악하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 상기 측정용 소자는 holy-only 소자인 것을 특징으로 하며, 상기 holy-only 소자는 기판 위에 차례대로 양극, 정공주입층, 정공수송층 및 음극이 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 양극은 ITO로 이루어지며, 상기 음극은 알루미늄으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기 물리적인 파라미터들을 추출하는 단계는 실험적 전류밀도(
Figure 112011058651214-pat00007
)와 이론적 전류밀도(
Figure 112011058651214-pat00008
)의 차인
Figure 112011058651214-pat00009
이 최소가 되는 유기 반도체의 물리적인 파라미터들을 동시에 찾는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 이론적 전류밀도(
Figure 112011058651214-pat00010
)는 인젝션-리미티드 전류(
Figure 112011058651214-pat00011
)와 벌크-리미티드 전류(
Figure 112011058651214-pat00012
)를 모두 고려한 총 전류밀도,
Figure 112011058651214-pat00013
인 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 인젝션-리미티드 전류(
Figure 112011058651214-pat00014
)는 유기 반도체의 낮은 이동도를 고려하여
Figure 112011058651214-pat00015
의 방정식(이때, 상기
Figure 112011058651214-pat00016
, N, L,
Figure 112011058651214-pat00017
및
Figure 112011058651214-pat00018
는 각각 전인자 이동도(prefactor mobility), 유효 상태밀도(effective density of state), 유기 반도체 두께, 인젝션 배리어 높이(injection barrier height) 및 배리어-로어링 인자(barrier-lowering factor)를 나타냄)을 만족하는 것을 특징으로 한다.
상기 벌크-리미티드 전류(
Figure 112011058651214-pat00019
)는 유기 반도체의 전기장에 의존하는 성질을 고려하여
Figure 112011058651214-pat00020
의 방정식(이때, 상기
Figure 112011058651214-pat00021
,
Figure 112011058651214-pat00022
및
Figure 112011058651214-pat00023
는 각각 비유전율(relative permittivity), 진공 유전율(vacuum permittivity) 및 E를 실수치(real value)로 보정하기 위한 조정 상수(adjusting constant)를 나타냄)을 만족하는 것을 특징으로 한다.
상기 실험적 전류밀도(
Figure 112011058651214-pat00024
)와 이론적 전류밀도(
Figure 112011058651214-pat00025
) 사이의 분산(
Figure 112011058651214-pat00026
)은
Figure 112011058651214-pat00027
의 방정식을 만족하는 것을 특징으로 한다.
상기 불일치된 파라미터의 물성을 파악하여 불량의 원인을 분석하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 유기발광다이오드용 유기 반도체의 불량 분석방법은 유기발광다이오드에 적합한 전류밀도-전압(J-V) 방정식을 유도하고 유기 반도체의 J-V 특성을 나타내는 파라미터를 추출하여 그 물리적인 파라미터를 이용해 유기발광다이오드의 불량을 분석함으로써 유기발광다이오드를 쉽게 설계할 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 일반적인 유기발광다이오드의 발광원리를 설명하는 다이어그램.
도 2는 일반적인 유기발광다이오드 표시소자에 있어, 하나의 서브-화소에 대한 등가 회로도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기발광다이오드용 유기 반도체의 불량 분석방법을 순차적으로 나타내는 흐름도.
도 4 및 도 5는 유기 반도체의 에너지 밴드 다이어그램(diagram)을 개략적으로 나타내는 도면.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 유기 반도체의 불량 분석방법에 이용되는 hole-only 소자의 구조를 개략적으로 나타내는 도면.
도 7은 실험과 피팅(fitting) 데이터의 J-V 곡선을 비교하여 나타내는 그래프.
도 8은 정상소자와 측정용 소자의 피팅 파라미터를 비교하여 나타내는 표.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 유기발광다이오드용 유기 반도체의 불량 분석방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 유기발광다이오드용 유기 반도체의 불량 분석방법을 순차적으로 나타내는 흐름도이다.
유기발광다이오드를 개발하는데 있어 전기 전도도 특성이 중요하며, 이에 따라 새로운 유기발광다이오드의 물리적인 성질을 고려하여 전류밀도-전압(current density-voltage)(J-V) 방정식을 유도하고 유기발광다이오드의 캐리어 거동에 필요한 물리적인 파라미터를 추출하는 한편(S100), 그 물리적인 파라미터를 이용하여 유기발광다이오드의 불량을 분석하게 된다(S200).
우선, 파라미터 추출단계에서는 기존 무기 반도체의 인젝션-리미티드 방정식을 나타내는 열이온-방출 방정식과 유기 반도체층 내에서 나타나는 벌크-리미티드 방정식을 나타내는 거어너-모트 방정식을 유기발광다이오드의 거동 특성을 고려하여 J-V 방정식을 제시하고, 이 J-V 방정식을 이용하여 물리적인 파라미터를 추출하게 된다(S100).
이때, 상기 파리미터 추출단계를 진행하기 위해서는 유기발광다이오드의 거동 특성을 고려한 J-V 방정식을 유도하여야 하는데, 이를 다음의 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4 및 도 5는 유기 반도체의 에너지 밴드 다이어그램(diagram)을 개략적으로 나타내는 도면이다.
상기 도 4에 도시된 바와 같이, 배리어 높이가 충분히 높을 경우에는 공간전하 효과(space charge effect)의 부재로 전기장은 일정하게 유지된다.
반면, 상기 도 5에 도시된 바와 같이, 배리어 높이가 충분히 낮은 경우에는 주입된 전류는 벌크 내에서 공간전하를 형성하여 전기장을 감소시키기 때문에 전류를 제한한다.
전술한 바와 같이 열이온-방출 모델은 쇼트키 배리어(Schottky barrier)를 통해 금속으로부터 유기 반도체로 흐르는 인젝션 전류를 나타내는데 사용될 수 있는데, 높은 이동도와 긴 평균자유행로(mean-free path)를 가진 반도체에 적당하다.
그러나, 상기 유기 반도체는 낮은 이동도와 짧은 평균자유행로를 가지기 때문에 인젝션 전류는 "방출된 캐리어가 즉시 산란되어 계면 근처에 모임에 따라 캐리어가 캐리어 흐름과는 반대방향으로 확산"되는 확산 모델을 따라야 할 것이다.
이 경우 전류 흐름은 상태밀도(density of state; DOS) 내에 얼마나 많은 공간이 존재하는지에 관련되며, 인젝션 전류는 이동도, 상태밀도, 금속 근처의 전기장에 비례하게 된다. 이와 같이 유기발광다이오드에 사용되는 유기 반도체의 이동도는 상당히 낮기 때문에 인젝션 전류는 확산 모델을 따라야 하며, 아래 수학식 3이 유도될 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112011058651214-pat00028
이때, 상기 q는 요소 전하를 나타내며,
Figure 112011058651214-pat00029
, E, N 및
Figure 112011058651214-pat00030
는 각각 이동도, 전기장, 유효 상태밀도 및 인젝션 배리어 높이(injection barrier height)를 나타낸다.
그리고, 유기 반도체의 이동도는 아래 수학식 4와 같이 수정된 풀-프렌켈 모델(Poole-Frenkel Model; PFM) 또는 아래 수학식 5와 같이 가우시안 무질서 모델(Gaussian Disorder Model; GDM)을 사용하여 분석될 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112011058651214-pat00031
이때, 상기
Figure 112011058651214-pat00032
는 온도-비의존 전인자 이동도(temperature-independent prefactor mobility)를 나타내며,
Figure 112011058651214-pat00033
는 트랩된(trapped) 캐리어의 열 활성화 에너지(thermal-activation energy)를 나타낸다. 또한,
Figure 112011058651214-pat00034
는 피팅(fitting) 파라미터로써 풀-프렌켈 인자를 나타낸다.
[수학식 5]
Figure 112011058651214-pat00035
이때,
Figure 112011058651214-pat00036
는 온도-비의존 전인자 이동도를 나타내고,
Figure 112011058651214-pat00037
, C 및
Figure 112011058651214-pat00038
은 각각 유력한 무질서(energetic disorder)의 폭, 포텐셜-무질서(potential-disorder) 파라미터 및 실험상수(empirical constant)를 나타낸다.
상기 수학식 4 및 수학식 5는 완전히 다른 물리적 특성과 다른 온도 관계를 기초로 하고 있으나, 동일한 전기장 관계를 가지고 있어 다음과 같이 동일한 방정식에 표현될 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112011058651214-pat00039
따라서, 상기 수학식 6을 상기 수학식 3에 치환하고 전체 반도체층에 대해 E=V/L을 가정하면 다음과 같은 수학식 7을 얻을 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112011058651214-pat00040
상기 수학식 4는 인젝션-리미티드 전류를 위한 J-V 방정식이다.
다음으로, 배리어의 높이가 0.2eV 이상인 경우에는 충분한 양의 공간전하가 미처 생성되지 않기 때문에 전기장은 전체 반도체층에 대해 일정하게 된다. 그러나, 배리어의 높이가 0.1eV 이하인 경우에는 전기장은 더 이상 일정하게 유지될 수 없고, 따라서 이론적인(theoretical) J-V 특성은 공간전하를 포함시켜야 할 것이다.
공간전하 효과를 포함하는 전기장 분포 방정식은 푸아송 방정식(Poisson's equation)과 연속 방정식(continuity equation)에 따라 미분 방정식(differential equation)을 사용하여 풀 수 있다.
만약에 이동도가 전기장에 의존하지 않는다면, 이 방정식은 다음 수학식 8과 같은 거어너-모트 방정식(Gurney-Mott Equation)이 될 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112011058651214-pat00041
이때, 상기
Figure 112011058651214-pat00042
,
Figure 112011058651214-pat00043
및
Figure 112011058651214-pat00044
는 각각 비유전율(relative permittivity), 진공 유전율(vacuum permittivity) 및 초기 조건(x=0)에서의 전기장을 나타낸다.
반면, 만약에 이동도가 상기 수학식 6처럼 전기장의 의존한다면, 다음의 수학식 9가 얻어질 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112011058651214-pat00045
이때, 전기장 E는
Figure 112011058651214-pat00046
에 따라 변하게 되며,
Figure 112011058651214-pat00047
는 다음의 수학식 10과 같이 초기 조건의 E0에 의해 결정되게 된다.
[수학식 10]
Figure 112011058651214-pat00048
여기서, J-V 방정식을 얻기 위해서는 상기 수학식 9는 다시
Figure 112011058651214-pat00049
에 대해 적분되어야 하나, 다루기 복잡하기 때문에 E를
Figure 112011058651214-pat00050
=L의 조건에서 무한하다고 가정하면 E0와
Figure 112011058651214-pat00051
는 무시될 수 있으며, 대략적으로 다음의 수학식 11로 나타낼 수 있다.
[수학식 11]
Figure 112011058651214-pat00052
이때, 상기
Figure 112011058651214-pat00053
는 E를 실수치(real value)로 보정하기 위한 조정 상수(adjusting constant)를 나타내며, 상기 수학식 11은 전기장에 의존하는 이동도를 가진 벌크-리미티드 전류에 대한 J-V 방정식이 된다.
이와 같이 다른 조건에서 유효한 이론적인 J-V 방정식, 즉 상기 수학식 7, 11을 얻을 수 있으나, J-V 특성은 상기 인젝션-리미티드 전류(
Figure 112011058651214-pat00054
)와 벌크-리미티드 전류(
Figure 112011058651214-pat00055
)를 동시에 고려하여야 한다.
이를 위해 가장 쉬운 방법으로 아래 수학식 12와 같이 총 전류밀도를 구할 수 있다.
[수학식 12]
Figure 112011058651214-pat00056
다음으로 유기 반도체의 물리적 파라미터를 추출하기 위해 실험적 전류밀도(
Figure 112011058651214-pat00057
)와 이론적 전류밀도(
Figure 112011058651214-pat00058
) 사이의 분산(variance)을 고려할 수 있다.
[수학식 13]
Figure 112011058651214-pat00059
즉, 파라미터 추출방법은 실험적 전류밀도(
Figure 112011058651214-pat00060
)와 상기 수학식 12에 따른 이론적 전류밀도(
Figure 112011058651214-pat00061
)의 차인
Figure 112011058651214-pat00062
이 최소가 되는 유기 반도체의 전기 전도도의 파라미터들을 동시에 찾는 것이다.
이를 위해 우선, 유기발광다이오드의 각 유기 반도체층의 측정용 소자를 제작하게 되는데, 본 발명의 실시예에서는 hole-only 소자를 이용하는 것을 예를 들어 설명하고자 한다(S110).
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 유기 반도체의 불량 분석방법에 이용되는 hole-only 소자의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
상기 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 hole-only 소자는 기판(110) 위에 증착된 ITO(120)에서 유기 반도체층(140)으로의 정공 주입현상을 분석하기 위해 제작되며, 상기 유기 반도체층(140)은 정공수송층(hole transport layer)으로 구성될 수 있다.
이때, 완벽한 hole-only 소자의 특성을 구현하기 위해 상기 ITO(120)와 정공수송층(140) 사이에 정공주입층(130)을 형성하여 정공의 주입을 원활하게 하여 상기 정공수송층(140)으로는 정공만 이동시키는 한편, 알루미늄과 같은 일함수(work function)가 높은 금속을 음극(150)으로 사용하여 상기 음극(150)에서 전자의 주입을 막게 한다.
이때, 예를 들어 상기 정공주입층(130)과 정공수송층(140)은 각각 5nm와 128nm의 두께로 형성할 수 있다.
다음으로, 상기와 같이 제작된 측정용 소자를 이용하여 J-V 특성을 측정한다(S120).
이때, 동일한 유기물질로 동일한 구조의 hole-only 소자를 제작하여 J-V 특성(실선)을 측정하고, 이를 상기 수학식 12를 이용한 피팅 데이터(점선)와 비교하게 된다(도 7 참조).
이때, 예를 들어 A는 정상소자를 나타내며, B는 측정용 소자를 나타낸다.
유기발광다이오드의 전기적인 특성을 살펴보기 위해 J-V 곡선을 측정할 수 있으며, J-V 측정은 전기 발광을 위해서 매우 중요한 단계로 제작한 소자에 전류가 흐르는 과정에서 턴-온(turn-on) 현상과 다이오드 특성을 확인할 수 있다.
상기 도 7을 참조하면, 각 소자의 측정값과 수학식 12를 이용한 피팅 데이터는 정확하게 일치하며, 상기 A 소자와 B 소자 사이에는 약간의 편차가 존재하는 것을 알 수 있다.
이 편차를 알아보기 위해 상기 J-V 측정 데이터와 수학식 13을 이용하여 물리적인 파라미터들을 추출한다(S130).
도 8은 정상소자와 측정용 소자의 피팅 파라미터를 비교하여 나타내는 표다.
이때, 도 8에 도시된 q, d,
Figure 112011058651214-pat00063
,
Figure 112011058651214-pat00064
및
Figure 112011058651214-pat00065
는 각각 전하량, 정공수송층의 두께, 풀-프렌켈 인자, 트랩 깊이(trap depth) 및 전인자 이동도를 나타내며, N,
Figure 112011058651214-pat00066
, HOMO, Awf 및 Cwf는 각각 유효 상태밀도, 인젝션 배리어 높이, highest occupied molecular orbital, 양극 일함수 및 음극 일함수를 나타낸다.
여기서 추출된 파라미터를 정상소자의 파라미터와 비교하게 되며(S210), 예를 들어 도시된 바와 같이
Figure 112011058651214-pat00067
파라미터를 제외한 모든 파라미터 값이 동일한 것을 알 수 있으며, 상기
Figure 112011058651214-pat00068
파라미터는 풀-프렌켈 인자로서 J-V 특성에서 기울기를 결정한다.
이와 같이 물리적인 파라미터로부터 J-V 특성을 해석할 수 있으며, A 소자가 정상소자로 기준으로 잡으면 B 소자의 불량 분석을 통해 불량의 원인을 알 수 있다.
즉, 추출된 파라미터가 정상소자의 파라미터와 일치하는 경우 양품으로 파악할 수 있으며(S220), 그렇지 않은 경우 불일치된 파라미터의 물성파악 및 개선을 통해 유기발광다이오드 소자를 다시 제작하게 된다(S230, S240).
예를 들어, 전술한 바와 같이 A 소자에 비해 B 소자의 풀-프렌켈 인자가 작기 때문에 B 소자의 유기 반도체의 막질이 좋지 않은 것으로 파악하는 한편, B 소자의 유기 반도체의 막질을 좋게 하여 유기발광다이오드 소자를 다시 제작한다면 B 소자도 정상소자를 만들 수 있을 것이다.
상기한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
110 : 기판 120 : 양극
130 : 정공주입층 140 : 정공수송층
150 : 음극

Claims (10)

  1. 유기 반도체의 물리적인 특성을 고려한 전류밀도-전압(J-V) 방정식을 유도하는 단계;
    유기 반도체층의 측정용 소자를 제작하는 단계;
    상기 측정용 소자를 이용하여 J-V 특성을 측정하는 단계;
    상기 측정된 J-V 데이터와 상기 유도된 J-V 방정식을 이용하여, 실험적 전류밀도(
    Figure 112017047947418-pat00099
    )와 이론적 전류밀도(
    Figure 112017047947418-pat00100
    )의 차인
    Figure 112017047947418-pat00101
    이 최소가 되는 상기 유기 반도체의 물리적인 파라미터들을 추출하는 단계;
    상기 추출된 물리적인 파라미터를 정상소자의 파라미터와 비교하는 단계; 및
    상기 추출된 물리적인 파라미터로부터 J-V 특성을 해석하고, 상기 정상소자의 파라미터와 비교하여 불일치된 파라미터의 물성을 파악하는 단계를 포함하는 유기 반도체의 불량 분석방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 측정용 소자는 holy-only 소자로 구성되는 유기 반도체의 불량 분석방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 holy-only 소자는, 기판 위에 차례대로 양극, 정공주입층, 정공수송층 및 음극이 구성되어 있는 유기 반도체의 불량 분석방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 양극은 ITO로 이루어지며, 상기 음극은 알루미늄으로 이루어지는 유기 반도체의 불량 분석방법.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 이론적 전류밀도(
    Figure 112017047947418-pat00072
    )는, 인젝션-리미티드 전류(
    Figure 112017047947418-pat00073
    )와 벌크-리미티드 전류(
    Figure 112017047947418-pat00074
    )를 모두 고려한 총 전류밀도,
    Figure 112017047947418-pat00075
    인 유기 반도체의 불량 분석방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 인젝션-리미티드 전류(
    Figure 112017047947418-pat00076
    )는, 상기 유기 반도체의 낮은 이동도를 고려하여
    Figure 112017047947418-pat00077
    의 방정식(이때, 상기
    Figure 112017047947418-pat00078
    , N, L,
    Figure 112017047947418-pat00079
    및
    Figure 112017047947418-pat00080
    는 각각 전인자 이동도(prefactor mobility), 유효 상태밀도(effective density of state), 유기 반도체 두께, 인젝션 배리어 높이(injection barrier height) 및 배리어-로어링 인자(barrier-lowering factor)를 나타냄)을 만족하는 유기 반도체의 불량 분석방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 벌크-리미티드 전류(
    Figure 112017047947418-pat00081
    )는, 상기 유기 반도체의 전기장에 의존하는 성질을 고려하여
    Figure 112017047947418-pat00082
    의 방정식(이때, 상기
    Figure 112017047947418-pat00083
    ,
    Figure 112017047947418-pat00084
    및
    Figure 112017047947418-pat00085
    는 각각 비유전율(relative permittivity), 진공 유전율(vacuum permittivity) 및 E를 실수치(real value)로 보정하기 위한 조정 상수(adjusting constant)를 나타냄)을 만족하는 유기 반도체의 불량 분석방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 실험적 전류밀도(
    Figure 112017047947418-pat00086
    )와 상기 이론적 전류밀도(
    Figure 112017047947418-pat00087
    ) 사이의 분산(
    Figure 112017047947418-pat00088
    )은
    Figure 112017047947418-pat00089
    의 방정식을 만족하는 유기 반도체의 불량 분석방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 정상소자의 파라미터와 비교하여 상기 불일치된 파라미터의 물성을 파악한 후에, 상기 불일치된 파라미터의 물성을 파악하여 불량의 원인을 분석하는 단계를 추가로 포함하는 유기 반도체의 불량 분석방법.
KR1020110075483A 2011-07-28 2011-07-28 유기발광다이오드용 유기 반도체의 불량 분석방법 KR101777137B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110075483A KR101777137B1 (ko) 2011-07-28 2011-07-28 유기발광다이오드용 유기 반도체의 불량 분석방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110075483A KR101777137B1 (ko) 2011-07-28 2011-07-28 유기발광다이오드용 유기 반도체의 불량 분석방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20130013718A KR20130013718A (ko) 2013-02-06
KR101777137B1 true KR101777137B1 (ko) 2017-09-11

Family

ID=47894132

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110075483A KR101777137B1 (ko) 2011-07-28 2011-07-28 유기발광다이오드용 유기 반도체의 불량 분석방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101777137B1 (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102183379B1 (ko) * 2014-09-22 2020-11-27 엘지디스플레이 주식회사 유기 발광 소자의 시뮬레이션 방법과 장치, 및 그 방법을 수행하기 위한 프로그램이 기록된 기록매체

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010137452A1 (ja) 2009-05-28 2010-12-02 コニカミノルタホールディングス株式会社 有機ｅｌパネル検査方法、有機ｅｌパネル検査装置及び有機ｅｌパネル

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010137452A1 (ja) 2009-05-28 2010-12-02 コニカミノルタホールディングス株式会社 有機ｅｌパネル検査方法、有機ｅｌパネル検査装置及び有機ｅｌパネル

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Article in Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering, 2010.04*
OPTICS EXPRESS, Vol.19, No.5, 4513-4520, 2011.02.28*

Also Published As

Publication number Publication date
KR20130013718A (ko) 2013-02-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10121837B2 (en) Organic light emitting device
US8476624B1 (en) Organic light emitting diode (OLED) device
US8441472B2 (en) Method of driving display panel
DE102004002587B4 (de) Bildelement für eine Aktiv-Matrix-Anzeige
US20180261796A1 (en) Light emitting element using charge generating layer formed through solution process and method for manufacturing same
CN101855938A (zh) 纳米管使能、栅极电压控制的发光二极管
CN109244107B (zh) Oled背板及其制作方法
US8772765B2 (en) Electroluminescent organic transistor
KR102196085B1 (ko) 유기 발광 디스플레이 장치와 이의 제조 방법
US20090315455A1 (en) Oled Display Device and Method for Fabricating Same
Ishihara et al. Demonstration of determination of electron and hole drift-mobilities in organic thin films by means of impedance spectroscopy measurements
JP2020183971A (ja) ディスプレイの点灯方法及びディスプレイ
Movla Influence of the charge carrier mobility on the dynamic behavior and performance of the single-layer OLED
JP2011258373A (ja) 有機ｅｌ素子及び有機ｅｌディスプレイ
KR101777137B1 (ko) 유기발광다이오드용 유기 반도체의 불량 분석방법
US20140124759A1 (en) Organic light emitting transistor and organic light emitting display
US20170054103A1 (en) Display apparatus and method of manufacturing the same
You et al. Optoelectrical characteristics of organic light-emitting devices fabricated with different cathodes
Zhang et al. Highly efficient inverted organic light-emitting diodes with organic pn junction as electron injection layer
US11996042B2 (en) Method of compensating brightness of display and display
US9496498B2 (en) Method of manufacturing organic light emitting diode display
Kumar et al. Effects of active layer thickness on optical properties of polymer OLEDs
Park et al. Full-surface emission of graphene-based vertical-type organic light-emitting transistors with high on/off contrast ratios and enhanced efficiencies
KR101717075B1 (ko) 유기전기발광소자
JP2020077844A (ja) 低次元電子構造の物質から構成される電極を用いる有機トランジスタ素子と有機発光トランジスタ素子及びその製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant