[실험노트] 일반화학2 실험 4. OLED 합성 및 제작 실험보고서

1. 실험 제목 : OLED 합성 및 제작

 

2. 실험 날짜 :

 

3. 실험 목적 : OLED의 제작

 

4. 실험 원리 :

OLED란 organic light emitting diodes의 약자로 형광성 유기 화합물에 전류가 흐르면 빛을 내는 자체 발광 현상을 이용하여 만든 디스플레이다.

OLED의 원리

OLED는 기본적으로 음극, 양극의 전극과 유기물, 기판의 구조로 되어있다. 전극에 전기를 가하면 전지가 이동하면서 전류가 흐르게 되는데 음극에서는 전자(-)가 전자 수송층의 도움으로 발광층으로 이동하고 마찬가지로 양극에서는 정공이 정공수송층의 도움으로 발광층으로 이동한다. 유기물질인 발광층에서 만난 전지와 정공은 높은 에너지를 갖는 여기자를 생성하게 되는데 이때 여기자가 낮은 에너지로 떨어지게 되면서 빛을 발생하게 된다. 발광층을 구성하고 있는 유기물질이 어떤 것이냐에 따라 빛이 색깔이 달라지게 되며 R, G, B를 내는 각각의 유기물질을 이용하여 full color을 구현할 수 있다.

여기자 (exciton)란 반도체나 절연물 속에서 클롬력에 의해 결합된 여기상태 (원자, 분자가 외부에서 빛, 방사능에 의해 에너지를 흡수하여 궤도 전자의 에너지 준위가 상승한 상태)의 전자와 정공의 쌍을 말한다.

OLED는 구동 방법에 따라 수동 구동과 능동 구동으로 나뉜다.

수동구동 (PMOLED)는 양극과 음극이 교차하는 부분에 유기 EL 소자를 위치시키는 방식이다. 유기 EL 소자는 응답 시간이 빠르며 전압이나 전류들의 정보를 저장하지 않기 때문에 구동 펄스가 제거되면 곧바로 off 된다. 실생활에서 쓰일 수 있는 디스플레이 휘도를 유지하기 위해서는 on 상태에서 빛의 휘도가 아주 밝아야 한다. 수동 구동 방식은 패널의 해상도와 크기가 증가할수록 소비 전력이 급증한다. 따라서 주로 5인치 미만의 디스플레이 기기로 활용되고 있다.

능동구동 (AMOLED)은 하나의 OLED 소자당 한 개 이상의 트랜지스터를 사용하여 각 소자 별로 on/off를 조절하며 저장 용량을 이용해 정보를 저장하기 때문에 수동 구동 방식에 비해 소비 전력이 작아진다. 또 픽셀 형성 공정이 수동 구동에 비해 간단하고 고해상도의 패널을 제작할 수 있는 장점이 있다.

발광층 형성으로 녹색 형광은 Alq3에 MQD coumarine을 도핑하여 얻고 DCJTB를 Alq3에 도핑하면 적색광을 얻을 수 있다. 

OLED의 특성으로는 첫째, 자체발광형이라는 것이다. 소자 자체에 스스로 빛을 내는 것으로 어두운 곳이나 외부의 빛이 들어올 때 시인성이 좋다. 둘째, 넓은 시야각이다. 시야각이란 화면을 보는 것이 가능한 범위로써 일반 텔레비전과 똑같이 바로 옆에서 보아도 화질이 변하지 않는다. 셋째, 빠른 응답속도이다. 동화상 재생 시 응답속도의 높고 낮음이 재상 화상의 품질을 좌우한다. LCD의 1000배이다. 넷째, 간단하고 저렴한 제조공정이다. 다섯 번째, 백라이트가 필요 없어 저소비전력과 초박형이 가능하다.

이 실험에서 사용하는 OLED인 Tris(2-2'-bipyridine)ruthenium(Ⅱ) Tetrafluoroborate의 합성반응은 다음과 같다. 

Tris(2-2'-bipyridine)ruthenium( Ⅱ) Tetrafluoroborate의 합성반응

 

 

5. 가구 및 시약

바이알, PVA 0.30g, DI-물, Ru[(bpy)3](BF4)2 0.0346g, 유리(Tin-oxide coated glass), multimeter, 갈륨-인듐 합금, 헤어드라이어
*multimeter : 도체의 저항, 두 점 사이의 전압 및 전류세기를 측정하는 장치

*DI-물 : 수중의 이온이 제거된 상태의 물

*PVA : 폴리비닐알코올, 폴리초산비닐을  메틸알코올 용액으로 수산화나트륨을 가해 30-50℃로 가수분해하면 백색의 고체가 되어 침전됨. 물에 가용성으로 유기 용매에는 불용성의 백색 분말이다.

*Ru[(bpy)3](BF4)2 : Tris(2-2'-bipyridine)ruthenium(Ⅱ) Tetrafluoroborate

 

6. 실험 방법

1) 바이알(vial)에 0.30g PVA를 넣고, 50℃에서 10ml DI-물로 녹인다.

2) PVA용액을 감압여과(filtering)한다.

3) 여과한 PVA용액 3ml에 합성한 Ru[(bpy)3](BF4)2 0.0346g을 녹인다.

4) ITO 유리의 주석-산화 코팅된 유리의 코팅된 면을 multimeter를 이용해 찾은 다음 (20-30Ω) 반대쪽에 양면테이프를 붙여 유리를 책에 고정시킨다.

5) 앞서 만든 용액을 면봉에 묻힌 다음 코팅된 면의 2/3을 얇게 도포하고 헤어드라이어로 1분 정도 잘 말린다. 이 과정을 3-4회 반복한다.

6) 잘 건조한 다음, 면봉을 이용해 칠한 면의 일부에 갈륨-인듐 합금을 얇게 도포한 후 5분 정도 말린다.

7) ITO 유리에 6V전원을 연결한다. Ruthenium complex가 덮인 부분에 +전극을, gallium-indium alloy에 -전극을 댄다.

8) 발광 여부를 확인한다.

 

7. 참고문헌

 

 

 

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