지난 100년 동안 대표적인 디스플레이로 여겨왔던 CRT (Cathode Ray Tube)를 시작으로 PDP 및 LCD를 거쳐 현재 OLED (Organic Light Emitting Device)로 발전을 거듭하고 있다. 특히 저전력, 대형화, 고해상도, 장수명 등을 장점으로 LCD는 한동안 압도적으로 시장을 점유해왔지만 최근 OLED는 소형 디스플레이를 시작으로 TV에 이르기까지 LCD를 뛰어넘는 색 재현율, 휘도, 응답속도, 자체발광, 휘어짐이 가능한 장점 때문에 차세대 디스플레이로 확고히 자리매김하고 있다. 더욱이 선 연구를 위해 유기발광소자는 디스플레이분야뿐만 아니라 조명분야로의 연구 또한 꾸준히 진행되어 그 수명 및 성능이 지속적으로 향상되어 왔다 [1-5]. 최근, 적층 유기발광소자 (Tandem OLED)는 일반적인 유기발광 소자에 비해서 장수명, 높은 명암비 및 높은 발광 효율을 가지고 있어 많은 연구 및 개발이 수행 되고 있다 [5-12]. 적층 유기발광소자는 두 개 이상의 단일유기발광소자 사이에 각각 전하생성층 (CGL)을 삽입하고 쌓아 올려 제작된 발광소자를 말한다. 여기서 전하생성층은 전자와 정공의 산화환원반응으로부터 전자와 정공이 생성되는 층이다 [12-15]. 하지만, 적층유기발광 소자는 높은 전압에서 구동하는 단점을 가지고 있기 때문에 이를 극복하기 위해 LiF, CsN3, Cs2CO3, Li2CO3와 같은 알칼리 금속화합물을 주로 사용해왔다 [11-13, 16-20]. 그러나 무기 도펀트로 전하생성층을 제작할 때, 높은 증착 온도에 의한 유기 박막을 손상시키고 챔버 내의 다른 유기 불순물이 함께 증착되는 문제로 인하여 소자 안정성 및 성능이 떨어지는 문제를 가지고 있다 [13-16]. 따라서 새로운 유기 도펀트에 대한 연구가 진행되고 있지만, 유기 n형 도펀트 물질에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다.
본 연구에서는 유기 n형 도펀트인 bis(ethylenedithio)tetrathiafulvalene (BEDT-TTF)를 전자수송층 1,3,5-tris(N-phenylbenzimiazole-2-yl)benzene (TPBi)에 도핑하여 인버트 소자를 제작하였다. ITO/TPBi/HAT-CN/NPB/Al와 ITO/TPBi:BEDT-TTF/HAT-CN/NPB/Al으로 제작하여 유기 n형 도펀트 BEDT-TTF의 성능을 비교하기 위하여 전류-전압 특성을 관찰한 결과, 구동전압이 낮아짐을 확인하였다. 또한, 유기 p형 도펀트인 1,4,5,8,9,11-hexaazatriphenylenehexacarbonitrile (HAT-CN)과 유기 n형 도펀트인 BEDT-TTF를 전자수송층 TPBi에 도핑한 전하생성층을 사용하여 tandem 유기발광소자를 제작하였다. HAT-CN으로 제작한 전하생성층과 TPBi:BEDT-TTF/HAT-CN으로 제작한 전하생성층의 성능을 비교하기 위하여 전류-전압 특성을 관찰한 결과, 구동전압이 낮아지고 발광 효율이 증가하는 것을 확인하였다. 또한, 전하생성층의 구동 메커니즘을 확인하기 위해서 Ultra-violet Photoelectron Spectroscopy (UPS) 측정을 하였다. UPS 측정을 통해서 HAT-CN과 N,N′,-bis-(1-naphthyl)-N,N′-diphenyl1-1′-biphenyl-4,4′-diamine (NPB) 에서 생성된 전자와 정공이 전계에 의해서 정공은 NPB 쪽으로 이동하게 되고, 전자는 TPBi 쪽으로 이동할 수 있음을 설명하였다. 유기 n형 도펀트 BEDT-TTF의 밴드갭을 측정하기 위해 흡수 및 발광파장과 UPS를 측정하여 밴드갭을 얻을 수 있었다. 위 실험을 통해, BEDT-TTF를 도핑한 TPBi의 경우 에너지 장벽이 낮아짐으로써 전자가 더 원활하게 전자수송층으로 이동하게 되어 tandem 유기발광소자의 구동전압이 낮아지며, 발광효율이 증가하는 메커니즘을 에너지밴드 다이어그램을 통하여 확인할 수 있었다. 이 결과를 통해서 유기 n형 도펀트인 BEDT-TTF가 전하생성층에서 효율적으로 사용할 수 있음을 설명하였다.