디스플레이는 CRT(Cathode Ray Tube) 를 시작으로 1990년 이후 LCD(Liquid Crystal Display) 는 고품질 대형화에 따라 디스플레이 시장에서 CRT를 대체하고 PDP(plasma display panel) 와 함께 차세대 디스플레이로 확대하였다. 하지만 LCD는 자체 발광 소자가 아니라 별도의 광원을 사용하며 높은 전력소모, LCD 패널 기술의 성장동력 약화와 PDP는 LCD보다 높은 전력, 소음과 짧은 수명 등으로 인한 문제점이 있다. 하지만 LCD, PDP를 거쳐 현재 빠른 응답속도, 저전력, 고휘도, 자체발광과 플렉서블 등의 장점으로 OLED (Organic Light Emitting Device) 는 모바일, TV 뿐만 아니라 플레시블 시계 시장에 비약적인 발전을 하고 있다. 더욱이 유기발광소자는 디스플레이분야뿐만 아니라 조명분야로의 연구 또한 꾸준히 진행되어 그 수명 및 성능이 지속적으로 향상되어 왔다. [1-5]. 최근 적층형 유기발광소자 (Tandem OLED) 는 두 개 이상의 단일유기발광소자 수직으로 적층하고 이 단일유기발광소자 사이에 각각 전하생성층(CGL, Charge Generation Layer) 을 삽입한 구조이다. 여기서 삽입된 전하생성층은 전자와 정공의 산화환원반응으로부터 전자와 정공이 생성되는 층이다. 적층형 유기발광소자는 단일유기발광소자가 증가하면 전류발광효율이 증가한다. [6] 하지만 적층형 유기발광소자는 동작전압이 높다는 단점을 가지고 있기 때문에 이를 극복하기 위해 전하생성층과 같은 삽입된 층을 사용함으로써 전자흐름에 대한 내구성이 증가되므로 효율 및 신뢰성에서 장점을 가지고 있다. [7-8] 광학적, 전기적 특성을 위해 다음 삽입된 층으로 금속/금속, 금속/산화금속, 금속/반도체 또한 유기물/유기물 층이 있다. n형 도펀트 물질로서는 전자수송층으로 CsN3, Cs2CO3 과 LiF이 있고, [9-15] 전공수송층 물질로서는 MoO3 [10] 와 HAT-CN 물질이 있으며, [16-17] 금속 물질로서는 Mg, Ag, Al과 Au 이 있다. [18-20] 그러나 적층형 유기발광소자에서 금속 물질로 제작할 때, 낮은 투과율, 산화금속 물질의 높은 진공 온도, 전하-엔시톤의 퀀칭 효과, 그리고 도펀트 이온의 확산 피해를 끼쳐서 전류효율을 강화를 저지시키는 문제를 가지고 있다. 따라서 새로운 도펀트에 대한 연구가 진행되고 있지만, 유기 n형 물질에 대한 연구는 거의 이루어지지 않았다. [21-24]
본 연구에서는 혼합된 유기 n형인 4,4'',4''''-methylidynetris(N,N-dimethylaniline) (LCV) 와 유기p 형인 1,4,5,8,9,11-hexaazatriphenylenehexacarbonitrile (HAT-CN) 를 전자생성층를 이용한 인버트 소자를 제작하였다.
ITO/BPhen/BPhen:LCV/HAT-CN/NPB/Al와 ITO/BPhen/BPhen:LCV/LCV:HAT-CN/HAT-CN/NPB/Al으로 제작하여 유기 n형LCV의 성능을 비교하기 위하여 전류-전압 특성을 관찰한 결과, 구동전압이 낮아짐을 확인하였다. 또한, 혼합된 유기 p형인 HAT-CN과 유기 n형인 LCV 전하발생층을 사용하여 tandem 유기발광소자를 제작하였다. BPhen:LCV/HAT-CN 으로 제작한 전하생성층과 BPhen:LCV/LCV:HAT-CN/HAT-CN 으로 제작한 전하생성층의 성능을 비교하기 위하여 전류-전압 특성을 관찰한 결과, 구동전압이 낮아지고 발광 효율이 증가하는 것을 확인하였다. 또한, 전하생성층의 구동 메커니즘을 확인하기 위해서 Matrix-assisted laser desorption ionization time of flight mass spectrometer (MALDI-TOF MS) 측정을 하였다. MALDI-TOF MS 측정을 통해서 LCV:HAT-CN과HAT-CN 에서 생성된 전자와 정공이 전계에 의해서 정공은 HAT-CN 쪽으로 이동하게 되고, 전자는 LCV쪽으로 이동할 수 있음을 설명하였다. 유기 n형 LCV의 물질 특성을 측정하기 위해 MALDI-TOF MS를 측정하여 전자 이동을 얻을 수 있었다. 위 실험을 통해, LCV를 도핑한 BPhen의 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 혼합된 유기 n형 LCV와 유기p형 HAT-CN가 전하생성층에서 효율적으로 사용할 수 있음을 설명하였다.