일본, 인쇄로 제작하는 다층 유기 EL 소자 개발

KISTI 미리안 『글로벌동향브리핑』 2015-01-01

일본에서 차세대 디스플레이나 조명용으로 기대되고 있는 유기 전계 발광 소자(유기 EL)로 새로운 성과를 달성하였다. 다층 구조를 가지고 있는 저분자 도포형 백색 유기 EL을 야마가타(Yamagata, 山形) 대학 대학원 이공 학연구과 연구 그룹이 개발하였다. 인쇄 기술로 염가로 LED같은 수준의 고효율 백색 유기 EL 패널을 제조하는 연구로서 주목받고 있다. 인쇄 기술로 유연한 도포형 유기 EL을 제조할 수 있으면 비용을 저감할 수 있다. 발광 효율의 향상이 실용화에서의 과제의 하나로 다른 유기 재료를 적층하고 전하 수송이나 발광이라는 기능을 각 층으로 분리하는 것이 유효하지만 도포 용매에 의한 하층(下層)의 재용해를 막을 필요가 있다. 지금까지 하층에 사용할 수 있는 재료는 내용매성이 뛰어난 일부 고분자로 한정되어 고순도화나 분자 구조의 제어가 용이한 저분자 재료에서도 적층 구조를 형성하는 기술이 요망되고 있었다. 연구 그룹은 17개 종류의 저분자 유기 EL 재료를 두께 30나노미터(나노는 10억분의 1)의 박막으로 했을 때 용해성을 자세하게 조사하였다. 분자량의 증가와 함께 알코올류로의 용해성이 감소하여 분자량 800 정도를 해 역치값에 불용화하는 것을 발견하였다. 알코올(2-propanol)에 불용성을 나타낸 2종류의 저분자를 재료로서 발광층을 형성하면서 층에 저분자 전자 수송 재료를 2-propanol을 이용하여 도포 성막하여 전자 수송층을 형성하였다. 전자 수송층과 발광층의 적층 구조 박막 표면에 이온 빔을 조사하여 박막 깊이 방향의 조성을 측정하였다. 발광층 성분의 재용해가 억제된 적층 구조가 형성되고 있어 2개의 층이 서로 섞이지 않고 적층되고 있었다. 이 전자 수송층과 발광층의 적층 구조를 이용하여 도포형 백색 유기 EL소자를 제작했는데 휘도 100(cd m-2) 시 세계 최고 수준의 전력 효율 34(lm W-1)를 나타내었다. 반구 렌즈를 이용하여 유리 기판과 공기 계면에서 전반사하고 있던 빛을 취출하면 형광등이나 LED 조명에 필적하는 76(lm W-1)까지 효율이 올랐다고 한다. 연구 그룹은 “유기용매의 용해성을 제어하고 지금까지는 일부 고분자 유기 EL 재료에서만 가능했던 다층 구조를 저분자 유기 EL 재료에서도 실현되었다. 이것으로 도포형 유기 EL 소자의 재료 선택의 자유도가 큰 폭으로 넓어져 인쇄 기술법으로 고효율 유기 EL 패널의 개발이 가속할 것이다. 향후 고휘도 시 발광 효율의 저하 억제나 장기 수명화를 진행시켜 도포형 유기 EL를 조기에 실용화하고 싶다”고 언급하고 있다. <그림 1> 용해성을 조사한 17개 종류의 저분자 유기 EL 재료 <그림 2> 17개 종류의 재료 알코올류에서의 용해성 <그림 3> 발광층과 전자 수송층의 적층 구조를 이용하여 제작한 도포형 백색 유기 EL 소자 ref_kwon-YamagataEL-20141219-1.jpg ref_kwon-YamagataEL-20141219-2.jpg ref_kwon-YamagataEL-20141219-3.jpg http://scienceportal.jst.go.jp/news/newsflash_review/newsflash/2014/12/20141219_02.html