광가교반응을 이용한 발광성 고분자 반도체의 고해상도 패터닝 및 광전기적 특성 분석
Optoelectronic Characterization of Photocrosslinked Light Emitting Polymer Semiconductor for High Resolution Patterned OLEDs
- 주제(키워드) 고해상도 패터닝 , 용액공정 , 광가교 , 발광성 고분자 반도체 , Aryl azide , 유기 발광 다이오드
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 강문성
- 발행년도 2020
- 학위수여년월 2020. 2
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- UCI I804:11029-000000064775
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
현재 고해상도, 대면적 디스플레이에 대한 수요가 늘어남에 따라 저비용으로 대면적에 패터닝 할 수 있는 유기반도체 공정방법에 대한 연구가 진행되고 있다. 최근 산업에서는 롤투롤 공정을 통해 대면적으로 소자를 제작할 수 있는 잉크젯 프린팅 기법이 많은 관심을 받고 있다. 하지만 이는 용액공정 기반의 패터닝 방법으로, 위에 쌓이는 층에 의하여 아래 쌓인 층이 재용해 되는 문제가 발생한다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 우리는 광가교제를 사용하여 광가교반응을 기초로 한 발광성 고분자 반도체의 고해상도 패터닝 공정을 도입했다. 또한, 우리는 가교 효율을 높이기 위해서 가교 가능 유닛(crosslinkable unit)의 수가 2개인 기존의 광가교제(2Bx) 대신, 가교 가능 유닛(crosslinkable unit)의 수가 4개인 광가교제(4Bx)의 사용을 제안하였다. 2Bx는 고분자 반도체 사슬 간의 이차원적인 선형 연결(linear connection)만 가능하게 하지만 4Bx는 삼차원적인 상호 연결(interconnection)을 가능하게 한다. 본 연구에서는 4Bx를 사용하여 광가교에 기초한 phenyl-substituted poly(para-phenylene)copolymer (Super Yellow) 발광성 고분자 반도체의 고해상도 패턴(<5 μm)을 형성하였다. 이 방법을 poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyl oxy)-1,4-phenylenevinylene(MEH-PPV)와 poly(9,9-dioctylfluorene-alt-bith iophene)(F8T2) 발광성 고분자 반도체에도 적용하여 한 기판 위에 두 가지 고분자를 나란히 패턴하는 것이 가능함을 검증하였다. 이어서 광가교에 따른 Super Yellow 박막의 구조적, 광학적, 전기적 특성 변화를 연구하였다. Super Yellow의 흡광 피크와 표면형태(morphology)의 변화가 없는 것을 통해 가교반응이 Super Yellow의 구조적 특성을 거의 변화시키지 않는다는 것을 확인하였다. 광가교된 Super Yellow의 광전기적 특성을 분석할 때는 4Bx 뿐만 아니라 2Bx 광가교제도 사용되었다. 2Bx를 사용했을 때는 Super Yellow를 가교시키는데 필요한 임계 함량(critical loading)이 0.2 wt%였지만 가교 효율이 높은 4Bx를 사용했을 때는 임계함량을 0.1 wt%로 줄일 수 있었다. 결과적으로, 4Bx를 사용함으로써 광가교에 따른 Super Yellow의 PL 및 EL 특성 저하를 최소화 할 수 있었다.
more초록/요약
As the demand for high resolution and large area displays increases, research is underway to develop an organic semiconductor process method capable of precisely patterning over large area at low cost. Recently, the inkjet printing technique that can produce a large-scale device through a roll-to roll process has received a lot of attention. However, this is a solution process-based patterning method, which causes a problem that the layers stacked below are redissolved by the layers stacked above. In order to solve this problem, we introduced a high resolution patterning process of a light emitting polymer semiconductor based on a photocrosslinking reaction using a photocrossl inking agent. In addition, in order to increase the crosslinking efficiency, we propsed the use of a photocrosslinker having four crosslinkable units(4Bx) instead of a conventional photocrosslinker having two crosslinkable units. 2Bx allows only two-dimensional linear connections, while 4Bx enables three-dimensional interconnections between polymer semiconductor chains. In this study, 4Bx was used to form high resolution patterns(<5 um) of phenyl-substituted poly(para-phenylene)copolymer (Super Yellow) emissive polymer semiconductor based on photocrosslinking. This method also applies to poly[2-methoxy-5-(2-ethylhexyloxy)-1,4-phenylene vinylene(MEH-PPV) and poly(9,9-dioctylfluorene-alt-bithiophene)(F8T2) emissive polymer semiconductors. These were patterned side by side on one substrate. Subsequently, the structural, optical, and electronic properties of Super Yellow thin films were investigated. The absence of shifts in the absorption peak of Super yellow and no change in surface morphology confirmed that the crosslinking reaction hardly changed the structural properties of Super Yellow. When analyzing the optoelectronic properties of photocrosslinked Super Yellow, 4Bx as well as 2Bx photocrosslinkers were used. When 2Bx was used, the critical loading required for crosslinking of Super Yellow was 0.2 wt%, however, when 4Bx was used, it could be reduced to 0.1 wt%. This confirmed that 4Bx has a higher crosslinking efficiency than 2Bx. As a result, by using 4Bx it was possible to minimize the degradation of PL and EL characteristics of Super yellow due to its high crosslinking efficiency.
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