광가교제를 이용한 발광 고분자 반도체의 고해상도 패터닝과 백색 유기 발광 다이오드로의 응용
High-Resolution Patterning of Light-Emitting Polymer Semiconductor and Its White OLED Application
- 주제(키워드) 고해상도 패터닝 , 용액공정 , aryl azide , 유기 발광 다이오드 , 광가교 , 발광 고분자 반도체 , 백색 유기 발광 다이오드 , high-resolution patterning , solution process , aryl azide , organic light-emitting diode , photocrosslinking , light-emitting polymer semiconductor , white organic light-emitting diode
- 발행기관 서강대학교 일반대학원
- 지도교수 강문성
- 발행년도 2021
- 학위수여년월 2021. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 화공생명공학과
- UCI I804:11029-000000066135
- 본문언어 한국어
- 저작권 서강대학교 논문은 저작권보호를 받습니다.
초록/요약
유기발광다이오드(organic light-emitting diode, OLED)의 대중화를 위하여 기존의 비용 비효율적인(cost-inefficient) 공정인 증착 공정 대신 비용 효율적(cost-efficient)이고, 대면적 공정이 용이한 용액공정이 연구되고 있다. 대면적 디스플레이에 주로 사용되고 있는 백색 유기 발광 다이오드(white OLED)를 용액공정으로 구현하기 위한 시도는 여럿 있어 왔다. 다만, 이러한 용액공정은 바로 용액으로 공정하기 때문에 여러 층을 공정할 때 아래 층을 녹이는 용매를 사용할 수 없다는 기술적 어려움을 갖고 있다. 결국 아래 층으로 사용된 물질의 특성에 따라 공정에 사용 가능한 용매가 제한되고, 따라서 공정 가능한 물질도 제한된다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 본 연구에서는 아래 층의 용매 저항성을 확보하고자 알킬 곁사슬을 포함하고 있는 고분자를 가교시킬 수 있는 메커니즘을 가진 아자이드기 기반의 광가교제를 사용하여 화학적 내구성을 확보하였다. 또한 광가교제의 첨가로 야기될 수 있는 발광 고분자 반도체의 특성 저하를 억제하기 위하여, 한 가교제에 두 개의 가교기가 있는 선형적인 구조를 가진 2Bx 이외에도 네 개의 가교기가 있는 4Bx, 여섯 개의 가교기가 있는 6Bx와 같이 입체적인 구조를 가지는 가교제, 그리고 가교제에 이소프로필기가 치환되어 입체 장해 효과로 나이트렌의 알킬 C-H 삽입 반응 이외의 부반응을 억제하여 공액 시스템에 유해한 영향이 적은 네 개의 가교기가 있는 IP-4Bx와 여섯 개의 가교기가 있는 IP-6Bx를 주황색 발광 고분자 반도체인 orange PPV copolymer의 광가교에 활용하였다. 각 가교제가 사용되었을 때의 발광 고분자의 구조적 특성 변화, 각 광가교제의 발광 고분자에 대한 가교 효율, 형광발광 특성, 전계발광 특성에 대하여 비교하였다. 이러한 비교를 통하여 한 가교제에 가교기의 개수가 많아질수록 같은 가교제 양을 첨가하였을 때 더 높은 가교 효율을 보임을 확인하였고, 형광발광 특성을 유지하며 가교가 가능한 가교제로 이소프로필기가 치환된 가교제인 IP-4Bx와 IP-6Bx가 적합함을, 전계발광 특성을 유지하며 가교가 가능한 가교제로 6Bx가 적합함을 확인하였다. 또한 전계발광 특성 유지와 광패턴 형성 시 가장 높은 taper angle을 나타내는 가교제인 6Bx를 활용하여 orange PPV copolymer의 미세 패턴을 형성하였고, 패턴된 orange PPV copolymer 위에 하늘색 발광체 조합인 PVK : OXD-7 : FIrpic 혼합체를 공정하여 백색광을 구현하였다. 또한 orange PPV copolymer의 패턴 크기를 조절하여 백색광을 시원하거나 따듯하게 표현할 수 있음을 보였다.
more초록/요약
Solution process as cost-efficient and easy large-area fabricating process is intensively studied to overcome cost-inefficient nature of vacuum deposition process for the popularization of organic light-emitting diodes(OLEDs). There were several studies and approaches to realize white OLED by solution process, which Is widely used in large-area displays. However, many of these approaches has critical issue that the solvent can dissolve under fabricated layer as the process is done by solution. This could limit the solvent determined by the property of the material used to fabricate former layer to prevent dissolution, and it leads to material limitation as the solvent is limited, which makes it difficult to apply suitable materials. To address this issue, we achieved chemical robustness by applying an azide group based photocrosslinker which can crosslink polymers with alkyl side chains when exposed to UV light source. We used various photocrosslinkers, 2Bx having a linear structure with two crosslinking azide groups, 4Bx and 6Bx having three-dimensional structure with four and six azide groups, respectively. And also, isopropyl group substituted IP-4Bx and IP-6Bx having four azide groups and six azide groups, respectively, were used for less harmful effects on the conjugated system by improving alkyl C-H insertion reaction and inhibiting side reactions due to the steric hindrance effect by bulky isopropyl group. These photocrosslinkers were used to photocrosslink an orange light-emitting polymer, orange PPV copolymer. We investigated structural change of orange PPV copolymer before and after photocrosslinking, crosslinking efficiency of photocrosslinkers on orange PPV copolymer photocrosslinking, photoluminescence properties, and electroluminescence properties. We found out that the crosslinking efficiency increases as increasing azide groups in one photocrosslinker, suggesting that 6Bx and IP-6Bx has superior crosslinking efficiency. Isopropyl group substituted IP-4Bx and IP-6Bx were most suitable for photoluminescence application by their capability of crosslinking while maintaining photoluminescence properties, while 6Bx was most suitable in the perspective of maintaining electroluminescence property. We chose 6Bx for white OLED application as it shows high taper angle and maintenance of electroluminescence property, and formed micrometer line pattern up to 4 μm. We demonstrated a new concept of white OLED fabrication by simply spin-coating sky-blue complex PVK : OXD-7 : FIpic on micro-photopatterned orange PPV copolymer using 6Bx. The color index of the white OLED device was tunable between orange and sky-blue by changing the pattern size and pitch of orange PPV copolymer, varying from cool to warm white light.
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