In a new generation of flexible electronics such as advanced displays, solar cells, and flexible semiconductor devices, a flexible transparent electrode is one of the most important parts. Indium tin oxide (ITO) has been traditionally used as a transparent electrode due to its high transmittance (> 90%) and low resistance (< 15Ω/sq.). However, ITO electrode is not free from some drawbacks, such as expensive indium cost and the relatively high sheet resistance in large scale devices. Also its poor mechanical flexibility and high deposition temperature properties are not suitable for flexible devices. Thus, many materials, transparent conductive oxide (TCO), carbon nanotubes (CNT), metal nanowires, metal nanomeshs, and graphene have all been investigated as alternates to ITO. However, their relatively low transparency and high sheet resistance levels indicate that they are hard to replace an ITO electrode. So, there are needs for an alternative transparent electrode which has a high transmittance and a low level of sheet resistance.
We studied on a transparent, flexible, and low-resistance zinc sulfide (ZnS)/silver (Ag)/zinc oxide (ZnO)/Ag/tungsten trioxide (WO3) multilayer electrode. High refractive index materials, ZnS for a bottom layer and WO3 for a capping layer (n_ZnS~2.4, n_(
유비쿼터스 정보화 사회의 도래에 맞추어 디스플레이 산업 또한 급속한 발전을 이뤄왔다. 이에 차세대 디스플레이로 떠오르는 투명 디스플레이, 플렉시블 디스플레이에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 차세대 디스플레이에 있어 중요한 요소 중의 하나가 투명전극이다. 세계 많은 곳에서 현재 유기 발광 소자 (OLEDs) 소자에서 널리 사용되는 ITO 투명전극의 단점을 보완하는 새로운 투명 전극에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 그 중에서도 유전체/금속/유전체 (DMD) 형태의 다층박막 전극은 높은 투과도와 낮은 면저항을 가지며 구부려도 전극 성질에 변화가 거의 없는 유연성을 지녀 ITO 대체 전극으로 그 가능성이 높다.
본 논문에서는 기존 DMD 다층박막 전극이 갖는 투과도와 면저항 사이의 trade-off 관계의 단점을 보완하고자 유전체/금속/전도성 산화물/금속/유전체 (DMOMD) 다층박막 전극의 투과도 개선과 이를 이용한 OLED 소자에 관하여 연구하였다. ZnS/Ag/ZnO/Ag/WO3 (ZAZAW) 다층박막 투명 전극은 광학적인 계산을 통해 구조의 최적화를 이루었으며 그 결과, 가시광 영역에서 81% 이상의 투과도를 보였다. ZAZAW 전극은 두 층으로 삽입 된 Ag 금속막으로 인해 2.17 Ohm/sq. 의 매우 낮은 면저항을 나타냈다. 전극 제작에 있어서 투과도 및 전도도의 향상을 위해 Ag 박막의 증착 조건에 관한 연구 또한 함께 진행되었다. ZAZAW 전극은 기존 ITO 및 DMD다층박막 전극에 비해 낮은 면저항에서도 높은 투과도를 보였다. 최종적으로 얻어진 전극의 구조를 활용한 ZAZAW 기반의 OLED를 제작하여 ITO 기반 OLED의 소자와 그 성능을 비교, 분석하였다. ZAZAW 투명 전극은 OLED의 양극으로 역할을 하며 WO3는 정공 주입층으로 소자의 전기적 특성을 향상시킨다. 본 연구에서는 WO3의 두께를 변화시키면서 소자의 특성을 관찰하였다. 그 결과, OLED 음극인 Al과 양극의 Ag 사이에서 일어나는 마이크로 캐비티 효과로 인해 소자의 광학적 특성의 변화로 소자의 효율이 증가 혹은 감소하는 것을 확인하였다. 비록 WO3의 두께 변화로 인해 ZAZAW 전극의 투과도가 낮아지긴 하지만 소자의 효율 상승에는 마이크로 캐비티의 효과가 더욱 주요한 요소로 작용한다는 결론을 내릴 수 있다.
ZAZAW 다층박막 투명전극의 낮은 면저항과 동시에 높은 투과도는 ITO 전극의 대체 가능성을 보여준다. Ag의 연성으로 인한 전극의 우수한 유연성 또한 차세대 디스플레이에서 투명 전극으로 활용이 가능할 것으로 판단된다. ZAZAW 다층박막 투명전극은 비단 OLED디스플레이 전극뿐만 아니라 플렉시블 일렉트로닉스, 투명 플렉시블 반도체의 전극과 배선으로도 그 응용이 가능할 것으로 보인다.
