Highly efficient polymer light-emitting diode(PLEDs) with poly(9,9`-dinoctylfluorenealt-benzothiadiazole) (F8BT) as emissive layer (EMLs) and conjugated polyelectrolyte(CPE) electron injection layer(EILs), poly[(9,9-bis[6’-(3”-methyl-1-imidazolium)octyl]fluorene-co-alt-(benzo[2,1,3]thiadiazol-4,8-diyl)]dibromide (F8imBT-Br), were demonstrated by combining two different solution processing techniques. The structure of PLED is ITO/PEDOT:PSS/TFB/F8BT/F8imBT-Br/Al. F8BT emissive layer was spray-coated and F8imBT-Br electron injection layer was spin-coated on top of spray-coated F8BT layer. Upon annealing of F8BT active layer, the surface contrast was reduced by 25%. Spin coating of F8imBT-Br EIL on top of the spray-coated F8BT film decrease the RMS of surface roughness again by 20% without disturbing the underlying layer. Consequent reduction produces 1.7 times higher luminous efficiency and power effi-ciency(9.30 Cd/A at 3.6 V and 8.7 lm/W at 3.2 V) compared to the luminous efficiency and power efficien-cy(5.4 Cd/A at 3.8 V and 5.2 lm/W at 2.6 V) of the devices with Ca EIL.
고분자 발광소자는 넓은 시야각과 빠른 응답속도, 낮은 소비 전력 등의 이점과 더불어 플라스틱 기판 위에 제작이 가능하므로 구부러지거나 휘어질 수 있다는 차별되는 특성을 가진다. 또한, 자체 발광형으로 백라이트가 필요하지 않아 두께 궁극적으로1mm이하의 얇은 초박형, 초경량 디스플레이 구현이 가능하기 때문에 소형 소자에서 대형 소자에 이르기까지 다양한 분야에 적용되고 있다. 스프레이 코팅 시스템은 이러한 소자의 제조에 적합한 용액 공정으로 간단한 공정 설비와 공정 과정, 높은 비용 효율 등의 이점이 있다. 하지만 상대적으로 거친 표면을 형성한다는 한계점을 가지고 있어 이를 극복하기 위한 방법이 필요시 되고 있다.
본 연구에서는 스프레이 코팅 시스템을 이용하여 도포한 F8BT 박막에 일정 시간 동안 열처리를 가하여 표면을 완화시켜주었다. 열처리 온도에 관계 없이 동일한 효과를 보였으며 F8BT의 유리 전이 온도 이상의 온도에서 가장 높은 효율을 얻을 수 있었다. 두 번째로, 스프레이 코팅된 F8BT 박막에 열처리를 가한 후, 공액 고분자 전해질 물질을 스핀 코팅으로 도포함으로써 표면 거칠기를 더 감소시켰다. 이에 대한 효과를 확인하기 위해서 Ca 전자 주입층 물질을 진공 증착한 소자를 같은 조건하에서 제조 하였으며 현저히 낮은 특성을 보이는 것을 확인할 수 있었으며 따라서, 스핀 코팅되는 공액 고분자 전해질이 진공 증착되는 Ca과는 다른 계면을 형성한다는 것을 알 수 있었다. 마지막으로, 스프레이 코팅된 F8BT 박막과 그 위에 스핀 코팅된 공액 고분자 전해질 박막이 이루고 있는 계면을 확인하기 위해서 원자력 현미경(EFM)을 이용하여 박막의 표면과 위상 이동에 대한 분석을 시도하였다. 이를 통해 공액 고분자 전해질이 스프레이 코팅된 F8BT 박막의 저지대 부분을 채워주어 표면의 거칠기를 완화시켜주는 것을 확인하였고 이러한 특성이 진공 증착되는 Ca과의 차이점이라 할 수 있겠다.
결과적으로, 스프레이 코팅된 박막에 열처리를 가해준 후, 그 위에 공액 고분자 물질을 스핀 코팅으로 도포함으로써 표면의 거칠기를 완화시켜 스프레이 코팅 시스템의 한계점을 개선할 수 있는 방법을 제안하였다. 또한, 이를 실제 고분자 발광소자에 적용하여 성공적인 소자의 구현을 통해 그 가능성을 확인하였다.
