광운대 나노소자응용연구소, 양자점 발광다이오드의 포지티브 에이징 시간 분해 메커니즘 발견

광운대학교는 나노소자응용연구소 연구팀(전자공학과 이현호·이상신 교수 공동 연구팀)이 퍼플루오르화 이오노머(PFI) 계면층을 삽입한 양자점 발광다이오드 구조를 제안해 시간에 따른 자가 성능 향상 효과 메커니즘을 보고했다고 5일 밝혔다.

차세대 디스플레이 소자로 불리는 양자점 발광다이오드는 높은 색순도, 저렴한 공정 비용을 기반으로 연구되고 있다. 성공적인 상업화를 위해선 친환경 양자점의 도입과 발광다이오드 내 전하 주입 메커니즘 분석이 필수적이다.

양자점 발광다이오드의 균일 발광과 발광 특성 향상을 위한 후처리 과정 연구 결과에 따르면 UV(자외선) 레진 봉지(encapsulation) 기반 양자점 발광다이오드의 자가 성능 향상 효과(포지티브 에이징)를 통해 발광 특성과 수명 안정성이 개선되는 것으로 알려졌다. 이런 특성은 봉지 과정 후 특정 조건에서 발광 특성과 소자 안정성이 개선되는 메커니즘에 대한 이해가 필수적이다.

연구팀은 순차적 포지티브 에이전트(수지 내) 침윤에 의한 휘도와 EQE 개선을 이해하기 위한 시간 분해 메커니즘을 규명했다.

수지의 침윤을 지연시키는 PFI 계면층을 발광층과 전자전달층, 전자전달층과 전극 사이에 삽입해 소자를 구성했으며, 광전 특성 분석을 통해 수지 침윤에 따른 소자 성능 향상에 대한 시간 분해 메커니즘을 규명했다.

그 결과 수지 침윤에 의해 1차적으로 전자전달층의 결함 패시베이션이 일어나며, 동시에 전자전달층과 전극 사이의 절연층(Al2O3) 형성을 통해 전자 주입을 향상하고 비발광 재결합을 억제하는 것을 확인했다.

또한 침윤한 수지는 발광효율을 감소시키는 양자점 발광층과 전자수송층 계면의 엑시톤 퀀칭 상태를 패시베이션해 전계발광 효율을 증가시키는 것을 확인했다.

이현호 교수는 "포지티브 에이징에 대한 시간 분해 메커니즘이 양자점 발광다이오드의 엑시톤 역학에 대한 이해가 필수적인 영역에서 활용되길 기대한다"고 말했다.

이번 연구 결과는 국제 저명 학술지인 ACS Applied Material & Interfaces 에 개재됐다.

이번 연구는 대학중점연구소·기본연구의 지원을 받아 수행됐다.