15. OLED의 구동원리 (5) - 재결합(recombination)에 대하여

Posted by 주인장 남보르
2017.06.28 01:26 OLED 이야기/OLED 알아봅시다

지난 시간까지 우리는 OLED소자의 유기층내에서 전자의 주입 그리고 이동에 관하여 알아보았습니다. 알루미늄 그러니까 음극에 해당하는 금속에서 유기물로의 주입을 위해서는 적절한 외부 에너지원이 필요하다는 것 또한 알았고, 주입된 전자들 또한 유기분자사이를 이동해 나아가려면 호핑이라는 현상을 통해 이동해간다는 사실도 알아보았습니다.


자 생각해 봅시다. 전자를 주입시키고 이동시킨 근본적인 이유는 무엇이었습니까? 바로 전자를 정공과 만나게 하기 위해서 였습니다. 단지 전자를 이동시키기 위해서는 구리박막을 이용하여 전자들을 시원하게 이동시켯을 겁니다. 그러면 오늘 이 시간에는 바로 우리가 원하는 전자와 정공이 어떻게 만나게 되는지 이해해보도록 합시다.


대부분의 OLED공부를 조금이라도 했다는 학생들에게 물어보면 전자와 정공이 만나서 여기자라 불리는 엑시톤(Exciton)이라는 입자가 형성되는 것을 잘 알고 있습니다. 엑시톤 이름을 쪼개서 이해해보면 접미사인 ~on이 들어간다는 것을 알 수 있습니다. ~on, ~온은 입자를 뜻합니다. electron, exciton, photon, phonon 등 입자라 불리우는 것들의 이름은 ~on으로 끝나는 것을 알 수 있습니다. 따라서 엑시톤은 excited 입자 즉 들뜬입자라는 것으로 이해하면 됩니다. 에너지적으로 들떠있는 입자라서 그런지 이 엑시톤이 태어난 목적은 자신이 가진 에너지를 방출하기 위해서 태어나게 됩니다. 이 엑시톤의 형성과 빛의 방출 그리고 빛 방출 후에 이 입자는 어떻게 되는지 그 예후에 대해서도 정리를 해봅시다.


사실... 전자와 정공은 만나지 않는다...


번 포스팅의 소제목은 '사실... 전자와 정공은 만나지 않는다...'입니다. 무슨 깡으로 이런 말도 안되는 전제를 깔고 시작하는 걸까요? 모든 교과서와 관련 자료들에서 모두 전자와 정공이 만나서 엑시톤을 만들고 이 엑시톤이 안정화 되면서 빛이 방출된다는 기본 지식을 누구나도 다 알고 있는데 전자와 정공이 만나지 않는다니 이 해괴망측한 전제를 어떻게 이어나갈지 궁금하실겁니다.


일단 모두가 생각하는대로 OLED의 원리의 가장 핵심적이고 개론적인 이야기는 '정공과 전자가 만나서 엑시톤을 형성하고 소멸하는 과정에서 여분의 에너지가 방출된다.' 이 이야기면 모든게 설명됩니다. 더이상 설명하고 늘어질 내용자체가 없습니다. 그러나 우리가 이왕 배우고 생각하는 김에 한번 조금만 더 깊게 생각해보기로 합시다.


전자는 파동의 성질을 가진 입자입니다. 정공은 입자성질을 가진 전자의 빈자리가 정공인것이지요. 그럼 전자의 빈자리에 불과하니 실체가 없는 존재이겠지요. (물론 정공은 분명히 유효질량을 가지는 준입자입니다. 그러나 깊게 들어가면 들어갈 수록 미시세계는 더욱더 두뇌를 터지게 하니 현상을 이해하기 좋은 수준의 전제를 깔아놓고 시작해봅시다.) 


전자와 같이 분명히 실체가 있는 존재와 실체가 없는 존재가 만나서 띵가띵가 했더니 빛이 된다?? 이게 무슨 망측한 이치일 까요? 


이 현상을 일상생활의 예시로 적용해서 이해해 봅시다. '제 불알친구인 호정이라는 놈은 모태쏠로입니다. 이 친구에게 여자친구란 존재는 정말 정공은 저리가라 할 정도로 실체가 없는 존재입니다. 그런데 어느날 호정이가 혼자 상상의 나래를 펼쳐 가상의 여자친구를 만들어 혼자 신나게 연애를 하더니 창규라는 실제 아들을 낳았다는 소식이 들려왔습니다.'


전자와 정공이 만났다는 소리는 위 예시와 다를바가 없습니다. 정말 말도 안되는 소리입니다. 애초에 일어날 수 없는 상황을 책에서 그렇다고 하니깐 아~ 그런거구나 어슴푸레 이해하고 있던 것입니다.


지금까지는 개론수준의 글의 이해를 돕기위해 전자의 이동에 관해 전자 자체가 이동한다고 표현을 해왔지만 사실 전자의 이동이라는 개념은 도체에서의 자유전자의 이동을 말하며 유기반도체에서는 자유전자라는 개념이 없기 때문에 실제적으로는 전자가 마음대로 움직일 수 없기 때문에 전자의 움직임을 설명하려면 다른 개념이 필요합니다.


이동하는 실체는 바로 폴라론(Polaron)! 폴라포가 아닙니다! 


폴라폰(polaron) 드디어 우리는 폴라론이라는 단어가 언급될 정도의 수준까지 도달해버렸습니다. 폴라론이라는 단어를 들어보신분들도 계실테고 너무나 생소한 분들도 계실겁니다. 간단히 개념에 대해 알아봅시다. 위에서 우리는 ~on으로 끝나면 입자들일 거라고 예상하면 된다고 들으셧을 겁니다. 그럼 폴라론은 polar?? 극성? 그러면 극성을 띄는 입자라는 뜻인가? 라고 생각하신다면 정말 우리는 이제 쿵짝이 잘맞는 한팀이 된것과 같습니다. 제가 따로 깊게 설명하지 않아도 잘 이해하고 계시니 말이죠.


맞습니다. 폴라론은 극성을 띈 입자를 말합니다. 이 극성이라는 단오는 당연히 양극성과 음극성 두가지를 일반적으로 말하므로 Negative와 Pasitive 두가지 폴라론이 존재합니다. 이들이 무엇을 의미하는지 이해하려면 먼저 포논(phonon)이라는 놈의 존재에 대해서도 알아야 합니다. 하.. 정말 조금씩 이상한 용어들이 쏟아지기 시작해서 머리속이 복잡해지시요?? 그러나 조금만 더 참고 이 글을 정독하신다면 이해하기 절대 어렵지 않으실 겁니다.


먼저 포논이야기를 꺼냈으니 한번 알아보도록 합시다. '야야야 포톤(photon)이겠지 무슨 포논이냐'라고 머리속으로 반문하시는 분들도 계실겁니다. 그러나 흔히 말하는 광자인 포톤과 음자인 포논은 전혀 다른 개념의 입자입니다. 사실 포논은 입자도 아닌 파동에너지 그 자체를 입자의 형식을 빌려서 설명하려는 개념을 가지고 있습니다.


포톤은 전기장과 자기장이 베베 꼬여가면서 전자기파라 불리는 파동의 성질을 보이는 빛이라 불리는 에너지 덩어리 입니다. 그러나 포논은 포논을 이루는 파동의 정체는 바로 실제 분자들이나 원자들이 진동하면서 발생하는 파동이 이 포논의 존재를 만들어 냅니다. 영화관에서 뒷자리의 이름모를 무서운남자의 다리떨기에 의한 의자의 진동을 우리는 느낄 수 있는 것처럼 포논도 분자가 실제로 진동하는 에너지를 파동의 관점에서 표현한 입자인 것입니다.




 


<사진1. 전자+격자의 파동결합(Electron-Phonon Coupling)>



사진1... 허접해서 죄송합니다. 그러나 이해하는데 무리는 없으실 거라 생각하고 진도를 나가보도록 합시다. 오늘도 어김없이 Alq3님께서 모델로 수고를 해주시겠습니다. Alq3도 사진1의 왼쪽에서 보이는바와 같이 분자로 이루어져 있기 때문에 분자사이의 거리를 유지하면서 격자(latice)를 형성하여 막을 이루고 있습니다. 예를 들어 왼쪽 그럼과 같이 일정한 거리의 바둑판 형태의 격자를 유지하고 있다고 가정합시다.


그러나 외부에서 열에너지, 광에너지 등이 유입되면(상온에서도 항상 열에너지가 존재하기 때문에 언제나 에너지가 분자에 공급되고 있으며, 분자에 가해지는 외부 에너지를 모두 제거하기 위해서는 절대온도 0K까지 온도를 낮추어야 합니다.) 분자들이 진동하기 시작합니다. 그러면 격자는 분자들이 진동함에 따라 불규칙한 모양의 띄게 됩니다. 이 상태의 진동도 파동이기 때문에 전자의 파동과 마찬가지로 함께 묶어서 설명이 가능해 집니다. 이러한 격자의 진동에너지를 우리는 포논이라고 부르며 격자에너지 혹은 소리음 자를 써서 음자(音子)라고 부릅니다. 당연히 파동이기 때문에 전자의 파동과 겹침이 가능해집니다.


그래서 이러한 현상을 그 유명한 Electron-Phonon Coupling이라고 부릅니다. 저는 주로 가독성 때문에 한글로 표현하는 것을 좋아하기 때문에 앞으로는 전자포논결합니라고 부르겠습니다. 이러한 전자포논결합의 결과로 바로 우리가 위에서 알아보았던 폴라론이 생성되게 됩니다. 이 상태를 아래 그림과 같이 이해해보도록 합시다.




<사진2. Positive & Negative Polaron의 에너지상태>



사진2.에서 폴라론이 형성되어 있는 상태에 대해 간단히 그려보았습니다. 위 그림대로 전자포논결합에 의해 기존 전자에너지상태와는 다른 에너지 상태가 나타나게 되고 이는 사진2.에서의 HOMO & LUMO 에너지와는 또 다른 에너지 상태가 나타나게 됩니다. 위 그림에서는 두꺼운 선으로 또다른 에너지를 표현하였습니다. 그런데 중요한 것은 이 다른 에너지 상태와 HOMO & LUMO와 다른점은 바로 격자에너지와 동화 유무라는 것 입니다.


새로 나타난 전자포논결합 에너지는 분자의 진동에너지까지 이미 고려된 에너지 상태인데 이 에너지에 점유된 전자들의 위치와 개수에 따라 양 또는 음 폴라론이라고 부르며 전자가 부족한 상태의 폴라론을 양폴라론 전자가 추가된 폴라론을 음폴라론이라 합니다. 전자포논결합에 의해 유도된 폴라론들은 이미 언급했지만 분자의 진동에너지까지 포함한 개념이므로 격자사이의 이동이 자유롭습니다. 그래서 이 양폴라론과 음폴라론을 우리는 캐리어(carrier)라고 부르며 실제로는 인접분자로의 이동이 쉽지 않은 전자가 다른이름의 가명으로 쉽게 분자사이를 이동할 수 있게 되는 이론적 설명이 가능해집니다.


복면가왕에서 하현우씨가 음악대장이라는 가면을 쓰고 승승장구하게 된 것처럼 실제로는 전자가 단지 다른 에너지상태에 감춰져서 폴라론이라는 가명으로 활동함에 따라 다른 역할을 맡게 되는 것입니다.


그래서 이전 포스팅까지는 정공에 대해 언급하지 않고 주구장창 전자의 이동만 설명했던 것이 정공은 결국 전자포논결합에너지에 전자한개의 결핍으로 생겨난 양폴라론이었기 때문에 정공의 이동이나 개념은 딱히 거론하지 않았던 것입니다.


그러면 이 양폴라론과 음폴라론이 만나게 되고, 다들 아시는대로 이 두 폴라론이 합쳐있는 상태를 우리는 재결합(recombination) 되었다고 말하고 동시에  '엑시톤이 형성되었다.'고 말합니다.


엑시톤이 형성된 후 이 폴라론은 어떻게 될까요?? 만약에 폴라론 개념으로 설명하지 않고 전자와 정공이 만난 후에 이 둘은 어떻게 될까요라고 질문을 받았다면 어려분들은 어떻게 설명하겠습니까?? 전자는 HOMO 쪽으로 내려와서 음... 정공은 LUMO로 올라가나?? 아니면 뭐 어떻게 되지?? 라고 상상했을 겁니다. 


그러나 폴라론개념을 배운 여러분들은 재결합은 단지 음폴라론의 여분의 전자가 양폴라론의 부족한 전자 자리의 전자포논결합에너지로 내려오면 된다는 것을 머리속으로 생각할 수 있을 것입니다. 이 말을 다시 풀어보자면 재결합이라는 현상은 결국 양폴라론인 정공과 음폴라론인 전자가 만나서 엑시톤을 만들고 안정화되며 에너지를 방출하는 과정의 모든순간들이 단지 '들뜬전자가 전자의 빈곳으로 내려오는 과정'에 불과함을 알 수 있습니다.


오늘 포스팅의 소제목인 '사실...전자와 정공은 만나지 않는다...'라는 이야기가 이제 어떠한 의미인지 조금은 이해가 가시나요??


오늘로써 이제 OLED의 구동원리 시리즈는 모두 끝났습니다. 구동원리 자체가 빛의 방출까지의 과정을 이해하면 되기 때문이지요. 그러면 다음시간에는 이렇게 어렵게 어렵게 생성된 OLED소자의 빛이 어떠한 특징을 가지고 있나 스펙트럼 관점에서 이해해보는 시간을 갖도록 하겠습니다.


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    • 제왕수
    • 2017.07.12 10:55
    설명 잘 봤습니다. 이전에도 마찬가지로 홀과 전자가 서로 발광층에서 만난다? 라는 설명에 오류가 있을 거라고는 생각을 했었는데, 폴라론의 개념을 생각하니, 이제좀 말이 되는것 같네요.
    단 그중에, 양폴라론에 대한 그림이 잘 안그려지네요. 일반적인 설명으로는 (우리가 흔히 보는 OLED 구동원리 그림에서) 홀이 HOMO를 타고 발광영역으로 들어오는 걸로 표현되어 있잖아요. 근데, 사실은 전자의 이동과 반대로 일어나는 현상에 불과한거고, 양폴라론의 이동을 생각하면, 부족해진 전자는 HTL--> HIL --> ITO쪽으로 흘러들어가야하는건데, 이때의 전자 이동은 역시 음폴라론의 이동으로 생각하면 되는건지.. 암튼 양폴라론의 이동에 대해서 머리속에 잘 안그려져서요...
    • 안녕하세요 질문 감사드립니다 지금 밖이라서 핸드폰으로 답을드려 자세히 답변드리기는 힘든데 급하신것 같아서 간략히 답변드립니다.

      양폴라론은 ITO에서 유기물로 주입될때 생성됩니다. 전자형태로 HIL HTL 을 지나서 EML에서 생성되는 것이 아닙니다.

      유기물의 호모레벨로 ITO에 있던 자유전자가 넘어갈때 유기물의 진동에너지 중첩에 의해 폴라론이란 형태를 갖추고 이 상태로 유기물 내에서 이동합니다.

      그래서 질문하신대로 전자가 다시 거꾸로 ITO 방향으로 가게될 이유가 없지요.

      제가 질문을 잘 이해 했는지 모르겠습니다. 피씨로 다시한번 보고 답이 이상하면 다시 답변드리도록 하겠습니다.
      • 제왕수
      • 2017.07.14 16:28

      남보르님.... 보르님의 요 멘트.."유기물의 호모레벨로 ITO에 있던 자유전자가 넘어갈때" 너무 궁금해서요.. ㅋㅋ
      ITO의 자유전자가 유기물로 넘어가면, 음폴라론이 생성되는거 아닌가요? 그리고 전기장 방향을 따지면 자유전자의 방향이 반대가 되어야 하는게 아닌가싶어서요..

      바쁘신데 죄송합니다.
    • 까막눈 꼴통
    • 2017.07.12 15:57
    좋은 글 감사합니다. 덕분에 많은 이해가 되었습니다.
    혹시 시간이 되시면 다른 이해가 잘 안되는 부분을 요청해도 될까요?
    All'led을 알게 된 이유가 사실 exciton-polaron annihilation을 이해하려고 찾아보다가 여기까지 오게 되었습니다.
    최근에 degradation mechanism을 연구하는 것이 좋은 OLEDs 재료를 만드는데 큰 몫을 차지하고 있는데요
    제가 요청하는 것은 다양한 annihilation에 대해 좀 설명을 듣고 싶어서 이렇게 글을 남깁니다. (exciton-exciton annihilation, exciton-polaron annihilation, singlet-singlet annihilation, singlet-triplet annihilation, triplet-triplet annihilation, triplet-triplet Fusion, singlet-polaron annihilation, triplet-polaron annihilation 등 annihilation과 관련된 부분을 이해하고 싶습니다.
    혹시라도 바쁘시겠지만 여유있으실때 이 부분도 글 올려주시면 큰 도움이 될 것이라 생각됩니다.
    polaron부분이 잘 이해가 안됐었는데 윗 글을 읽고 이해가 되었습니다. 앞으로도 많은 글 부탁드리겠습니다.
    수고하세요
    • 안녕하세요 애니힐레이션 즉, 소멸은 그 형태가 무슨 형태이던 단일항이 두개모이던 단일항 삼중항 결합이던 합쳐져서 나오는 에너지가 가시광영역을 벗어나면 에너지적으로 소멸 되었다고 표현하기에 애니힐레이션이라 칭합니다.

      두개가 합쳐져서 가시광영역에서 발광되어 효율에 도움이 되면 최근에는 퓨젼이라 칭하지만 퓨젼과 애니힐레이션은 결국 같은 원리입니다.

      크게 어렵게 생각하실 개념은 아닙니다. 물론 깊게들어가면 무엇이든 복잡하지만요. 답변이 부족하면 피씨로 접속할때 다시 답변드리겠습니다.
      • 까막눈꼴통
      • 2017.07.13 09:21
      남보르 남보르님 감사합니다. 제가 궁금한것을 잘 설명해 주셔서 도움이 됐습니다. 조금 더 자세한 설명 부탁드려도 될까요?
    • 해당 포스팅을 이번주말내로 올려드리겠습니다. 관련기술로 이데미츠 코산에서 발표된 EEL(Efficiency-enhancement layer) 물질 논문이 있고 간략하게 정리된 PDF자료 링크를 첨부드립니다.

      http://semieurope.omnibooksonline.com/2012/semicon_europa/Plastic%20Electronics%20Conference/OLED/06_Yuichiro.Kawamura_Idemitsu%20Kosan.pdf

      혹시 링크가 안된다면 구글에 "TTF idemitsu" 검색으로 첫번째 나오는 PDF파일이니 참고바랍니다.

      질문하신 애니힐레이션 내용은 아니지만 결국 두개의 전자쌍들이 결합되어 이루는 에너지가 소자에 미치는 영향에 대해 설명하기 때문에 애니힐레이션과 반대의 현상이긴 하지만 이해하시는데 문제는 없을 것 같습니다.

      아무튼 이번주말내로 정리해서 올리도록 하겠습니다.
      • 까막눈 꼴통
      • 2017.07.13 18:16
      남보르 남보르님 진심 감사합니다. 잘 읽어보고 따라가 보겠습니다. 그럼 수고하세요^^"
    • 제왕수
    • 2017.07.12 18:10
    혹시 까막눈 님께서는 제가 질문한 내용에 대해서 어떻게 이해를 하고 계신가요?
    의견있으시면 남겨주세요.
      • 까막눈 꼴통
      • 2017.07.13 09:17
      제왕수님 반갑습니다. 제가 이해를 한 거는 hole injection->gerneration of polaron P+->transport->recombination->Exciton->25% S(radiative)+75%T(non-radiavtive)이런 방식으로 진행이 된다고 이해를 했습니다. 전자를 역으로 보내서 홀을 생성한다는 개념보다는 Anode에서 생성된 hole이 positive polaron을 생성한다라고 이해를 했습니다.(사실 제왕수님 설명을 보고 더 햇갈리네요...ㅎㅎ)
      • 제왕수
      • 2017.07.14 16:17
      음.. 저는 까막눈님의 글에서..
      "hole injection" 이 부분에 대해서 그림이 잘안그려져서요. P+ polaron이라면 전자의 수가 부족해서 생기는 거잖아요. 그러면 전자가 ITO쪽으로 넘어갔단얘긴지.. 아님 일시적인 분극현상으로 전자 치우침이 생기는 건지.. 여전히 헤매고 있네요
    • 제왕수
    • 2017.07.14 12:40
    바쁘신데 모지리 이해시키느라 수고가 많으십니다. ㅋㅋ
    음.. 제가 질문을 명확히 못드린것 같네요.. 명확하게 알지를 못하니 질문자체가 엉성하기 그지없습니다.

    우선은 디바이스 전체로 봤을때 전자의 흐름은 Cathode --> ITO 겠죠?
    ITO에서 HIL로의 정공의 이동이라는게, 사실 전자가 HIL-->ITO로 이동했기 때문에 형성되는 '빈자리'의 개념이라고 생각을 했고, 그래서 양폴라론의 생성 원리는 유기물에서 ITO로 음폴라론의 이동이 있어서?(전자가 이동했기 때문에 라고 말하고 싶었지만 그래도 남보르님 글을 읽은 사람으로서 그렇게 말하면 안될것같아서요..ㅋㅋ) 라고 생각을 하게 된겁니다.
    여기서 또, 음폴라론은 전자가 비교적 덜 속박된 레벨에서 생성되고 이동하는 것 같은데, 그렇다면 발광층-->ITO 방향으로
    음폴라론이 이동할 경우?루모를 타고 이동하나?? 그러면 HIL--> EML의 방향으로 양폴라론의 이동에서 중요한건 결국엔 음폴라론의 이동인가?? 그러면 루모레벨의 arrangement도 중요한건가???
    막 이렇게 생각이 뒤죽박죽... 질문이 또 엉성하네요.. 이런 상태입니다..

      • 캐나다에서 공부중
      • 2017.07.25 03:18
      안녕하세요.

      우선 제가 아는대로 말씀드리면, 일반적으로 HTL이나 HIL에 사용되는 재료는 electron donating 특성(전자가 흘러넘치는)을 가지고 있는 반면, ETL재료같은 경우는 electron withdrawing (전자가 부족해서 옆에걸 끌어 당기는)특성을 가지고 있습니다. donating 특성이 강한 애들은 전자를 많이 가지고 있기 때문에 전자를 하나 넘겨서 양폴라론 형태로 있는게 안정되있는 상태가 됩니다. (ETL재료의 경우는 반대겠죠?) electric field에 의해서 anode옆에 있는 HIL, HTL이 양폴라론으로 안정화 되고 HOMO에 있는 전자를 anode로 보내는 메커니즘으로 이해하시면 될거 같습니다.
      HIL과 HTL은 호모준위에 있는 전자가 움직인다고 이해하시면 될 것같습니다. 일반적으로 HTL재료의 루모를 진공 준위에 가깝게 이동시켜 electron blocking layer 재료로 만들기도 합니다. 이는 EML에서 넘어오는 전자가 HTL에 루모에 못 넘어오게 막는 역할을 합니다. 음 재료측면에서 이해하시면 더 쉬울것 같아서 설명 드립니다.
    • 엥.. 이 질문을 왜 못봤을까요 죄송합니다. 위에 캐나다에서 공부중님께서 말씀하신대로 EML을 중심으로 ITO방향으로는 전자가 넘어가면 안되고 음극방향으로는 정공이 넘어가게 하면 안됩니다.

      이렇게 서로 반대방향으로 전하가 넘어가게 되면 이러한 현상을 누설전류라하고 소자의 효율에 부정적인 영향을 미칩니다.

      왜냐하면 주입된 전하들은 최대한 발광층에서 엑시톤이 형성되게 만들어야지 전류대비 발광효율을 높일 수 있기 때문입니다.

      그래서 최근의 OLED 소자구조는 캐나다에서 공부중님께서 말씀하신 정공, 전자저지층 즉, HBL, EBL 층을 꼭 형성시켜 줍니다.

      이 두 재료들의 성능개선에도 최근 굉장히
      많은 투자들이 이루어지고 있습니다.

      캐나다 일본 한국 다국적으로 많은 질문들이 들어와서 상당히 기분이 좋군요 ㅋㅋ
      • 제왕수
      • 2017.07.27 10:46
      캐나다에 계신 또다른 남보르님. 답변 감사합니다. 얼마전에 PN 접합 다이오드에 대한 paper를 보면서 어느정도 갈증을 해소했었는데, 다시한번 되새기게 되네요. 캐나다님은 공부마치신 이후에 진로를 어떻게 생각하고 계신가요? 캐나다에도 OLED관련 연구소나 회사가 있나요?
      • 캐나다에서 공부중
      • 2017.08.16 06:18
      흠.. 현재 구직 활동 중입니다. 영어로 된 논문만 읽다보면 가끔 멍해 질때가 있어서 한글로 검색을 좀 해보는 편입니다. 그래서 여기까지 오게 된거구요. 여기 포스팅이 다른 블로그 보다 전문적이라 쭉 읽어보기 괜찮습니다. 현직에 계신 분이 아닐까 생각되고, 설명을 쉽게 잘 써놓으셨네요.
      아, 캐나다에는 회사가 없습니다. 학교나 연구소쪽 밖에 없는데.. 이곳도 한국 못지 않게 인맥이 중요하기에....아무래도 한국의 회사로 가야되지 않을까 싶네요..
    • 일본에서 공부중
    • 2017.07.19 11:21
    안녕하세요!! 글잘보고 있습니다~~ 앗 혹시 전에 블로그에서 (형광과 인광 : 성격이 다른 두 쌍둥이 - 원리 I편)
    쓰시고 2는 안올리셨어요? 아직 ㅋ 너무 궁금해서!!
    • 아닙니다.. 꼭 올리겠습니다.. ㅋㅋ
      일을 벌리고 마무리가 안되는 성격이라는걸 블로그를 운영하면서 다시한번 몸소 깨닫고 있습니다.
    • 일본에서 공부중
    • 2017.07.19 16:08
    위의 내용과는 관계없지만요~~ 궁금한게 PL spectrum을 측정하면 반치폭을 구할수 있자나요~~~ 음 또 어떤걸 위해서 PL 을 측정하나요??? 그리고 한가지더~~ 최고 피크가 예를 들어 400nm에서 보여진다 할때 PL spectrum을 측정하니까 앞에 살짝 피크하나가 더 나왔거든요 이건 왜그런거에요?? ㅜㅡ 말이 어렵네요~~ 그냥 PL, 흡수, 인광 스펙트럼 찍고 해석 예시로 좀해주시면 안되요?? 아 너무 어렵네요~~ 나이먹고 공부하려니 ㅜㅜ
    • PL을 측정하는 가장 큰 이유는 물론 발광파장을 확인하려는 것도 있지만 다양한 물리적 해석이 가능하기 때문에 측정을 합니다. 무엇을 구하려는지 목적이 없이 측정한다면 질문하신대로 그저 파장과 반치폭이 그렇구나 하고 끝나는 데이터이지만 조금만 더 깊이 들어가도 UV/vis과 PL로 굉장히 많은 정보들을 얻을 수 있습니다.

      댓글이니 많이 예를 들지는 못하고 간단히
      예를 들어서 최근 각광받는 TADF 물질을
      PL측정한다고 하면 TADF물질은 지연형광현상을 확인해야 하기 때문에 PL을 측정시간을 매우 짧게(ns 혹은 ps)로 측정하여 단위 시간당 PL의 강도변화를 눈으로 확인하여 어느시점까지 지연형광이 일어나는지 확인할 수 있습니다.

      또한 PL측정을 통해 PLQY(photo luminescence quantum yield)를 확인해서 얼마나 이 물질이 발광을 잘할지에 대해 예측도 할 수 있습니다.

      시간이 되면 분광분석도 꼭 다루고 싶은 주제기 때문에 언젠가는 포스팅하도록 하겠습니다.
    • 그리고 질문하신 내용 중 400nm 앞에 살짝 피크가 더 나왔다고 하신 내용은 PL장비의 광원으로 사용하는 램프나 레이저 파장이 대략 350~380nm를 사용하는데 그 광원의 피크가 아닐까 생각됩니다. 매우 뾰족하고 얇게 형성되는 피크면 거의 100%입니다.
    • 일본에서 공부중
    • 2017.07.20 08:37
    앗 답글 달아줄지 몰랐는데 감사합니다~~~ LCD 공부하다가 OLED로 전환 했는데 한참배우기 시작하는데 어렵네요~~~ ㅋㅋ 앞으로 많이 도움주세용
    • 일본에서 공부중
    • 2017.07.20 08:48
    앗 1개만 더 물어볼꼐용~~ 아시는분 다들 대글 써주셔도되용~~ ^^ 음 일단 어던 두개의 물질을 각각 용액에 녹여서 아 참고로 저는 진짜 초보 OLED 입문 ㅋㅋ 입문이라하기도 머한 2주 공부한 계속 공부해 나갈 사람입니다~~~
    이어서 용액에 녹여서 abs spectrum, PL spectrum, phos spectrum은 이제 찍을 예정이고요~~ ㅋㅋ 이세가지 기계를 통해서 두물질의 특징을 유추해보라는데요~~ 위의 측정장비가 무엇인지만 알고 ㅋㅋ 비교하려는데 어렵네요~~~ 가장대표적으로 각가 장비를 통해 두물질의 특징을 알수있는 가장 대표적으로 알수 있는게 머강ㅆ을까요??
    ㅜㅜㅜ 초보같고 멍청한 질문 같지만 !!!! 너무 어렵네요
    예를 들어서 일번 물질이 2번 물질보다 PL스펙트럼이 더 뾰족하고 2번이 더 브로드해서 어쩌구 저쩌구 된다~~~
    또는 반치폭이 작기에 결론적으로 어쩌구 저쩌구 한다 이런거요~~~~ ㅋ ^^
    • 질문에 멍청한 질문은 없습니다. 당연해보이는 질문이 항상 날카롭고 중요한 질문일 경우가 더 많으니까요.

      분광분석을 할때 가장 먼저 알아야할 도표가 있습니다. 바로 자브론스키 다이어그램이라는 도표인데요. 흡수, 형광, 인광, 계간전이 등 에너지 흐름에 대해 설명해놓은 유명한 도표이지요.

      흡수 스펙트럼은 말그대로 이 물질이 흡수하는 에너지 영역을 확인해보는 겁니다. 이 스펙트럼을 분석하면 자브론스키 다이어그램 상에 S0에서 S1으로 들뜰때 필요한 에너지라는 것을 알 수있습니다. 흡수스펙트럼을 굉장히 낮은온도(0~50K수준)으로 낮추면 이 흡수 스펙트럼의 진동에너지가 낮아지면서 굉장히 샤프해지는 여러개의 피크들을 볼 수 있는데 이것이 이 분자가 C-C결합, pi결합, 기타 다양한 결합에너지가 흡수 하는 에너지라는 것을 알 수 있습니다.

      그리고 PL은 이 흡수된 에너지가 S1에서 S0로 안정화될때 내뿜는 에너지를 확인 할 수 있는데 흡수된 후 안정화 되는 과정에서 에너지를 잃기 때문에 흡수스펙트럼보다는 장파장에 PL은 형성됩니다. 유기물은 S0와 S1이 띠 형태를 이루기 때문에 HOMO와 LUMO의 값이 중요해지는데 흡수스펙트럼과 PL스펙트럼이 겹치는 파장대를 우리는 HOMO LUMO gap이라 판단할 수 있고 이는 곧 이 물질의 energy band gap이 됩니다.

      인광스펙트럼은 77K이하의 낮은 온도에서만 측정 가능하고 측정지연시간을 주어야 더 정확한 측정이 가능해집니다. 당연히 인광 스펙트럼이기 때문에 물질의 T1에너지를 구할 수 있게 됩니다.

      그런데 중요한 것은 용액상태로 측정을 하느냐 박막형태로 PL을 측정하느냐가 중요한데 대부분 입문을 용액상태로 하기 때문에 용액PL을 찍어서 얻은 데이터를 OLED소자의 데이터와 연동해서 보려는 시도들이 있는데 용액상태는 용매효과가 있어서 어느 용매에 녹여서 측정하느냐에 따라 실험 결과값이 상당히 달라집니다. 이는 감안하셔서 실험하셔야 할듯합니다.

      그리고 마지막 질문은 공부하는 학생으로써 한번 깊게 생각하시고 다시 질문하시는게 앞으로 더 도움이 될 듯 합니다. 자기 생각은 이러한데 맞는지 안맞는지가 궁금합니다라는 질문이어야 자신이 진짜 궁금한 내용인데 말씀해주신 질문은 그냥 자신이 무엇이 궁금한지도 모르고 이거 답내와요라는 식의 질문이기 때문입니다.

      더운데 타지에서 고생많으십니다. 질문은 언제나 환영이니 열심히 공부해서 좋은 연구자가 되셧음 합니다.
    • 까막눈 꼴통
    • 2017.07.20 11:31
    이곳이 언제부턴가 대화창이 됐네요 ㅎㅎㅎ
    남보르 남보르님 저를 포함한 OLED초보님들에게 이해 시켜주시고 성실한 답변 감사드립니다.
    저도 지난번에 annihilation에 대해 질문을 드렸었는데요.. 최근에 성대 이준엽교수님이 낸 논문에서 그 해답을 찾았습니다.
    annihilation과 fusion을 구분하지 못했었고 남보르님 댓글을 보고 이해를 했었구요 Adv. Optical Mater. 2017, 5, 1600901
    이 논문에 자세히 설명이 돼있더라구요 지금 세번째 읽고 있답니다. ㅎㅎㅎㅎ 항상 좋은 정보 감사드립니다.
    • ㅋㅋㅋㅋ 논문찾아서 보니깐 저자가 제 친구네요. 박사과정 중인 친군데 꼼꼼합니다. 논문은 wiley가 막혀서 제가 볼수가 없군요.. 왜 막힌건지;;; 못보니깐 더 보고 싶네요 ㅋㅋ

      아 그리고 올려드리기로 했던 포스팅은 늦어져서 정말 죄송합니다. ㅜㅜ 꼭 올릴게요

      그래도 도움이 되셧다니 다행입니다.
      • 까막눈꼴통
      • 2017.07.20 17:47
      하하하 그렇군요 역시 좁네요 좁아 ㅎㅎㅎㅎㅎ 남보르남보르님도 이준엽교수님 방에서 학위하셨나요?
    • 아니요 저는 다른 방이었습니다. ㅋㅋ

      그리고 아이디는 남보르인데 스킨이 이상한지 남보르 남보르로 나오네요.... 그냥 남보르라고 하시면 됩니다.

      웹디자인은 실력이 꽝이라 마음대로 뭘 할 수가 없네요.. 배워야 겠습니다.
    • 일본에서 공부중
    • 2017.07.24 16:12
    안녕하세여~~!^^
    저 궁금한게 있어요~~!!!
    음 왜 recombination ??? 이에요?? 이게 Re라는게 재결합이자나요~!!
    근데 한번만결합하는거 아닌가요??? 왜 re?가 붙는거에요???
    • ㅋㅋㅋㅋ 질문이 참 참신하네요.

      저도 의문을 갖지 않았던 용어인데 한번 생각해보게 되었습니다.

      엑시톤이 형성되려면 어쨋든간에 양폴라론과 음폴라론이 필요합니다.

      이 두 폴라론이 정전기적인력에 의해 엑시톤을 형성할 수 있는 거리에 도달하면 비로소 엑시톤이라 부르고 음폴라론의 전자가 양폴라론의 빈전자쌍으로 안정화되는 과정을 재결합이라 합니다.

      원래는 안정한상태였던 전자쌍이 들떠서 안정한 상태로 다시 결합하는 상황이니 재결합이라 용어를 붙이게 된것 같습니다.

      정리해보자면 두번결합해서 '재'결합이 아닌 원래하나였던 전자쌍이 다시 모이게 되어 재결합이라 부릅니다.

      헤어졌던 연인이 다시 만나게 되는 것을 재회라고 하는 이유와 같은 이유입니다.
    • OLED
    • 2017.08.17 16:30
    남보르님 안녕하세요.
    글 잘보고 있습니다. 감사합니다.

    댓글들이 궁금한것을 해소시켜줘서 참 좋네요. ㅎㅎ

    다름이 아니고, idemitsu의 TTF 는 결국, TADF를 얘기하는것같은데 맞는지요..? 혹은 요즘 수명이 짧은 TADF대신 TTA를 많이 사용한다고 하는데, 결론적으로 TTF는 TTA에 의해 소모되는 에너지가 발광(가시광)형태로 이루어진다고 말할 수 있는것인지요? TTF=TADF, TTA에 의한 발광(가시광)

    TTF라는 말은 처음봐서 ..
    • 안녕하세요.

      사실 TTA나 TTF나 같은 현상을 지칭하는 말입니다. 다수의 삼중항들이 결합되어 가시광 영역에서 발광하여 효율 증가로 이어지면 TTF,

      가시광 이외의 영역에서 발광하여 효율 저하로 이어지면 TTA라고 합니다.

      그러나 TTF와 TADF는 엄연히 다른 매카니즘을 하기는 발광현상입니다.

      음.. 약간 용어정리가 필요해보이네요.

      TTF(Triplet Triplet Fusion)은 두개 혹은 여러개의 삼중항에너지의 엑시톤들이 발광되지 않고(가시광이외의 에너지를 가져서 생김) 사라지는 것을 막아서 단일항에너지 형태로 재이용하는 현상입니다.

      그래서 삼중항끼리 결합된다고 하여 용어가 삼중항삼중항퓨젼인 것이죠. 이데미츠에서는 이 현상을 aETL 혹은 EEL이라 불리는 보조층으로 삼중항 확산을 막아서 퓨젼현상을 유도합니다.

      그리고 TTA(Triplet Triplet Annihilation)은 삼중항들이 결합하여 가시광영역 이외의 에너지로 바뀌며 소멸되는 현상으로 당연히 효율저하로 이어집니다.

      TADF는 삼중항 에너지에서 단일항에너지로 빠르게 계간전이하여 한개의 삼중항이 한개의 단일항으로 바뀐다는 점에서 TTA나 TTF와 전혀다릅니다.

      정리를 하자면 TTA, TTF는 다수의 삼중항이 단일항으로 전이되는 현상이고,
      TADF는 한개의 삼중항이 한개의 단일항으로 전이되는 현상입니다.

      좋은하루 되세용
      • TADF
      • 2017.08.18 04:29
      약간의 부연 설명을 드리자면,,
      Thermally Activated Delayed Fluorescence (TADF) 현상은 말그대로 열에너지에 의해서 삼중항에서 일중항 에너지 준위로 엑시톤이 계간전이 일어나는 현상을 말합니다. 이때 단일항-삼중항 에너지간에 차이가 매우 작아야 일어 날 수 있습니다. TTA와는 달리, 소실되는 엑시톤이 없기 때문에, 낭비 없이 (?) 모든 엑시톤를 사용할 수 있죠. 그래서 이론적으로 인광 재료와 같이 100% 양자 효율을 가질 수 있습니다.
      효율은 높으나,(이론 최대치에 달하는 각 컬러의 재료들이 개발되었습니다.) 아직 기존의 청색 형광 재료 보다 재료 안정성이 매우 떨어지기 때문에.. 현재 연구가 아직 많이 진행되고 있는 상황입니다.
    • 네 TADF님 간결하고 자세한 부연설명 감사드립니다. 자주 오셔서 도와 주시면 감사드리겠습니다. ㅋㅋ
      • 까막눈꼴통
      • 2017.08.21 13:19
      오오 점점 재미있어 지네요 ㅎㅎ
      꾸준히 들어와서 눈팅만 하고 가고있습니다. ㅎㅎ
      TADF님이 합류하면서 더 재미있어 지고 있네요 TADF는 이론적으로 100%가 가능하지만 디스플레이에서 사용하기 어려울 정도의 넓은 반치폭을 가지고 있고 약한 BDE때문에 짧은 수명이 문제인데요 최근에는 그러한 문제를 해결하기 위해서 hyperfluorescence를 이용해서 넓은 반치폭과 수명개선에 많은 연구를 하고있습니다. 아다치 그룹에서 진행을 하고있고 이준엽교수도 최근 발표 자료를 보면 이런연구에 큰 관심을 가지고 있는거 같습니다. TADF님 말씀처럼 TTA를 이용한 방법 또한 연구를 진행하고 있는것으로 알고있는데 Roll-off 문제 해결과 높은 turn-on-voltage를 해결해야 하는 문제가 있는 향후 어떻게 진행이 될런지 궁금하네요
    • 일본에서 공부중
    • 2017.08.18 14:55
    음 그러면 TTF-OLED,TADF-OLED 이거는 즉 OLED의 종류를 말하는거에요??
    LCD로 치면 IPS나 FFs와 같이 구동 방식에따라 다르자나요 즉 TTF와 TADF도 OLED안에 구동방식의 차이??
    라고 생각하는건가요??
      • 까막눈 꼴통
      • 2017.08.21 13:26
      크게 보자면 형광을 이용하느냐 인광을 이용하느냐 이구요 1세대 형광 2세대 인광을 사용했다면 3세대는 TADF를 이용하여 형광의 효율을 높이는 것이고 3.5세대 또는 4세대라 불리는 hyperfluorescence는 소량의 TADF 도판트를 형광 device(EML층에)에 도핑하여 결국 형광의 수율을 높이는 것입니다.
      참고로 일본에서 공부중님께서는 자블론스키 다이아그램을 좀 더 자세히 공부해 보시는 것이 좋을듯 합니다. 그럼 수고하세요
      • 까막눈 꼴통
      • 2017.08.21 13:36
      혹시난 해서 책 추천해 드립니다.
      광화학의 이해
      박종진,윤웅찬,강상욱 공저
      자유아카데미
      이거 보시면 아주 기초적인 개면은 잡힐거라 생각이 드네요 그럼 타지에서 힘드실텐데 화이팅입니다.
    • 다들 알아서 댓글 달아주시니깐 편하네요 ㅋㅋ 감사합니다.

      저도 광화학의 이해로 참 덕을 많이 봤는데 좋은책은 어디서든 잘 먹히나보네요.

      혹시 고려대 강상욱 교수님과 친분이 있으신가요? 강상욱 교수님과 연관된 연구실에서 많이 보는 책이라 궁금해서 여쭤봅니다.
    • 일본에서 공부중
    • 2017.08.21 14:32
    아다치 센세가 엄청 유명하군요~~~ ㅋ 오엘이디 입문 2개월째라 잘몰랐는데~~~
    엄청 유명한 분ㅇ시군요!!~~
    저희 회사내 애들이 아다치 센세랑 같이 일하고 하는데 저는 그케 유명한 분이지 저알 몰랐네요 ㅋㅋ신기하네요
    • 아 학생이신줄 알았더니 회사원이셧군요 ㅋㅋ 아다치 교수님은 이쪽계열에서 어디가서든 대접받는 분입니다. 키도교수님과 함께 일본에서 선구자역할을 많이 하셧죠.

      좋은 곳에서 일하고 계시네요 ㅋㅋ 부럽습니다.
      • 까막눈 꼴통
      • 2017.08.21 18:43
      저는 석사과정에서 OLED랑 전혀 관련이 없는 유기촉매분야를 연구했어서 강상욱 교수님은 잘 몰라요 ㅎㅎ
    • 일본에서 공부중
    • 2017.08.22 08:23
    아 유명한 분이 시군요 ㅋㅋ 넵 학생은 졸업한지 오래에용 ㅋㅋㅋ 액정 일하다가 어케어케 해서 참 OLED 공부까지 ㅋㅋ 일적으로 고객을 만나거나 해서 힘든건 없는데 OLED 분야가 생소하다보니 ㅋㅋㅋ 그게 힘이드네요~~!!!
    앞으로도 더 많이 좋은글 부탁드려용
      • 까막눈꼴통
      • 2017.08.22 09:17
      일본에서 공부중님 혹시 머 하나 여쭤봐도 될까요?
      chihaya adachi교수님이 kyulux라는 회사도 같이 하고있자네요. 그 회사에 CTO로 계신 준지 아다치라는 사람과 어떤 관계인지 궁금하네요 두분다 규슈대학에서 교수인거 같던데 회사도 같은 회사이고 이름도 아다치이던데 처음에는 같은 사람인줄 알았는데 얼굴이 달라서 다른 사람이더라구요 혹시 아시면 답변부탁드립니다. ㅎㅎㅎ아주 사소한 질문이었습니다. ㅎㅎ
    • 일본에서 공부중
    • 2017.08.23 09:21
    ㅋㅋㅋ지금 물어봤는데요~~ 여기 동료도 먼가 관계가 있는줄 알았는데요 ㅋㅋ
    전혀 관계없데요 친척도 아니고~~~~ 그냥 이름만 우연히 같다는~~~~~ ㅋㅋㅋ
    그렇네요
      • 까막눈 꼴통
      • 2017.08.24 12:36
      아 ㅎㅎㅎㅎ 그렇군요 ㅎㅎㅎㅎㅎㅎㅎ
      정말 특이한 우연이네요 ㅎㅎㅎㅎㅎ 좋은정보 감사합니다. ㅎㅎㅎ
    • 신비한OLED
    • 2017.11.20 17:48
    오호 댓글 보다보니 동문이셨네요 영광입니다(꾸벅)
    • Yns
    • 2018.07.06 10:24
    외람된 질문일수도 있는데 실리카 반도체의 경우는 들떳을때 금속과 같이 자유전자가 이동하는것인가요? 제가 생각하기에 실리카본딩은 공유결합되어있어 유기반도체와같이 전자는 소속된 자신의원자에
    있으면서 최외각전자사이의 진동을하는 전자의 에너지전달에 의해 전자의 에너지가 전달이 되야할거 같아서욥!! 아니면 전압을 걸어서 전자가 흐를수 있게 하여 반도체가 들뜬뒤 음극에서 오는 전자가 실리카의 공유결합을채워가며 전자가 이동하는것일까요??
    • 안녕하세요 무기반도체 하시는 분들이 더 잘아시겠지만 실리콘 반도체의 이동도는 n-type, p-type에 따라 전자가 주요 이동자인지 정공이 주요 이동자인지 정해집니다.

      실리콘 자체는 일반적인 유기물과 마찬가지로 전자가 이동하기 어렵습니다. 그러나 3족 원소나 5족 원소가 도핑되면서 전자의 부족함 또는 여분의 전자가 생김으로써 비로소 전하가 이동할 수 있는 특성을 지니게 되어 유기반도체와는 조금 개념이 다릅니다.
    • 2018.09.09 14:16
    비밀댓글입니다
    • 음.. 네 전자의 양자적 행동을 정확히 이해하려면 물리를 깊은수준으로 수학적으로도 완벽히 이해해야하지만 저는 그러한 수준에는 턱없이 모자랍니다.

      적어주신 내용은 제가 전달하고자하는 거의 대부분의 내용을 담고 있습니다.

      잘이해해신듯 하나 처음에 'ITO에 있는 유기물질은' 이라는 문장은 ITO 위에 증착된 유기물질이라는 뜻으로 적으신것이겠지요?

      그 외에는 잘 이해하신듯합니다.
    • LED?
    • 2018.10.29 20:27
    정말 죄송한데 이 글이랑 번인 게시글을 동시에 읽다보니 헷갈리는 부분이 있어서요 ㅜㅜ
    저는 이 게시글 보면서 음폴라론이랑 양폴라론이 전자수송의 핵심이라고 생각하고 있었는데, 번인 설명해놓은 부분 보면 음폴라론이랑 양폴라론이 마치 반응의 side product로 생각되어서요 ㅜㅜ 혹시 이부분 확실히 정리해주실 수 있나요??
    • 쉽게 정리해드리겠습니다.

      음폴라론과 양폴라론은 각 각 전자수송의 핵심이 맞습니다. 즉, 전자 수송에는 폴라론이 관여해야만 가능한 일입니다.

      그러나 번인포스팅을 보시면 폴라론이 문제가 되는 부분은 오직 발광층 내에서 생성된 라디칼, 즉 폴라론들이 문제라는 것을 알 수 있습니다.

      발광층에서 양, 음 폴라론이 효과적으로 재결합해야지 발광이 잘되는 것처럼 소자 구동 중에 발생한 라디칼 종들도 빠르게 재결합하여 소멸되어야 하는데 이 라디칼 종들의 존재시간이 길어지며 정상적인 분자결합을 공격하기 때문에 수명이 짧아지는 문제가 발생합니다.
    • physics
    • 2018.11.06 13:52
    전문적이면서 친절한 게시글 잘 보고 있습니다.^^*
    결국 폴라론이 어떤건지 확 와닿지 않아서요ㅠ
    EPC 효과에 의해 생성되는 극성을 띈 입자.. 조금더 쉽게 이해할 수 있는 방법이 있을까요 ?
    • 네 설명이 어려웠나요 ㅜㅜ

      최대한 쉽게 설명을 드리자면

      궤도함수도 파동이고, 분자의 움직임에 의해 발생되는 음파도 일정한 진동의 파동입니다.

      둘다 파동이니 중첩이나 소멸이 가능해집니다. 그래서 이 둘이 결합되면 EPC 효과라고 하고 이것에 의해 발생되는 전자쌍을 폴라론이라고 합니다.