혼합 용매를 사용한 정공수송층 및 이를 적용한 양자점발광 다이오드의 특성 향상 연구
Enhancement of Quantum Dot Light-Emitting Diodes Using a Mixed Solvent for Hole Transport Layer
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초록
본 연구는 양자점 발광소자(QLED)의 정공수송층(HTL)인 poly[(9,9-dioctylfluorene-alt-N-(4-sec-butylpheny)-diphenylamine)(TFB) 박막의 공정 특성을 향상하기 위해 chlorobenzene(CB)과 1,2-dichlorobenzene (DCB)의 혼합용매를 적용하였다. 용매의 혼합 비율에 따른 용액의 점도 변화 및 CB와 DCB의 끓는점의 차이로 인한 마랑고니 효과로 인해 스핀 코팅된 TFB 박막의 모폴로지는 단일 용매보다 더 우수한 특성을 보였다. 그 결과 DCB:CB의 혼합비율 7:3인 혼합용매를 적용한 TFB 박막에서 가장 낮은 표면 거칠기를 보였고, 이를 QLED 소자에 적용한 경우에서도 turn on 전압 감소, 최대 외부양자효율의 증가, 누설 전류의 저감과 같은 전기적 특성 향상을 보였다. 본 연구는 혼합 용매를 이용해 용액 공정의 박막 질을 향상할 수 있고, 이러한 막질 향상이 전자소자의 특성 향상에도 기여함을 보여줌으로써, 혼합 용매 기반의 공정 기술이 다양한 용액 공정 기반의 전자소자에도 폭넓게 활용될 수 있다.
Abstract
In this study, we introduce a mixed‐solvent strategy using chlorobenzene (CB) and 1,2-dichlorobenzene (DCB) to improve the film quality of the poly[(9,9-dioctylfluorene-alt-N-(4-sec-butylphenyl)-diphenylamine] (TFB), which is a typical material for the hole-transport layer (HTL) in quantum-dot light-emitting diodes (QLEDs). Variations in solution viscosity with solvent mixing ratio, combined with the Marangoni effect arising from the boiling-point difference between CB and DCB, yielded spin-coated TFB films with significantly enhanced morphology compared to those prepared using a single solvent. Notably, the TFB film fabricated with a DCB:CB ratio of 7:3 exhibited the lowest surface roughness. When this TFB HTL is integrated into QLED devices, it leads to reduced turn-on voltage, improved maximum external quantum efficiency, and suppressed leakage current. These results demonstrate that mixed-solvent engineering is a practical approach to improving solution-processed film quality and, consequently, the performance of optoelectronic devices. The findings highlight the broad applicability of mixed-solvent processing for various solution-processed electronic device technologies.