스크린 프린팅에 의해 제작된 ZnS계 박막필름의 불순물 첨가에 의한 전계발광 효과에 관한 연구

Abstract

스크린 프린팅 박막 제작 방법으로 황화아연계 ZnS(Cu, Al) 박막에 카본나노튜브(CNT) 또는 전도성투명산화물(TCO)인 인듐산화물(In2O3) 이나 주석산화물 (SnO2) 불순물을 첨가하여 절연층 복합 구조 또는 절연층 분리구조를 가진 황화아연 ZnS(Cu, Al)계 전계발광소자를 각각 제작하고 불순물 첨가에 의한 전계발광 효과를 연구하였다. 전기 광학적인 특성조사를 위해 엑스레이회절실험(X-ray), 전자주사현미경(Scanning Electron Microscope), 분광실험(Photo-luminescence) 및 전계발광측정(Luminescence vs. Voltage)등의 실험을 통해 전계발광 박막필름의 구조와 구성 물질의 변화에 따른 특성 조사를 실시하였다. 전계발광 소자박막에서 가장 좋은 발광효율을 보이는 카본나노튜브(CNT) 농도는 약 0.75 atm%로서 카본나노튜브(CNT)가 없는 순수시료 보다 약 1.6배의 높은 전기전도도를 가지고 발광효율이 향상됨을 확인할 수 있었다. 한편 전도성투명산화물(TCO)가 첨가된 황화아연계 ZnS(Cu, Al) 전계발광 박막소자의 경우 인듐산화물(In2O3) 또는 주석산화물(SnO2) 불순물이 약 1 wt.%에서 약 1.2배로 향상된 전계발광효율을 관측하였다. 또한 전계박막 소자의 발광층이 복합물 구조로 형성된 1 레이어 박막 구조보다 절연층이 분리된 2 레이어 박막 구조에서 약 1.4배 상대적으로 높은 전계발광 세기를 관측할 수 있었다. 불순물 첨가에 의해 전계발광의 효율이 향상된 결과는 바륨티타늄산화물(BaTiO3)절연체 경계에 존재하는 전자들이 외부 인가전원에 의해 가속이 되어 터널링 현상을 통해 발광센터에 이르는 과정에서 발광층의 유기 바인더에 첨가 혼합된 카본나노튜브(CNT) 또는 전도성 투명 산화물(TCO)들은 외부 주입 전자들에게 발광센터에 이르는 통로를 제공함으로서 보다 많은 전자들이 황화아연 ZnS(Cu,Al)발광센터에서 전자-전공 쌍(Electron-Hole Pair)을 형성케 함으로서 발광 효율을 증대시킴을 알 수 있었다.

This research focus to characterize luminescence properties related to Carbon Nano Tube (CNT) and Transparent Conductive Oxide (TCO) like In2O3 or SnO2 being dispersedly inserted into ZnS-based EL device which are fabricated by screen printing method. More specifically X-ray, FE-SEM measurement and L-V (Luminescence vs. Voltage) are carried out to characterize electro-optical properties of ZnS-based Electro Luminescence (EL) devices depending on layered structures and material constitutions. Firstly, we confirmed that an optimum value of CNT concentration in the ZnS based EL device is about 0.75 atm. % resulting that the electric conductivity is 1.6 times higher than that of pure CNT sample. In addition, according to EL measurements, the enhance EL intensity with the dopant TCO like In2O3 or SnO2 about 1 wt % insertion is approximately 1.2 times greater than that of TCO free samples. Clearly, CNT or TCO like conductive dopant material in EL device is presenting in the luminescence process providing a pathway for the creation of hot electron but overly inserted CNT may hinder to produce the hot electron. In case of the EL structure variation under the same condition, the 2 layered EL structure having a separate dielectric layer is more stable showing that its EL intensity is 1.4 greater than that of the 1 layered structure.