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OLED 산업의 발전에 따라 발광재료들이 화학 구조를 기준으로 하여 여러 세대를 거쳐 발전하였는데 제1세대에서는 형광 현상만을 사용하였다. 이 경우는 여기자의 단일항 (S1)에만 기인함으로 확률적으로 내부양자효율 25%에 제한되었다. 따라서 이를 극복하고자 75%의 발광확률이 더해지는 삼중항 (T1)의 인광발광재료들이 제2세대로 개발되었다. 인광발광재료는 ...

OLED 산업의 발전에 따라 발광재료들이 화학 구조를 기준으로 하여 여러 세대를 거쳐 발전하였는데 제1세대에서는 형광 현상만을 사용하였다. 이 경우는 여기자의 단일항 (S1)에만 기인함으로 확률적으로 내부양자효율 25%에 제한되었다. 따라서 이를 극복하고자 75%의 발광확률이 더해지는 삼중항 (T1)의 인광발광재료들이 제2세대로 개발되었다. 인광발광재료는 Ir, Pt 등 중원소들이 유기금속화합물로 사용되었으며 100% 여기자를 발광 프로세스에 참여시켜 내부 양자효율이 100% 까지 증가하게 되었다. 하지만 청색 인광 재료의 낮은 수명 안정성과 양자효율 및 비싼 중금속들의 사용으로 가격 경쟁면에서 새로운 OLED 발광재료의 필요성이 대두되었다. 이를 위한 발광색소가 순수 유기물질로 이루어진 TADF 특성을 이용한 제3세대 발광 재료들이며 최근 학계와 산업계에서 집중적인 연구가 진행되고 있다. 본 논문에서는 제3세대에 속하는 새로운 TADF 분자인 thioxanthen 기반의 전자받개 (acceptor)와 ∆Est 값(S1-T1 에너지 차이)을 낮추기 위하여 뒤틀린 두 개의 평면을 갖는 spiro 전자주개 (donor), 그리고 가장 기본적인 구조를 갖는 carbazole 전자주개를 조합하여 TADF 특성을 보일 것으로 예측되는 DMTD-SpiroAc와 DMTD-Cz 의 분자를 설계하고 DFT (density functional theory) 계산등 다양한 방법의 분자 계산 및 시뮬레이션을 통해 TADF 가능성을 확인한 뒤, 두 분자를 합성하였고 이들의 광학적 특성 및 TADF 특성을 비교 분석하였다. DFT 계산 결과 DMTD-Cz 와 DMTD-SpiroAc는 ∆Est 값이 각각 0.38 eV, 0.01 eV로 DMTD-Cz 보다 DMTD-SpiroAc가 TADF 특성 발현이 더 우수할 것으로 예상하였다. 이들 분자들은 우선 용액과 필름 상태에서 UV-Vis과 형광 분석을 통해 그 광학적 성질을 조사하였다. DMTD-Cz가 DMTD-SpiroAc보다 용액이나 필름 상태에서 모두 청색 이동 (blue-shift) 하는 현상을 확인할 수 있었으며, DMTD-Cz의 경우 필름상태일 때 401 nm와 528 nm에서 이중의 발광피크를 보이는 것이 확인되었다. Time-Resoved PL 실험을 통해 TADF 특성을 조사하였는데, DMTD-Cz의 경우 이들 이중 발광피크 중 528 nm에서의 발광 피크는 공액분자의 분자간 상호작용에 의해 나타나는 것으로 판단되며 이 발광피크의 수명이완 시간이 150~200 μs으로 측정되어 지연형광 현상이 존재하는 것으로 판단되었다. 그러나 DMTD-SpiroAc의 경우에는 본 실험의 조건에서 형광의 수명이완 시간이 5 μs 이하로 측정되어 TADF 특성이 나타나지 않는 것으로 이해된다. 하지만 DFT 계산에서 얻은 ∆Est값이 0.01 eV인 것을 고려하면 측정 조건을 적정화하여 측정시 TADF 특성이 기대된다.