[논문]OLED용 지연형광 소재의 연구 동향

이주영

doi:10.31613/ceramist.2019.22.3.01

OLED용 지연형광 소재의 연구 동향
Research Trends of Thermally Activated Delayed Fluorescence Materials for Organic Light-Emitting Diodes 원문보기

세라미스트 = Ceramist, v.22 no.3, 2019년, pp.218 - 229

이주영 (경희대학교 정보디스플레이학과)

Abstract ▼ AI-Helper

The development of highly efficient thermally activated delayed fluorescence (TADF) materials is an active area of recent research in organic light emitting diodes (OLEDs) since the first report by Chihaya Adachi in 2011. Traditional fluorescent materials can harvest only singlet excitons, leading to the theoretically highest external quantum efficiency (EQE) of 5% with considering about 20% light out-coupling efficiency in the device. On the other hand, TADF materials can harvest both singlet and triplet excitons through reverse intersystem crossing (RISC) from triplet to singlet excited states. It could provide 100% internal quantum efficiencies (IQE), resulting in comparable high EQE to traditional rare-metal complexes (phosphorescent materials). Thanks to a lot of efforts in this field, many highly efficient TADF materials have been developed. This review focused on recent molecular design concept and optoelectronic properties of TADF materials for high efficiency and long lifetime OLED application.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

하지만 이 분야는 아직 연구 초기 단계이기 때문에 발전 가능성은 크다. 본 글에서는 이들 발광 소재 중 최근에 활발히 연구가 진행된 지연형광 유기소재와 개발 현황을 소개하고자 한다.
⁶⁾ 이후 많은 TADF 소재가 개발되었고, 대부분 효율이 유기금속착체인 인광 소재와 동등한 수준을 보였다. 이러한 TADF 소재들을 대표적인 전자받게의 구조별로 개발 동향을 정리했다.
짧은 기간 동안에 다양한 구조의 TADF 소재가 개발되었고, 본 기고에서는 이들 중 구조적으로 특징을 갖는 물질들을 중심으로 살펴 보았다. 초기 물질들은 TADF 특성이 낮았지만, 이후 다양한 분자 디자인 기술이 개발되어 현재 상용화된 인광소재와 동등 이상의 특성을 보이는 여러 TADF 소재가 개발되었다.

대상 데이터

Diphenyl ketone은 카르보닐기의 전자를 강하게 받는 특성으로 TADF 소재의 전자받게로 사용이 되었다. Fig.

성능/효과

전자주게로는 Carbazole을 사용하여 다양한 TADF 발광 소재를 만들었고 TADF 효율이 이전에 비해 크게 향상되었다.¹⁰⁾ 4CzIPN의 경우는 PLQY가 94%로 아주 높았다. ΔE_ST 또한 Carbazole 기들이 dicyanobenzene 평면과 배향이 크게 달라 세 물질의 ΔE_ST는 0.
18) 비고리 구조의 보론 전자받게를 사용한 PXZMes3B의 경우도 PLQY가 92%로 대단히 높고 ΔEST가 0.07 eV로 작았고 EQE는 22.8%로 이 물질 또한 우수한 TADF 특성을 보였다.
8%로 이 물질 또한 우수한 TADF 특성을 보였다.¹⁹⁾ 다른 예로 DMAC-PXB와 같이 고리형 보론 전자받게를 사용하고 전자주게를 다른 위치에 도입한 ACRPOB는 PLQY가 100%이고 청색이면서 EQE도 21.7%로 아주 높았다.²⁰⁾ 또 다른 독특한 구조의 DABNA-1은 다중 공명구조를 가지고 있는데 LUMO는 보론과 보론의 ortho, para 위치의 탄소에 있고, HOMO는 질소와 보론의 meta 위치의 탄소에 있다.
8%로 대단히 높고 roll-off도 아주 낮았다.²²⁾ 또 다른 소재인 TDBA-DI는 대칭적이고 rigid한 bicyclic 보론 전자받게를 사용하고 전자주게로는 Diindolocarbazole을 도입한 것이 특징적인데, 이 물질은 청색이면서도 PLQY가 99%, EQE가 38.15%로 아주 뛰어난 TADF 특성을 보였다. 이렇게 높은 효율은 CzDBA와 마찬가지로 높은 PLQY, 이중(쌍)극자배열, 그리고 빠른 RISC때문이다.
4%)도 향상되었다.²⁵⁾ Ac-OSO도 DDMA-TXO2와 동일한 Acceptor를 갖고 있으나 Donor를 하나만 넣은 물질로 DDMA-TXO2와 마찬가지로 EQE (20.5%)가 향상되었다.²⁶⁾
19는 Diphenyl ketone과 전자주게로 Carbazole 또는 Phenoxazine을 도입하여 만든 다양한 TADF 소재를 보여 준다.²⁷⁾ 전자받게 및 전자주게의 구조에 따라 색상을 조절할 수가 있었고 TADF 특성이 다르게 나타났다. Carbazole일 경우는 PL 파장이 444 nm로 청색이고, Phenoxazine의 경우는 Ketone 기의 수에 따라 색상이 다르게 나타났다.
발광 소재의 발광 색상은 Carbazole의 수나 치환기를 변경해 조절할 수 있었다. 2CzPN, 4CzIPN, 4CzTPN-Ph의 색상은 각각 청색, 녹색, 오랜지색이었다 (Fig. 9). 녹색인 4CzIPN의 경우 EQE가 19.
8) 이를 개선하기 위해 유사하게 Spiro 구조를 가진 Spiro-AC를 개발하였고, 이 물질은 ΔEST가 0.028 eV로 더 작고 PLQY도 67.3%로 높아 EQE도 10.1%로 크게 향상되었다.
이후 Diphenyl sulfone 구조를 고리화하여 개선된 TADF 특성을 보이는 물질 두 가지가 보고되었다. DDMATXO2는 DMAC-DPS의 diphenyl sulfone acceptor 구조를 고리화한 물질로 색 순도 (465 nm)가 DMAC-DPS (480 nm) 보다 개선되었고, EQE (22.4%)도 향상되었다.²⁵⁾ Ac-OSO도 DDMA-TXO2와 동일한 Acceptor를 갖고 있으나 Donor를 하나만 넣은 물질로 DDMA-TXO2와 마찬가지로 EQE (20.
03 eV로 아주 작았다. 결과적으로 이 물질을 사용한 청색 소자의 EQE는 15.1%로 비교적 높았다.¹⁸⁾ 비고리 구조의 보론 전자받게를 사용한 PXZMes3B의 경우도 PLQY가 92%로 대단히 높고 ΔE_ST가 0.
RISC 속도가 빨라지면 발광층 내에 삼중항 여기자가 줄어들어, 여기자의 소멸이 줄고 수명은 길어진다. 결국 하늘색인 3Ph2CzCzBN의 EQE는 16.6%, LT₉₀는 38시간으로 우수한 특성을 보였다.
Biphenyl 기반의 두 물질, CzBPCN와 CNBPCz는 전자주게의 위치에 따라 물질의 특성이 많이 다른데, Carbazole이 biphenyl의 ortho 위치에 있을 경우는 biphenyl의 회전장벽이 훨씬 커지는 “Donor interlock” 특성을 가진다. 따라서 CzBPCN은 CNBPCz에 비해 발광 파장은 각각 453 nm, 458 nm로 거의 동일하지만, EQE는 14.0%, 4.8%로 크게 다르고 반측 폭 또한 48nm, 76 nm로 크게 달랐다.

후속연구

하지만 수명에 대한 연구는 아직 별로 이루어지지 않았다. 따라서 TADF 소재의 상용화를 위해서는 향후 연구는 TADF 소재의 수명 연장에 집중할 필요가 있다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	OLED의 장점은 무엇인가?	OLED 기술은 1987년 Tang과 VanSlyke에 의해 최초로 개발된 이후 많은 발전을 이루어 현재는 모바일 및 TV에 상용화되었다. OLED는 기존의 LCD와 달리 자발광이라는 특징 때문에 백라이트가 필요 없고 시인성이 좋으며 응답속도가 빠르고 시야각이 넓은 장점을 지닌다. 또한 고체 상태로 제작되므로 플렉시블 디스플레이로 제작이용이한 장점을 가지고 있어 차세대 디스플레이로 주목을 받고 있다. 그러나 발광 소재의 스펙트럼과 효율, 안정성에 의해 결정되는 최대 밝기 및 색 재현율은 무기물 발광소재를 쓰는 LCD가 유기물 발광소재를 사용하는 OLED 보다 더 우수하다.
	OLED 기술은 누가 개발하였나?	OLED 기술은 1987년 Tang과 VanSlyke에 의해 최초로 개발된 이후 많은 발전을 이루어 현재는 모바일 및 TV에 상용화되었다. OLED는 기존의 LCD와 달리 자발광이라는 특징 때문에 백라이트가 필요 없고 시인성이 좋으며 응답속도가 빠르고 시야각이 넓은 장점을 지닌다.
	열 활성 지연형광 소재는 OLED의 어떤 점을 해결하기 위해 연구되는 중인가?	현재 OLED에서 적색과 녹색 발광 소재는 효율 및 수명이 뛰어난 인광 소재를 사용하는 반면, 청색은 효율이 낮은 형광 소재를 사용하기 때문에 전력 소모가 크다. 이를 극복하기 위해 최근 열 활성 지연형광 (thermally activated delayed fluorescence, TADF) 소재가 활발히 연구되고 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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