보고서 정보
주관연구기관 |
강원대학교 Kangwon National University |
연구책임자 |
이강문
|
참여연구자 |
진성호
,
엄민식
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보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2021-08 |
과제시작연도 |
2021 |
주관부처 |
과학기술정보통신부 Ministry of Science and ICT |
등록번호 |
TRKO202200011752 |
과제고유번호 |
1711128798 |
사업명 |
나노·소재기술개발(R&D) |
DB 구축일자 |
2022-10-06
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키워드 |
청색.인광.이리듐.안정성.유기발광다이오드.Deep Blue.Phosphorescence.Iridium.Stability.OLED.
|
초록
▼
□ 연구개발 목표 및 내용
■ 최종 목표
○ 고효율 장수명 AMOLED를 위한 이리듐 기반 청색 인광 도판트(Dopant) 개발
- 이리듐 착체 기반, 열적 및 전기화학적 높은 안정성을 갖는 진청색 인광 발광체 설계
- 신규 질소-헤테로 고리 리간드 기반의 이리듐 진청색 인광 발광체 합성
- 신규 페닐-피리딘계 및 fluorine-free 피리딘-피리딘계 리간드에 전자밀도 조절 및 입체적 환경 유발 진청색 인광 발광체 설계
- 신규 bridged 이미다졸-페닐 치환기를 갖는 주리간드가 도입된 진청색
□ 연구개발 목표 및 내용
■ 최종 목표
○ 고효율 장수명 AMOLED를 위한 이리듐 기반 청색 인광 도판트(Dopant) 개발
- 이리듐 착체 기반, 열적 및 전기화학적 높은 안정성을 갖는 진청색 인광 발광체 설계
- 신규 질소-헤테로 고리 리간드 기반의 이리듐 진청색 인광 발광체 합성
- 신규 페닐-피리딘계 및 fluorine-free 피리딘-피리딘계 리간드에 전자밀도 조절 및 입체적 환경 유발 진청색 인광 발광체 설계
- 신규 bridged 이미다졸-페닐 치환기를 갖는 주리간드가 도입된 진청색 인광 발광체 설계
- 이리듐 기반 인광 발광체의 원팟(one-pot) 반응 방법 개발
- 고순도의 호모렙틱 facial 이성질체 이리듐 인광 발광체의 합성 방법 개발
- 좁은 발광 선폭을 갖는 고효율 장수명 백금 청색 발광체 개발
○ 전면 발광 소자의 제작과 평가
■ 전체 내용
○ 이리듐 착체 기반, 열적 및 전기화학적 높은 안정성을 갖는 청색 인광 발광체 설계
○ 질소-헤테로 고리 리간드 기반 이리듐 청색 인광 발광체 합성
- 열적 및 전기화학적 안정성을 위한 탈 불소화 청색 인광 발광체 개발
- 이미다졸, 벤지미다졸 및 트리아졸 등 질소-헤테로 고리화 기반의 리간드 활용
- 이리듐 착체의 높은 LUMO 수준을 기반으로 청색 인광 발광을 유도
○ 페닐-피리딘계, 페닐-이미다졸계 리간드 및 fluorine-free 피리딘
-피리딘계 기반의 이리듐 청색 인광 발광체 합성
- 전자당김 불소계 치환기, 시안기와 이미다졸 기반 carbene계 주리간드가 도입된 전자밀도가 조절된 다른 주리간드로 구성된 mixed 호모렙틱 청색 인광 발광체 개발
○ Bridged 이미다졸-페닐계 리간드 기반의 이리듐 청색 인광 발광체 합성
- 이미다졸 고리에 방향족 또는 입체적 환경 유발 치환기 도입 및 페닐 고리에 전자주게와 전자받게 치환기 도입된 청색 인광 발광체 개발
○ 이리듐 기반 인광 발광체의 원팟(one-pot) 반응 및 고온 합성 방법 개발
- 여러 단계를 거치지 않는 원팟 반응 기반 고 수율 합성 방법 개발
- 고온 합성 방법을 통해 고순도의 호모렙틱 facial 이성질체 이리듐 인광 발광체 합성
○ 좁은 발광 선폭을 갖는 고효율 장수명 백금 착체 개발
- 축합 카바졸 리간드 기반의 신규한 테트라덴테이트 청색 인광 백금 도판트 개발
○ 전면 발광 소자 제작 및 평가의 중점 연구내용: 1) 신규 합성 물질의 기본 특성 분석, 2) TOP 발광 소자 기본 구조 확립
■ 1단계
⦁ 목표
○ 고효율 장수명 청색 인광 도판트 개발
- λmax : 460 ± 5 nm, ΦPL : 60% 이상, FWHM : 70 nm 이하를 만족하는 인광 도판트 개발
- 색좌표 : (0.15, 0.18 ± 0.03), 효율 : 15 cd/A (200nit), 수명 : 12,000 시간 (@200nit)을 만족하는 청색 인광 소자 구현
⦁ 내용
○ 1단계 소자 평가 결과
- 합성 완료한 DS-PBD-001를 도판트로 이용하여 소자 기본 구조 확립 및 세부 목표 달성 완료: 수명 = 7330시간 @200 nit (56시간 @3000 nit), 효율 = 22.9 cd/A @200 nit, 색좌표 = (0.15,0.21) @200 nit.
○ TOP 소자 평가를 위한표준 소자 구조 확립
- TOP Emission 소자는 투명전극(Transparent Cathode)을 사용하여 발광빛을 전방으로 추출할 수 있었음. 이러한 전방 추출방식의 가장 큰 장점은 수명 저하 없이 공명효과(Micro-Cavity)효과를 이용하여 색순도가 높은 청색의 빛을 얻을 수 있다는 것임(CIE x= 0.12, y = 0.09). 또한, 1000nit에서 29.9 Cd/A의 고효율 소자 결과을 얻었음. 따라서 신규 개발된 청색인광 소재의 특성을 최적화하기 위해 소자 구조가 제안되었음
- TOP 소자 최적화 진행 결과, 다음과 같은 성능의 결과 확인
: 외부양자 효율: 44.3% (32.6 cd/A), 색좌표: (0.122, 0.089), 수명 9,000시간 (200nit)
■ 2단계
⦁ 목표
○ 고효율 장수명 청색 인광 도판트 개발
- λmax : 450 ± 5 nm, ΦPL : 70% 이상, FWHM : 70 nm 이하를 만족하는 인광 도판트 개발
- 색좌표 : (0.15, 0.10 ± 0.02), 효율 : 20 cd/A (200nit), 수명 : 15,000 시간 (@200nit)을 만족하는 청색 인광 소자 구현
⦁ 내용
○ 2단계 소자 평가 결과
- 합성 완료한 CN-Ir를 도판트로 이용하여 소자 기본 구조 확립 및 세부 목표 달성 완료: 수명 = 15,000시간 @200 nit, 효율 = 24.4 cd/A @200 nit, 색좌표 = (0.12, 0.12) @200 nit.
□ 연구개발성과
○ 개발 완료한 진청색 인광 도판트(Dopant)를 이용한 정성적 개발성과
- 연구 개발 목표 상회하는 결과 얻음(전류 효율 : 24.4 cd/A @ 200 cd/m2, 외부양자 효율 26% @ 200 cd/m2, 색좌표 : (0.12, 0.12) @ 200 cd/m2, 수명 : 15,000 h @ 200 cd/m2)
○ 정량적 연구 성과물
- 31건의 국제 학술지(SCI) 논문 개재 및 9건의 관련 국내 특허 출원, 1건의 관련 국내 특허 등록, 2건의 PCT특허 출원
- 기존 특허 회피가 가능한 도판트 구조 관련 지적 재산권 확보
○ 유기금속 화합물 합성 및 분석, OLED 인광 발광 전문가 21명 배출
○ 실 산업에 적용 가능한 소자구조를 바탕으로 상용화 가능
- 기술이전 및 표준화 추진 예정
□ 연구개발성과 활용계획 및 기대 효과
○ 고효율 및 장수명 진청색 인광 도판트(Dopant) 개발 관련 연구개발성과 활용 계획 및 기대 효과
- 유기금속 화합물의 광·전자특성, 구조 설계 및 합성에 관한 노하우 축적
- 화학적 접근법을 기반으로 한 상기 디스플레이 소재 관련 최신 연구 분야 수행은 아직 미흡한 수준의 국내 관련 기술 발전과 원천기술, 지적재산권을 확보, 향후 관련 디스플레이 산업 발달에 필요한 지식과 기술 전파를 이끌 수 있을 것으로 기대
- 현 과제가 응용 및 개발 초기 단계에 해당하므로, 아직 개발결과의 산업적 기여에 대한 기대 효과를 정량적으로 판단 할 수 없지만, 당초 계획된 단계적 연구 목표를 성실히 달성하였는 바, 추후 얻어질 연구개발 결과물(정성적 결과물 및 정량적 연구 수행물)이, 관련 개발분야(OLED 청색인광 소재)의 최종 목표인 기술 이전 및 상용화에 상당히 큰 영향을 미칠 것으로 판단함
- 현재까지 보고된 결과물(논문, 지적재산권 및 학술대회 발표 실적)을 통해, 당 과제의 점진적인 원천기술의 확보를 증명하였음. 이는 추후 현 과제와 관련된 모든 학계 및 산업계 연구 분야에 상당한 파급효과가 있을 것으로 예상 할 수 있음
- 특히, 본 과제에서 보여준 리간드의 중수소 치환기술 및 중수소를 포함하는 도판트 합성 방법, tatradentate 고리금속화 리간드를 기반으로 하는 백금 도판트 개발 등은 학계 및 산업계에서 모두 집중하고 있는 합성 기술이며, 기존 선행 연구와 차별화한 소재 개발의 핵심 내용이라고 볼 수 있음
- 향후 약 5년간, 지속적인 연구 성과물(논문, 특허, 사업화, 공정개발)을 보고 예정이며, 관련 최신 연구를 습득한 인력도 꾸준히 배출 예정
(출처 : 요약문 3p)
목차 Contents
- 표지 ... 1
- 요 약 문 ... 3
- 목차 ... 8
- 1. 연구개발과제의 개요 ... 9
- 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 9
- 2.1. 고효율 장수명 소자를 위한 고안정성 도판트 개발 ... 9
- 2.2. 진청색 도판트에 적용 가능한 넓은 삼중항을 갖는 호스트 개발 ... 57
- 2.3. 전면발광소자 평가를 위한 표준 소자 구조 확립 ... 62
- 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 정도 ... 65
- 4. 목표 미달 시 원인분석 ... 82
- 5. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도 ... 83
- 6. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 83
- 끝페이지 ... 86
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