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희정 준
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1 OLED 재료기술 지승배 최혜원 육경수 성균관대학교화학공학 / 고분자공학부 Materials for Organic Light Emitting Diodes Seung-Bae Ji, Hye-Won Choi, and Kyoung Soo Yook School of chemical engineering, Sungkyunkwan university Abstract: 유기전자재료를이용한유기발광다이오드는자체발광특성을가지는소자로서디스플레이산업에서차세대디스플레이로조명받은지몇년되지않아상업화되어개인휴대기기디스플레이와가정용가전기기로서활용되고있다. 본기고에서는유기발광다이오드에대한원리와재료개발동향등을소개하고자한다. Keywords: OLED, fluorescent, phosphorescent 1. 서론 1) 유기발광다이오드 (organic light emitting diodes, OLED) 는유기물을이용한자체발광소자로서디스플레이소재, 조명소재로서활용할수있으며, 이미평판디스플레이산업에서휴대폰, TV 와같은개인, 소형가전기기에사용되고있으며, 몇년전부터우리에게는 AMOLED (active-matrix organic light emitting diodes; 능동형유기발광다이오드 ) 라는이름으로잘알려져왔다. 디스플레이분야의주요경쟁상대인 LCD와비교하여 OLED는자발광특성을가지기때문에패널의단순화가가능하여제품의박막화경량화가가능한장점을가지고있다. 또한단순한구조의장점을이용한휘어지는디스플레이를넘어선접을수있는 OLED 디스플레이개발및출시를앞두고있다. 조명광원으로서 OLED는현재기존의형광등, 백열등이주류를이루는조명시장에서자리를잡고있는무기물을이용한 light emitting diode (LED) 를이어받는차세대조명으로각광받고있다. LED와 OLED 모두수은을포함하고있 저자 ( ksyook@skku.edu) 지않아친환경적이며, 전력소비가적은장점을가지고있다. LED 광원은점광원형태로조명으로이용하기위해서는매우높은휘도가필요하며이에따라눈부심, 눈의피로감을유발한다. 점광원형태의 LED광원빛을면광원형태로변환시키기위해서는부가적인기구부가필요하며빛의확산이어려운점이있고, 높은휘도로인한 LED 광원의발열을확산시킬수있는방열기구가필요하여조명기구의크기가커지는것을피할수가없다. 반면 OLED 광원은 OLED의자발광특성을이용한면광원형태의광원제작이가능하기때문에눈부심없이낮은휘도에서넓은면적을밝히는것이가능하며, 필요로하는기구부가적어디스플레이와마찬가지로경량화, 박막화가가능한장점을가지고있다. OLED는이러한디스플레이및조명에다양한장점을가지고있지만, 공정비용에의한제품가격, 재료안정성에따른제품수명등 OLED 제품의시장선점에많은어려움을가지고있다. 이러한문제점을해결하기위하여재료적인측면, 공정적인측면에서국내외기업, 연구소, 학교에서연구가활발히진행되고있다. 본기고에서는 OLED 제조공정및 OLED 재료에 KIC News, Volume 19, No. 3,

OLED 발광메커니즘 OLED의기본구조는 Figure 1에나타낸바와같이양극 (anode), 정공주입층 (hole injection layer), 정공전달층 (hole transport layer), 발광층 (emitting layer), 전자전달층 (electron injection layer), 전자주입층 (electron injection

2 Figure 1. 유기발광다이오드구조. 대하여소개하고한다. 2. 본론 2.1. OLED 발광메커니즘 OLED의기본구조는 Figure 1에나타낸바와같이양극 (anode), 정공주입층 (hole injection layer), 정공전달층 (hole transport layer), 발광층 (emitting layer), 전자전달층 (electron injection layer), 전자주입층 (electron injection layer), 음극 (cathode) 의적층형구조로구성되어있다. 전하주입층은각전극으로부터전하를전하전달층으로주입하는역할을하며, 전하전달층은주입된전하를발광층으로전달하는역할을하게된다. 발광층에서는각전극으로부터주입된정공과전자가재결합하여여기자 (exciton) 를형성하고, 여기자가바닥상태로전이하면서발광을하게된다. 이때발광층에사용되는재료에따라녹색, 적색, 청색등의발광파장이결정된다. 발광층에서생성되는여기자는전자의스핀상태에따라일중항여기자와삼중항여기자가 25% 와 75% 비율로생성된다. 일반적인유기물의경우 25% 의일중항여기자만사용하여발광하며이를형광 (fluorescence) 이라하고, 이때사용되는재료를형광발광재료라고하며, 형광발광재료를사용할경우사용되지못한삼중항여기자는발광하지못하고열등의형태로소실된다. 삼중항여기자를사용하여발광하기위해서는유기금속화합물을이용하게되며이를인광 (phosphorescence) 이라한다. 삼중항여기자를사용한발광물질을인광발광재료라고하고, 인광발광재료는일중항여기 Figure 2. 형광, 인광, 지연형광발광메커니즘. 자를계간전이 (intersystem crossing; ISC) 를통해삼중항으로변환시켜삼중항형태의발광을하게된다. 일중항여기자와삼중항여기자를모두사용하는인광발광재료를사용할경우더높은발광효율특성을구현할수있다. 또한유기금속화합물을사용하지않고삼중항여기자를일중항여기자로전환시키고, 일중항여기자의형광발광만을사용하여발광효율을증대시킬수있는방법이연구보고되었으며이를지연형광이라고한다. 열활성지연형광 (thermally activated delayed fluorescence) 은유기금속화합물과같은인광재료를이용하지않고도인광재료와동일한효율을얻어낼수있는방법으로, 일중항상태와삼중항상태의에너지차이를줄여역계간전이 (reversed intersystem crossing; RISC) 를통해이론적으로삼중항여기자를모두일중항여기자로전환하여 100% 의일중항생성이가능하다. 또다른지연형광방법으로는 triplet-triplet annihilation (TTA) 또는 triplet fusion이있으며, 이는두개의삼중항여기자의충돌을통해일중항여기자가생성되는방법으로이론적으로 62.5% 의일중항생성이가능하다. Figure 2에형광, 인광, 지연형광발광메커니즘을나타내었다 OLED 제조기술앞서언급한바와같이 OLED는다층박막적층형구조를가지고있으며재료의분자량에따라제조공정이달라지게된다. 열진공증착법은분자량이낮은저분자재료에적합한공정으로 10-6 torr 이하의고진공에서재료에열을가하면재료가기체화되어챔버내부에서분산되어상대적으 2 공업화학전망, 제 19 권제 3 호, 2016

OLED 재료기술 10-6 Figure 3. 열진공증착공정, 잉크젯프린팅모식도. 로온도가낮은기판에응축되어박막을형성하는공정이다. 열진공증착법은소자의높은수명과우수한효율특성을구현하기가용이하여현재기업에서는가장많이사용하는방법이다.

하지만열진공증착법을이용한 OLED 제조시화소패턴형성에사용되는재료의양이마스크에응축되거나, 챔버내부벽면에응축되는양보다적기때문에 10% 가량의낮은재료사용효율을보이며,

또한대면적화됨에 따른마스크처짐현상으로해상도저하가능성이크며, 이를해결하기위한 open mask 사용은 OLED 구조설계에있어어려움으로작용하고있다.

분자량이낮은재료와분자량이높은고분자재료에모두사용할수있는방법으로는용액공정법이있으며, 용액공정법의대표적인방법은잉크젯프린팅법과스핀코팅법이있다.

3 OLED 재료기술 10-6 Figure 3. 열진공증착공정, 잉크젯프린팅모식도. 로온도가낮은기판에응축되어박막을형성하는공정이다. 열진공증착법은소자의높은수명과우수한효율특성을구현하기가용이하여현재기업에서는가장많이사용하는방법이다. 디스플레이제조에있어서는화소형성을위하여미세패턴이있는 fine metal mask를사용하여패터닝하는방법을사용하게되며해상도가점차증가하고있다. 하지만열진공증착법을이용한 OLED 제조시화소패턴형성에사용되는재료의양이마스크에응축되거나, 챔버내부벽면에응축되는양보다적기때문에 10% 가량의낮은재료사용효율을보이며, 생산량증가및생산단가감소를위해서요구되는기판사이즈의증가에따른기하급수적인장비운영비용증가는생산단가를낮추는데있어난제로작용하고있다. 또한대면적화됨에 따른마스크처짐현상으로해상도저하가능성이크며, 이를해결하기위한 open mask 사용은 OLED 구조설계에있어어려움으로작용하고있다. 열진공증착법을이용한공정개발및문제해결을위해서는기업중심의연구개발이필요하며, 기업에서는열진공증착법을이용하여생산단가를낮출수있는양산공정을지속적으로개발해오고있다. 분자량이낮은재료와분자량이높은고분자재료에모두사용할수있는방법으로는용액공정법이있으며, 용액공정법의대표적인방법은잉크젯프린팅법과스핀코팅법이있다. 용액공정법은재료를용매에녹여잉크화시켜박막을형성하는방법으로잉크젯프린팅법을사용할경우재료사용효율을극대화시킬수있으며, 마스크를사용하지않고미세패턴이가능하기때문에대면적화에유리한제조법으로활용할수있다. 하지만용액공정은용매를사용하는특성상박막형성후박막내부에남아있는잔류용매와용매증발에따른막균일도저하에의해소자특성이기존의열진공증착법을이용한소자보다낮다는문제점이있다. 또한개발된재료의용매에대한용해도, 상부막용매에의해이미형성된하부막이녹을수있는가능성, 막형성후막안정성등다층막구성기술에대한연구가지속적으로필요하다. 용액공정법을이용한 OLED 제조를위해서는용액공정에적합한재료개발, 잉크기술, 박막형성기술등의개발이요구되며, 대학, 연구소, 기업이함께하는연구가필요하다고본다. 3. OLED 재료 3.1. 전하전달재료전하전달재료는각전극으로부터정공과전자를효율적으로발광층에전달해주는역할을한다. 전하전달재료는빠른전하이동특성뿐만아니라발광층의형광, 인광발광에따른적합한특성을가져야한다. 또한소자의안정적인구동을위하여높은열안정성이요구된다. 정공주입층은양극으로부터전공전달층으로 KIC News, Volume 19, No. 3,

4 (a) (b) Figure 4. a) 정공주입및정공수송재료, b) 전자수송재료. 정공을주입하는역할을하며정공주입층의 highest occupied molecular orbital (HOMO) 에너지준위는양극의일함수와정공전달층의 HOMO 에너지준위중간에위치하여야한다. 정공주입층재료로는저분자재료뿐만아니라 PEDOT:PSS, MoO 3, ReO 3, NiO X 와같은고분자, 금속산화물을사용할수있다. 정공전달층은주입된정공을발광층으로전달하는역할을하며정공전달층의 HOMO 에너지준위는정공주입층과발광층의 HOMO 에너지준위중간에위치하여야하며, 발광층으로주입된전자가정공전달층으로주입되는것을막기위하여발광층재료보다낮은 lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) 에너지준위가요구된다. 인광발광소자에서정공전달층은인광발광 재료의삼중항에너지보다높은에너지준위를가져야만발광층의삼중항여기자가정공전달층으로이동하여발광하지못하고소실되는것을막아주어높은효율특성을구현할수있다. 특히가장에너지준위가높은청색인광소자의경우정공전달층재료의삼중항에너지는 2.8 ev 이상의에너지준위를가져야지만발광층의삼중항여기자가소실되는것을막을수있다. 정공주입층과전달층의재료로는전자주개특성을가지는방향족아민계열화합물이주로이용되고있다. Figure 4 에는대표적인정공주입재료및정공전달재료의구조를나타내었다. 전자주입층은음극으로부터전자전달층으로전자를주입시키는역할을하며, Li, Ca, Mg와같 4 공업화학전망, 제 19 권제 3 호, 2016

5 OLED 재료기술 Figure 5. 녹색, 적색, 청색형광발광재료. 은낮은일함수를가지는알칼리금속이적합하다. 하지만알칼리금속은산소및수분과반응성이매우크기때문에실제사용하는데에는어려움이있다. LiF, CsF와같은금속이온형태와 Cs 2 CO 3, RbCO 3 와같은형태의화합물도사용되고있다. 전자전달층은주입된전자를발광층으로주입시키는역할을하며, 발광층으로전자를주입하기에적합한 LUMO 에너지준위를가져야한다. 또한발광층으로부터정공이전자전달층으로주입되는것을막기위하여발광층의 HOMO 에너지준위와차이가커야한다. 인광발광소자에사용되는전자전달층은인광발광소자에사용되는전공전달층과마찬가지로발광층에서생성된삼중항여기자보다높은삼중항에너지를가져야한다. 전자전달층재료로는전자받개특성을가지고있는헤테로방향족화합물들이주로이용되며, 피리딘, 트리아진, 옥사디아졸등이대표적인예이다. Figure 4에는대표적인정공수송재료와전자수송재료의화학구조를나타내었다 발광재료발광층에사용되는재료에따라녹색, 적색, 청색의발광파장이결정되며, 재료의발광메커니즘에의해인광, 형광발광이구분된다. 발광층의구조는색순도향상과효율특성향상을위하여단일재료보다는호스트에서생성된여기자가도펀트로전이하여발광하는시스템인호스트 / 도펀트시스템을주로이용한다. 형광발광재료의발광파장은공액정도와재료의극성에따라결정된다 형광발광재료 OLED 개발초기가장먼저개발된재료는 Alq 3 로 1987년코닥에서개발발표하였다. 단독발광층으로사용될경우녹색발광하는특성을가지고있으며, 녹색, 적색형광발광호스트로도사용이가능한재료이다. 잘알려진형광녹색도판트로는 C545T가있으며, Alq 3 를호스트로사용하여 23.4 cd/a의발광효율을나타내었다. 적색형광발광재료는코닥, 미쓰비시, 소니등의기업을중심으로개발되었으며, DCJTB가적 KIC News, Volume 19, No. 3,

6 색발광재료로서가장대표적인재료이다. 하지만 DJCTB는넓은발광파장으로색순도가좋지못하고발광효율이낮아활용이어려운문제가있다. 적색발광재료로서 DDP, DBP와같은재료가알려져있으며, 황색발광특성을가지는재료로는미쓰비시에서개발한 Rubrene이가장잘알려져있다. 적색형광발광재료의경우확장된파이전자를통한분자간의상호작용으로발광효율의감소와넓은발광파장으로낮은색순도를가지는문제가있다. 이러한적색형광발광재료의특성을개선하기위하여파이전자의공액구조를유지하면서도분자간상호작용을최소화할수있는재료들이개발되었으나, 현재산업에서는적색발광재료로서인광발광재료를사용하고있는실정이다. 형광발광재료중청색형광발광재료는가장활발히연구가진행되고있는재료이다. 주로극성을가지지않는아로마틱구조로되어있다. 청색형광발광재료의중심구조로는안트라센, 파이렌, 크리센, 플루오렌, 스틸벤구조가주로사용된다. 위의중심구조에다양한치환체를사용한청색형광발광재료들이다수발표되었다. 대표적인청색형광발광재료로는안트라센구조의 2, 6, 9, 10번탄소위치에치환체를사용한구조의형광발광재료들과, 스틸벤구조에다이페닐아민, 카바졸과같은치환체를사용한구조가다수개발되었다. 국내외대학및연구소에서청색형광발광재료에대한개발을꾸준히진행하고있고, 청색형광발광재료에대한기술을보유하고있는삼성 SDI, LG 전자, Dow 케미컬등의국내기업과이데미쓰고산, UDC, 코닥등의국외기업에서도청색형광재료에대한필요성을인지하고연구개발을지속하고있다. 이러한이유는디스플레이화소및조명용백색광을구현하기위한청색발광재료의수명및효율이녹색및적색발광재료에크게미치지못하기때문이다. 지금까지발표된청색형광소자의효율특성은 9.0 cd/a, 수명특성 10,000 h로, 색좌표 (0.14, 0.12) 로녹색, 적색발광재료에비하여그특성이그게떨어지는실정이다 인광발광재료인광발광재료는 75% 의삼중항여기자와계간전이를통해삼중항여기자로전환될수있는 25% 의일중항여기자를모두사용하여발광하기때문에이론적으로 100% 의내부양자효율을구현하는것이가능하다. 삼중항여기자를사용하기위해서는일반적인유기물을사용하기어려우며, 원자번호가큰전이금속이포함된유기금속화합물을주로사용한다. 인광발광재료로가장많이사용되는금속은이리듐 (Ir) 이며, 그외백금 (Pt), 유로피움 (Eu), 오스뮴 (Os), 터븀 (Tb) 등이나 Ir을제외한금속의경우발광효율이낮아현재까지는산업에서사용하지않고있다. Ir 유기금속화합물의입체구조는팔면체구조를가지며, 주리간드로만이루어진화합물과주리간드와보조리간드로이루어진화합물을합성하는것이가능하다. Ir 화합물의주리간드구조로서페닐피리딘구조가가장많이연구개발되었다. 주리간드를통해발광재료의색조절이가능하며, 페닐부분의전자밀도를증가시키거나피리딘부분의전자밀도를낮추게되면발광파장이장파장영역으로이동하게되고, 페닐부분의전자밀도를감소시키거나피리딘부분의전자밀도를증가시키면발광파장이단파장영역으로이동하게된다. 보조리간드를통해서는수나노미터의미세한발광파장조절이가능하며, 공액구조가확장된보조리간드는발광파장을장파장영역으로이동시키며, 입체장애구조를가지는보조리간드발광파장을단파장영역대로이동시킨다. 일반적으로주리간드만을가지는 Ir 유기금속화합물이보조리간드를가지는유기금속화합물보다열역학적으로안정성이우수하다고알려져있으며, 산업에서는이러한주리간드로만구성된인광도판트재료를사용하는것이적합하다. 하지만주리간드만을사용하는구조는재료의합성이어려운단점이있다. Figure 6에녹색, 적색, 청색인광도판트의화학구조와최대발광피크를나타내었다. 가장잘알려진인광녹색도판트인 Ir(ppy) 3 는 510 nm의 6 공업화학전망, 제 19 권제 3 호, 2016

7 OLED 재료기술 Figure 6. 주요인광도판트화학구조및최대발광파장. 최대발광피크를나타내며, 주리간드의피리딘부분의전자밀도를감소시킨구조의 Ir(piq) 3 는 615 nm의최대발광피크를나타낸다. 주리간드와보조리간드를함께사용한 (ppy) 2 Iracac는 516 nm의최대발광피크를나타낸다. 또한동일한보조리간드를가지는구조에서주리간드의전자밀도조절을통해도판트재료의최대발광피크가장파장영역으로이동하는것을확인할수있다. 녹색과적색인광발광재료의경우기존의형광발광재료를대체할수있는우수한효율특성과장수명특성을보여주고있다. 하지만우수한효율특성으로형광재료를대체할것이라고예측되었던청색인광재료의경우개발초기낮은효율과짧은소자수명개선을위하여다양한인광발광재료가개발되었으나, 아직제품에적용할수있는소자수명특성은보여주지못하고있다. 청색인광도판트로가장잘알려진재료는 FIrpic이며, 470 nm의최대발광파장을나타낸다. FIrpic은청색발광재료이기는하나색순도가좋지못하여색 순도를향상시킬수있는단파장영역발광이가능한재료들이개발되었으며, 그림에나타난 FIr6, FIrN4와같이보조리간드로크기가큰구조를사용함으로서단파장으로발광영역을조절할수있었다. 또한 FIrpic 구조에서주리간드의페닐부분의전자밀도를감소시킬수있는 -CN 기를사용한 FCNIrpic 구조에서최대발광파장 458 nm를나타내었다. 리간드구조로서페닐피리딘이외에이미다졸, 카벤을활용할수있으며이를이용한도판트재료들도개발이진행되고있다 인광호스트재료형광발광재료를대체하기위하여다양한인광발광재료와함께인광호스트재료도개발되고있다. 특히청색인광호스트재료에대한연구가활발히진행되었으며, 높은효율특성을보이는재료들이다수보고되었다. 인광호스트재료의단일항에너지와삼중항에너지레벨은인광도판트재료의에너지레벨보다높아야한다. 호스트재 KIC News, Volume 19, No. 3,

8 료의에너지레벨이도판트에너지레벨보다낮을경우발광층내부에서도판트로부터호스트로역전하이동이발생하게되며, 삼중항여기자가발광할수없는일반유기물구조를가지는인광호스트에서삼중항여기자소멸이발생하게된다. 또한소자의안정적인구동과우수한효율특성구현을위하여호스트재료는높은열안정성과박막균일도, 발광층내부로균형적인전하주입을위한바이폴라 (bipolar) 특성이요구된다. 호스트재료의바이폴라특성은각전하전달층으로부터정공과전자를효율적으로발광층으로주입할수있는특성을말하며, 이는유기발광소자의효율과직접적인관계가있다. 정공전달특성을가지는단위와전자전달특성을가지는단위를이용하여호스트재료의바이폴라특성을구현할수있으며, 다양한바이폴라특성을가지는인광호스트가개발되고있다. 녹색및적색인광호스트재료로가장많이알려진재료는카바졸구조를포함한 CBP이며 2.6 ev의삼중항에너지레벨을가지고있어녹색및적색인광호스트재료로적합한에너지준위를가지고있지만, 낮은열안정성 (T g = 62 ) 특성을가지고있으며짧은소자수명특성으로사용에어려움을가지고있다. 이를개선하기위한구조로서 CBP의카바졸에위치한수소를 CN으로치환한구조의결과가보고되었으며, 열안정성이크게개선 (CBP-CN, T g = 162 ) 될뿐만아니라소자효율특성도개선된결과를보여주고있다. 카바졸구조이외에도플루오렌및스파이로바이플루오렌구조를가지는호스트재료들이개발되어오고있다. 녹색및적색인광재료의경우산업에적용하기적합한우수한효율특성과수명특성을구현한재료들이개발되어사용되고있다. 녹색인광재료의경우 78 cd/a의효율특성, 400,000 h의수명특성을, 적색인광재료의경우 24 cd/a의효율특성, 900,000 h 수명특성이보고되었다. 청색인광호스트재료는인광호스트재료중개발이가장활발히진행되고있는재료이다. 청색인광호스트로사용하기위해서는호스트재료 가 2.7 ev 이상의삼중항에너지를가져야한다. 높은삼중항에너지를구현하기위한구조로서카바졸, 실란, 포스핀옥사이드등의구조가주로발표되었다. 청색인광호스트로가장많이사용되는재료는 mcp이며, 높은삼중항에너지 (2.9 ev) 를가지고있으나낮은열안정성 (T g = 55 ) 및짧은소자수명으로산업에적용하기는어려운재료이다. mcp를호스트로사용한소자에서는청색인광소자에서 20% 이상의양자효율을보이는결과가다수보고되었다. mcp 구조는카바졸로이루어져있어정공수송특성을가지고있으며, mcp 구조의카바졸단위에전자수송특성을가지는포스핀옥사이드단위을치환한 mcppo1가보고되었으며, 보고된재료는 3.0 ev의높은삼중항에너지레벨을나타내었으며, 진청색인광도판트인 FCNIrpic를사용한소자에서 31.0% 의높은발광효율특성을보여주었다. mcp 구조의페닐기에포스핀옥사이드단위를치환한 DCPPO가보고되었으며 Tb 인광도판트를사용한구조에서 15% 의발광효율을나타내었다. 높은삼중항에너지를가지는페닐카바졸단위를가지는구조에포스핀옥사이드, 피리딘과같은전자전달특성을가지는단위를적용한 PPO2, PPO27과같은호스트재료도개발되었으며, 바이폴라특성을나타내었으며진청색도판트인 FCNIr을사용한구조에서 18.4% 의발광효율을나타내었다. CBP는청색호스트로사용하기에는낮은삼중항에너지를가지고있으나카바졸이메타위치로치환된 mcbp의경우 2.8 ev의삼중항에너지를가지며, 청색인광호스트로사용할경우소자의수명특성이개선되는결과를나타내지만효율특성이우수하지못한특성을보여준다. mcbp 구조에서카바졸을피리도인돌로치환한 CzBPCb, CbBPCb의경우발광층내부의전자주입특성을개선할수있었으며 FIrpic를도판트로사용한구조에서 30% 의높은발광효율을나타내었다. 실란단위를호스트에적용할경우 Si에의해공액구조가끊어져호스트재료의넓은밴드갭과높은삼중항에너지구현이가능하다. 실란단위 8 공업화학전망, 제 19 권제 3 호, 2016

9 OLED 재료기술 Figure 7. 청색인광호스트재료. 를적용한 UGH1, UGH2, UGH3와같은재료들이보고되었으며, 3.4 ev 이상의높은삼중항에너지를가지는것이확인되었다. 하지만 UGH 계열의호스트재료는 7.0 ev의깊은 HOMO에너지준위를가지고있어정공전달층으로부터발광층으로정공의주입이어려운단점을가지고있다. 실란계열호스트로서 BSB도보고되었으나 Si 단위에의한공액구조가끊어지는특성은발광층의전하이동도특성을크게감소시켜소자의발광특성을감소시키게된다. 스파이로바이플루오렌구조는청색인광호스트에적합한삼중항에너지를가지며, FIrpic 인광도판트를사용할수있다. 포스핀옥사이드단위를스파이로바이플루오렌의치환체로사용한구조에서는삼중항에너지감소가없으며, 전자전달특성을나타내었다. 포스핀옥사이드단위한개를가지는 SPPO1의경우 FIrpic를사용한구조에서 19.2% 의발광효율을나타내었다. 이와유사 한형태인포스핀옥사이드치환체개수및위치에따른청색인광호스트가개발되었다. 카바졸화합물, 실란화합물, 스파이로바이플루오렌화합물등다양한구조의청색인광재료들이개발되었으나, 이러한청색인광재료를이용한소자의수명특성이산업에적용되기에는턱없이부족한수준을보이고있다. 우수한효율특성과수명특성을함께구현하기위해서는전기적, 화학적, 열적으로안정한신규화학구조의발광재료및호스트재료개발이필요하다. 또한고효율특성을나타내기위해서는발광층내부의전하균형을조절하는것이필요하며, 바이폴라특성구현을통해이를해결할수있다. 일반적으로바이폴라특성을구현하기위해서는정공수송특성을가지는단위인카바졸, 다이페닐아민, 인돌등과같은전자주개단위와전자수송특성을가지는단위인피리딘, 피리미딘, 트리아진, 포스핀옥사이드, 옥사다이아졸, 벤조퓨란등과같은전 KIC News, Volume 19, No. 3,

10 자받개단위를조합할수있다. 녹색, 적색, 청색발광재료에적합한일중항에너지와삼중항에너지를가지도록분자설계가필요하다. 4. 결론 OLED의발광메커니즘, 소자제조방법, 유기발광재료에대하여소개하였다. OLED는디스플레이와조명분야에적용가능한기술로서, 디스플레이분야에서먼저상용화되어길지않은시간동안제조공정분야, 재료분야에서많은발전이이루어졌지만, 조명분야까지상용화를위해서는아직도많은공정개발과재료개발이필요로하다. OLED가가지고있는장점인경량성, 형태의자유성은휴대용개인디스플레이, 대형디스플레이, 조명분야뿐만아니라적용가능한다양한시장을가지고있으며, 시장을선점하기위해서는, 저가양산이가능한공정개발, 낮은소비전력구현이가능한재료의개발이필요하다. 특히새로운화학구조를가지는재료에대한원천기술선점이필요하며, 이는발광재료에국한되지않으며, 이를위해서는 OLED 소재에대한관심과연구가지속적으로필요하다고본다. 참고문헌 1. Y. Tao, C. Yang, and J. Qin, Organic host materials for phosphorescent organic lightemitting diodes, Chem. Soc. Rev., 40, (2011). 2. S. Kim, B. Kim, J. Lee, H. Shin, Y.-I. Park, and J. Park, Design of fluorescent blue light-emitting materials based on analyses of chemical structures and their effects, Mater. Sci. and Eng. R, 99, 1-22 (2016). 3. H. Zhang, Q. Fu, W. Zeng, and D. Ma, High-efficiency fluorescent organic lightemitting diodes with MoO 3 and PEDOT:PSS composition film as a hole injection layer, J. Mater. Chem. C, 2, (2014). 4. I. Omae, Application of the five-membered ring blue light-emitting iridium products of cyclometalation reactions as OLEDs, Coor. Chem. Rev., 310, (2016). 5. D. Sun, Z. Ren, M. R. Cryce, and S. Yan, Arylsilanes and siloxanes as optoelectronic materials for organic light-emitting diodes (OLEDs) J. Mater. Chem. C, 3, (2015). 6. X. Yang, X. Xu, and G. Zhou, Recent advances of the emitters for high performance deep-blue organic light-emitting diodes, J. Mater. Chem. C, 3, (2015). 7. G. Yu, F. Ding, H. Wei, Z. Zhao, Z. Liu, Z. Bian, L. Xiao, and C. Huang, Highly efficient terbium(iii)-based organic light-emitting diodes obtained by exciton confinement, J. Mater. Chem. C, 4, (2016). 8. Y. Liu, L.-S. Cui, X.-B. Shi, Q. Li, Z.-Q. Jiang, and L.-S. Liao, Improved host material for electrophosphorescence by positional engineering of spirobifluorene-carbazole hybrids, J. Mater. Chem. C, 2, (2014). 9. L. Xiao, Z. Chen, B. Qu, J. Luo, S. Kong, Q. Gong, and J. Kido, Recent progress on materials for electrophosphorescent organic lightemitting devices, Adv. Mater., 23, (2011). 10. F. Monti, F. Kessler, M. Delgado, J. Frey, F. Bazzanini, G. Accorsi, N. Armaroli, H. J. Bolink, E. Ortí, R. Scopelliti, Md. K. Nazeeruddin, and E. Baranoff, Charged biscyclometalated iridium(iii) complexes with carbene-based ancillary ligands, Inorganic Chemistry, 52, (2013). 11. K. S. Yook and J. Y. Lee, Organic materials for deep blue phosphorescent organic light- 10 공업화학전망, 제 19 권제 3 호, 2016

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유기 발광 다이오드의 전하주입 효율 향상을 통한 발광효율 향상 연구

유기 발광 다이오드의 전하주입 효율 향상을 통한 발광효율 향상 연구 - i - - ii - - iii - - iv - - v - - vi - 그림차례 - vii - - viii - - 1 - 5). - 2 - - 3 - 유기발광다이오드 ( 고분자또는저분자 ) 무기발광다이오드 (p-n junction LED) - + cathode ETL EML HTL HIL anode 발광 두께 : 100 ~ 200 nm 양극 ( 투명전극,