용액공정 기반 고효율 형광 유기발광 소자 개발

국내 연구진이 차세대 디스플레이로 주목받는 유기발광소자의 효율을 3배 이상 향상시킬 수 있는 고효율 형광 유기발광소자를 개발했다.

단국대 고분자공학과 이준엽 교수, 조용주 박사과정 연구원(제1 저자) 및 육경수 교수가 공동으로 참여한 이번 연구는 미래창조과학부와 한국연구재단이 지원하는 중견연구자지원사업 및 교육부와 한국연구재단이 지원하는 일반연구자지원사업의 지원을 받았고 연구결과는 재료 분야 국제학술지 어드밴스드 머티리얼스(Advanced Materials)지 10월 15일자에 게재되었다.(논문제목 : High Efficiency in a Solution-Processed Thermally Activated Delayed-Fluorescence Device Using a Delayed-Fluorescence Emitting Material with Improved Solubility)

용액공정을 이용하면 기존 진공증착 공정에 비해 유기발광소자를 대면적으로 만들기 쉽고 공정이 비교적 단순해질 것으로 기대를 모으고 있다.

하지만 기존 형광 발광물질을 이용, 용액공정에서 소자를 제조할 경우 효율(외부양자효율)이5%에 불과한 수준으로 진공증착 공정으로 제조할 경우 효율 20%에 미치지 못하는 것이 문제였다.

연구팀은 기존 용액공정용 형광소자보다 3배 이상 개선된 고효율(외부 양자효율 18.3%)의 형광 유기발광소자를 개발하였다. 기존 구조에 비해 알킬기를 치환기로 도입하여 용해도를 개선하였다. 또한 지연 형광 현상을 유도해 고효율을 구현하기 위하여 도너–억셉터 구조로 구성되는 분자 구조를 도입하였다.

향후 디스플레이의 대형화를 위한 대형 유기발광소자의 실용화를 앞당기는 데 기여할 것으로 기대된다.

유기용매에 잘 녹는 새로운 형광 발광물질을 개발하여 소자의 필름표면 코팅이 매끄럽게 이뤄지도록 해 효율저하를 극복했다.

또한 강한 전자 주게–전자 받게 구조를 도입, 지연형광현상을 유도함으로써 효율을 개선할 수 있었다. 전자 주게–전자 받게 구조는 단위체를 말하며, 전자를 다른 단위체에 주는 성질을 가진 단위체와 잘 받는 성질을 갖는 단위체를 뜻한다.

이 교수는 “향후 소자의 효율뿐 아니라 소자의 수명도 개선하기 위한 신규 물질 개발과 용액공정에 적합한 소자 구조 개발로 용액공정용 고효율 형광 유기발광소자를 상용화하기 위한 후속연구를 지속할 계획”이라고 밝혔다.