안녕하세요~ Show 할로파파입니다~ :) 오늘은 " OLED 발광재료 기술개발 현황 및 전망"에 대한 정보를 공유해보도록 하겠습니다. 정보전달의 순서는 1. OLED 발광 소재 현황 2. OLED 발광 재료의 기술 및 동향 3. 청색 인광 도펀트 개발 동향 4. 청색 TADF 재료 개발 동향 5. 4세대 디스플레이로 주목받는 Hyperfluorescence 순으로 진행하도록 하겠습니다.  1. OLED 발공 소재 현황1) 개요 - OLED를 이용한 디스플레이는 일반적으로 적색과 녹색, 청색의 세 가지 색을 각각 부픽셀(sub-pixel)로 구성한 하나의 화소(pixel)를 구성하고 있으며 AM(Active matrix) 구동 방식을 이용하여 TFT(Thin film transistor)가 각각의 픽셀을 제어함. OLED는 TFT 스위칭을 이용한 전류 제어를 통해 밝기를 조절하는 전류 구동 방식을 사용하기 때문에 주입된 일정 전류에서 나타내는 밝기 즉, 전류 효율(cd/A) 값이 중요한 요소로 작용함. 이외에도 색 특성, 수명, 구동 전압 등의 여러 가지 특성들 또한 고려해야 함 - 상기 기재된 특성들을 고려하여 가장 중요하게 개발되어야 하는 것은 OLED에 사용되는 발광 소재(Dopant, 도펀트)임. 발광 소재는 하기 [그림 1]과 같이 엑시톤(Exciton)의 사용에 따라서 형광(Fluorescence)과 인광(Phosphorescence)로 나눠지며, 이때의 차이는 삼중항 에너지의 활용 유무에 따름 2) 양산 기술에 적용되는 OLED의 현황 - 디스플레이 기술이 발전함에 따라 OLED의 특성 또한 계속해서 개선되었으며, 현재 양산 기술에 활용되는 OLED의 각 픽셀의 특성은 아래 [표1]와 같음 [표 1] 양산에 사용되는 OLED 각 픽셀의 색별 특성 현황 정리 (전면발광 기준)
- 현재 모바일 기기에 주로 사용되는 OLED는 각 픽셀의 세 가지 색상이 각각 (0.67, 0.33), (0.21, 0.71), (0.14, 0.05)로 모두 미국 텔레비전 방송방식 표준화 위원회(National television system committee, NTSC) 기준에 부합하는 색 특성을 가짐. 이는 표현할 수 있는 색 영역이 넓음을 의미하며 사람이 더 자연스럽게 인식할 수 있도록 함 - OLED에서는 효율 향상을 위해 기존 양자 수율 25%의 형광이 아닌 100% 활용 가능한 인광을 사용하며, 상기 표에서 볼 수 있듯이 적색과 녹색 OLED 소자에서는 인광을 사용하는 것을 확인할 수 있음. 특히 OLED 제작 시 마이크로 캐비티 효과(Micro-cavity effect)를 이용하는 전면 발광 방식 구조를 도입하여 배면 발광 구조 대비하여 더 높은 정면 효율 및 색 순도 특성 확보함. (70 cd/A(적색)), 130 cd/A(녹색)) 같은 인광임에도 효율의 차이가 나는 것은 두 색의 시감도가 다르며 칸델라(candela, cd)는 이 값에 영향을 받기 때문에 나타나는 차이임. 반면 청색은 인광 상태에서의 낮은 안정성으로 현재 형광을 사용하고 있으며, 소자에서의 낮은 양자 수율과 시감도로 인하여 가장 낮은 효율 값 (6 cd/A)을 보임 - 적색과 녹색의 OLED 소자는 상대적으로 낮은 엑시톤 에너지를 필요로 하기 때문에 재료가 안정적이며, 각각 3,000 nit 및 5,000 nit 조건에서 LT95가 수 천 시간 이상의 장수명 특성을 보임. 반면 청색은 높은 에너지로 인해 상대적으로 불안정하며, 이는 적색과 녹색 OLED 소자 대비하여 낮은 1,000 nit 기준 LT95 500시간 정도의 수명 특성을 나타냄 2. OLED 발광 재료의 기술 및 동향1) 적색과 녹색 발광 소재 기술 - OLED 개발 초기에는 유기물의 컨쥬게이션(Conjugation) 길이 변화에 따른 밴드갭 조절로 발광 재료의 색을 조절하였으며, 형광을 이용한 재료가 주로 개발되었음. 하지만 낮은 효율과 짧은 수명으로 개발에 한계가 있었으며, 인광 발광 소재가 등장함에 따라서 점차 사용하지 않게 되었음 - 인광을 이용하는 적색과 녹색의 발광 소재는 금속과 유기물의 착체 형태로 이루어져 있으며 중원소 효과(Heavy atom effect)로 금속과 유기물의 스핀-오비탈 결합(Spin-orbital coupling, SOC)이 효과적으로 이루어지는 현상이 발생함. 여기서 상온에서 고효율 특성을 가질 수 있는 인광이 발생하며, 이 현상을 활발하게 일으키는 재료들의 연구를 많이 진행하고 있음. 가장 대표적인 재료로는 금속인 이리듐(Iridium, Ir)의 중원소 효과를 활용한 Ir 인광 도펀트임 - [그림 2]의 구조는 대표적인 Ir 도펀트 Ir(piq) 3와 Ir(ppy)3를 나타내고 있음. 두 재료는 각각 초기에 적색과 녹색 인광 재료로 등장한 대표적인 물질들로 OLED 소자 제작 시 적절한 효율과 색좌표를 가지지만, 낮은 수명 특성을 보임. 이 재료들을 기반으로 유기물 구조 (리간드, ligand)를 개선하여 재료의 좋은 특성을 확보하려 하였음 ① 페닐기(Phenyl)나 t-부틸기(Tertiary-butyl)와 같은 작용기를 리간드 끝단에 달아주어 재료의 퀜칭을 막아줄 수 있으며, 이는 양자 수율 증가 및 수명의 증가를 일으킴 ② 착체를 형성하는 리간드의 변경을 통해 색의 튜닝이 가능하며, 기본적인 리간드 외에 보조 리간드(Ancillary ligand)의 적용을 통한 색 특성 및 수명 특성의 개선이 가능함 - 특히 UHD (Ultra high-definition) TV의 보급과 함께 기존의 NTSC 색좌표에서 더욱 넓은 색 영역을 가지는BT2020 색좌표를 만족시키기 위해서는 현재 도펀트에 전면 발광 구조를 도입해야 가능함. 이를 개선하기 위해 스펙트럼의 반치폭을 좁게 하여 색 순도를 높이는 방향으로 소재의 개발이 진행되고 있음 [그림 3]. 이를 통해 배면 발광 구조에서도 넓은 색 영역을 가지는 소자의 제작이 가능함 - Ir 외에 가장 흔히 쓰이는 중금속으로는 백금(Platinum, Pt)이 있음. 과거에는 Pt 착체가 형성하는 특유의 사면체 구조로 인한 엑시머(Excimer) 형성 및 퀜칭 효과의 증가로 사용이 줄어들었음. 하지만, 최근에는 다시 활발하게 연구되고 있으며, Ir 착체 위주인 인광 재료를 대체할 수 있는 대체제로 떠오르고 있음 2) 청색 형광 소재 기술 - 광발광(Photoluminescence)현상은 1965년에 최초로 안트라센(Anthracene)을 이용한 형광 재료에서 청색 영역의 발광 스펙트럼을 구현함. 이후 다양한 구조의 청색 형광 소재가 많이 개발되었음. 하지만 적색, 녹색과 달리 짧은 컨쥬게이션 길이와 높은 엑시톤 에너지를 필요로 하여 일반적으로 짧은 수명 특성을 가짐 - 기존의 형광 재료는 일본의 재료 기업인 이데미츠 코산에서 개발한 파이렌(Pyrene) 링 구조를 기반으로 한 재료가 주를 이루었음. 하지만 파이렌 기반의 재료는 상기 [그림 4]와 같이 장파장 영역에 숄더 피크가 있기 때문에 배면 발광 소자에 적용할 경우 0.11 내외의 CIE y 색좌표를 보이는 한계가 있음. 현재 파이렌 링 주변에 다양한 작용기의 변경을 통해 숄더 피크의 세기를 최소화하여 색순도와 효율 특성을 증가시키려는 노력을 계속 진행하고 있음 - 최근 갤럭시 S10 시리즈부터는 일본의 재료 기업인 JNC에서 개발한 붕소(Boron, B)가 포함된 링 구조의 다브나 - 하지만 두 형광 재료 모두 일본의 재료 기업이 특허권을 소유하고 있으며, 발광층에 함께 사용하는 호스트(Host) 재료 또한 동일 기업에서 독점 공급하는 중임. 따라서 비슷한 특성을 보이면서도 새로운 구조를 갖는 형광 도펀트를 개발하여 청색 형광 재료의 국산화를 추진해야 함 - 동시에, 청색 발광 재료의 경우 형광의 낮은 효율로 인해 인광과 열활성지연형광(Thermally activated delayed fluorescence, TADF)의 개발이 활발하게 이루어지고 있으며 향후 개발이 주목되고 있음 3. 청색 인광 도펀트 개발 동향1) 개요 - 적색과 녹색 발광 영역은 이미 인광 기반의 도펀트 재료를 상용화했으나, 청색 영역은 미흡한 색특성과 수명 특성으로 인해 낮은 효율의 형광 도펀트 재료를 사용하고 있음. 따라서 지연형광 또는 인광 등의 고효율을 낼 수 있는 재료 개발이 시급한 상황임 - 인광 도펀트는 Ir 혹은 Pt 등의 중금속을 이용한 계간전이 과정으로 100%의 내부 양자효율을 낼 수 있어 고효율이 가능하다는 장점이 있음. 하지만 지금까지 개발된 고효율 재료는 주로 청색 혹은 하늘색의 발광 특성을 가지며, 실제 디스플레이 업계에서 요구하는 진청색 특성의 발광을 만족하면서 고효율 및 장수명 특성을 보이는 인광 재료 개발은 여전히 진행되고 있음 2) Ir기반의 청색 인광 도펀트 물질 - 진청색 영역의 인광 도펀트 재료를 개발하기 위해 기존의 피리딘링 기반의 리간드를 이미다졸(Imidazole), 트리 아졸(Triazole) 혹은 N-헤테로사이클릭 카빈(N-Heterocyclic carbene, NHC) 리간드 등로 변경하여 LUMO(Lowest unoccupied molecular orbital, LUMO) 레벨을 올려 밴드갭(Band gap)을 증가시킬 수 있음 - 2018년 Huang 교수 연구팀은 메틸기(-Methyl)가 달린 트리아졸 링과 페닐(Phenyl) 링에 전자 끌개 그룹(Electron withdrawing group)을 치환하였으며, 이는 밴드갭을 증가시켜 진청색 영역의 발광을 구현하는 Ir(fdpt)3와 Ir(dpt)3 도펀트로 보고되었음. Ir(fdpt)3의 경우 최대 양자 효율 22.5% 및 CIE 좌표 (0.15, 0.11)의 고효율 진청색 발광을, Ir(dpt)3의 경우 최대 양자 효율 21.9% 및 CIE 좌표 (0.15, 0.21)의 청색 발광을 나타냄 - 최근에는 NHC로 치환하는 디자인 전략이 주로 사용되고 있음. 2018년 colman 교수 연구진은 NHC 리간드를 이용해 y=0.05의 진청색을 보이는 Ir 기반의 인광 도펀트 물질을 보고함. NHC 리간드와 CF3를 파라 혹은 메타 위치로 벤젠고리에 달아 진청색 발광을 확보하였으며, CF3가 메타 위치로 달린 Ir-2의 경우 광양자효율이 72%에 달함. 소자 적용시 CIE 좌표 (0.154, 0.052)와 최대 양자 효율 13.4%를 달성함 4) - 2020년 진성호 교수 연구팀은 NHC 리간드에 페닐기를 바깥으로 달아 농도 소강을 줄이는 전략을 도입함. 그 결과 mer-Ir1 도펀트는 95%의 높은 광양자효율을 달성하였으며, 도핑 농도 조절을 통해 소자의 charge balance를 최적화, 최대 양자 효율 24.8%를 달성함. 이때의 CIE 좌표는 (0.149, 0.085)로 효율과 색특성을 모두 달성하여 카빈 계열 Ir 도펀트 물질의 가능성을 보여줌 - 하지만 트리아졸 및 카빈 계열 등의 Ir 기반 인광 도펀트 물질의 경우 청색 구현을 위해 사용되는 CF3 등의 치환기는 수명에 악영향을 끼치는 것으로 보고됨 - 또한, 60 nm 이상의 넓은 반치폭을 가지기 때문에 y 좌표가 0.1 내외인 진청색 특성을 만족하려면 EL 스펙트럼의 최대 파장이 450 nm 이하인 단파장 영역임. 이는 넓은 자외선 (Ultrviolet, UV) 영역 발광과 더불어 높은 삼중항 에너지로 인해 사용 가능한 호스트 물질의 제한이 크다는 단점이 있음 3) Pt기반의 인광 도펀트 물질 - Pt을 인광 도펀트 재료에 사용하면 분자의 모양이 평면 사각형으로 판상구조를 쉽게 형성할 수 있어 분자간 결합체인 엑시머(excimer) 등이 쉽게 생기고, 발광 효율이 좋지 않다는 의견이 많았음 - 하지만, 최근 Jian Li 교수 연구팀을 필두로 이러한 한계점을
재료 디자인 전략을 통해 충분히 극복할 수 있음을 보여주었으며, Ir 기반의 인광 재료에 비해 반치폭이 좁아 오히려 수명과 색특성에 유리할 수 있다고 보고됨. - 2014년 Jian Li 교수 연구팀은 피라졸 기반의 고효율, 진청색의 테트라덴테이트 Pt 인광 도펀트인 PtON1-tBu과 PtON7-dtb를 보고함. 피리딘에 tert-butyl을 달아 색특성을 향상시켰으며, 그 결과 반치폭이 20 nm 내외로 매우 얇아짐. 하지만 PtON1-tBu의 경우 CIE 좌표 (0.151, 0.098)의 진청색 발광이 가능했으나, 최대 양자 효율은 5.3%에 불과함. PtON7-dtb는 최대 효율 24.8%에 CIE 좌표 (0.146, 0.088)의 진청색 발광을 구현하여 Pt 기반의 인광 도펀트의 가능성을 보여주었음. 하지만 고전류 밀도에서 효율이 급격히 강하하는 롤오프(Roll-off) 특성이 심하여 수명 특성은 좋지 않았을 것으로 보임 - 2016년 Jian Li 교수 연구팀은 테트라덴테이트 6각형 구조의 Pt 인광 도펀트인 PtNON을 보고함. 기존의 5각형 구조에서 6각형 구조로 변형시킴으로써 다소 색이 장파장으로 이동했지만, 전기적 안정성이 증가됨. 그 결과 최대 양자 효율 24.4%에 CIE 좌표 (0.18, 0.31)을 달성했으며, 수명 구조에서 1,000 nit 조건에서 LT95는 약 30시간에 달했음. 기존의 인광 도펀트에 비해 많이 개선되었지만 양산에 적용되기에는 아직 절대적으로 부족하여 여전히 많은 연구가 필요함 - 2018년 강영진 교수와 연구팀은 테트라덴테이트 구조에 바이피리딘 리간드를 치환한 형태의 Pt 인광 도펀트를 개발함. 바이피리딘 리간드 형태를 취함으로써 색순도를 증가시켰으며, 플로린(-F) 혹은 알콕시(-RO) 그룹을 추가하여 삼중항 에너지를 조절함. 그 결과 Pt-10은 최대 양자 효율 17.6%에 CIE 좌표 (0.15, 0.29)를 보였으며, 도펀트 Pt-11은 최대 양자 효율 15.6%에 CIE 좌표 (0.15, 0.28)을 보임 - 미국의 재료 회사인 UDC는 2010년에 들어 Pt 관련 인광 도펀트 특허 수가 급격하게 늘고 있으며, 학계 또한 Ir 기반에서 Pt 기반의 중금속을 사용하는 인광 도펀트 개발의 비율이 증가하고 있음 - 학계의 전반적인 인광 도펀트 개발에 따라, Pt를 이용한 인광 재료의 색특성이 많이 개선되었음. 효율 특성은 현재 사용되고 있는 형광 재료에 비해 약 4배 가량 높지만, 수명 특성이 여전히 1/10 수준도 만족시키지 못하는 상황임. 현재 업계에서는 비교적 낮은 삼중항 에너지를 요구하는 Pt 기반의 인광 재료의 개발에 가능성을 두고 개발을 진행하고 있음 [표 2] 대표적인 인광 도펀트 특성
4. 청색 TADF 재료 개발 동향1) 청색 TADF 발광 메커니즘 - TADF는 단일항과 삼중항 사이 에너지 차이(ΔEST) 를 작게 만들어 상온의 열 에너지로 역항간전이(Reverse Intersystem Crossing, RISC)를 통해 중원소 효과 없이도 삼중항 에너지를 사용할 수 있음. 이 때 작은 ΔEST는 전자 공여체(Donor)와 전자 수용체(Acceptor)를 동시에 배치하여, 재료 내의 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)와 LUMO를 분리해줌으로써 만들 수 있음 2) 붕소를 활용환 TADF 재료 - 최근에는 붕소를 활용한 TADF 물질들이 많이 보고되고 있음. 붕소는 높은 양자 효율을 보이며 약한 전자 수용체로 작용하기 때문에 고효율의 청색 발광 재료에 적용하기에 적합함. 이때 붕소를 적용한 TADF 물질은 크게 전자 공여체-전자 수용체(Donor-Acceptor) 구조의 TADF와 앞서 설명한 다중 공명 효과를 이용한 MR-TADF로 나눌 수 있음 - 전자 공여체-전자 수용체(Donor-Acceptor) 구조의 TADF ① 2019년 권장혁 교수 연구팀은 붕소 기반의 PXB 전자 수용체를 이용한 TADF 물질을 보고함. 그 중 PXB-DI 는 최대 양자 효율 37.4%의 높은 효율을 보였지만, CIE 좌표는 (0.16, 0.34)로 하늘색 영역이고, LT95는 약 10시간 내외임 ② 더불어, 권장혁 교수 연구팀은 새로운 붕소 기반의 전자수용체인 TDBA를 보고함. 보고된 TDBA-DI는 최대 양자 효율 38.2% 현재까지도 청색 영역에서 최고 효율을 보여주고 있으며, CIE 좌표는 (0.15, 0.28)임. 하지만 수명은 LT95 = 2.6시간으로 여전히 짧음. TDBA-Ac는 대칭적인 구조를 통해, 반치폭이 좁은 특성을 보여주며, (0.15, 0.06)의 진청색과 함께 21.6%의 효율을 달성함. 하지만 삼중항 에너지가 너무 높아 단수명을 보여줌 ③ 2020년 권장혁 교수 연구팀은 기존의 TDBA 전자 수용체에서 약한 부분을 제외한 DBA 전자 수용체를 보고함. DBADI - 다중 공명 효과 (Multi-Resonance effect, MR)를 활용한 TADF ① 전자 공여체와 전자 수용체로 구성된 TADF는 charge transfer 발광으로 인해 넓은 반치폭 특성이 나타나게 되고 이는 색순도를 감소시키는 문제를 야기함. 2016년 하타케야마 교수 연구팀은 이를 극복할 수 있는 전략으로 다중 공명 효과를 도입하고 DABNA라고 명명함. 다중 공명 효과는 질소와 붕소 원자를 번갈아 배치시켜 원자수준에서의 HOMO와 LUMO를 분리하는 방법임. 그 결과 반치폭이 감소하였고, 이는 높은 색 순도를 구현함 ② 2016년 하타케야마 교수 연구팀은 DABNA-1와 DABNA-2를 보고하였으며, DABNA-1은 최대 양자 효율 13.5% CIE 좌표 (0.13, 0.09), 반치폭 28 nm를 구현함. 이후 2019년, 동 연구팀에서 더 개선된 MR-TADF인 v-DABNA를 보고하였음. v-DABNA는 최대 양자 효율 34.4% 및 CIE 좌표 (0.12, 0.11)의 특성을 보여주었으며, 특히 반치폭이 18nm 밖에 되지 않아 고색순도를 보여주었음. 2020년 아다치 교수 연구팀은 exciplex 호스트를 적용하여 v-DABNA의 수명을 늘렸으나, LT95이 20 시간 내외로 여전히 상용화 재료에 비해 1/20 이하의 짧은 수준임 - 다중 공명 효과를 이용한 TADF는 기존의 D-A 구조의 TADF보다 단일항과 삼중항 사이에 에너지 차이가 크기 때문에, 삼중항 여기자 수명이 길어, roll-off 특성이 심하고, 그로 인한 열화 메커니즘에 의해 낮은 수명 특성을 보임. 하지만 삼중항을 이용하지 않는 단순 형광 재료로 사용하는 경우 LT95가 약 500시간으로 양산에 적용될 만큼 충분한 장수명 특성을 보이며, 좁은 반치폭 특성 및 높은 광 양자효율 특성이 뛰어나기 때문에 소자적으로 엔지니어링하여 개발을 진행 중임 3) 비 붕소 계열의 TADF - 진청색을 위한 약한 전자 수용체로서 DPS 같은 설폰 계열, 벤조나이트릴 계열 등이 적용된 TADF 역시 활발히 개발 중임. 대표적인 설폰 계열 전자 수용체를 사용한 TADF는 DMAC-DPS가 있으며, 최대 양자 효율 19.5% 및 CIE 좌표 (0.16, 0.20)의 진청색을 나타냄. 하지만 약한 결합 세기와 긴 엑시톤 수명으로 인해 구동 수명은 LT95 1시간 이내로 상당히 낮음 - 벤조 나이트릴 계열 TADF로는 p4TCzPhBN 및 3Cz2DPhCzBN 등이 있음. 2018년 아다치 교수 연구팀은 RISC의 속도를 빠르게 만드는 전략을 통해 개발한 3CzDPhCzBN을 보고함. 최대 양자 효율이 20.9%이고 LT95의 수명특성이 400시간 이상으로 장수명 특성을 보여줌. 하지만 CIE 좌표가 (0.21, 0.44)로 청색보다는 녹색에 가까움 - 2020년 리안 두안 교수 연구팀은 기존 벤조 나이트릴에 추가적인 페닐링을 치환하여 진청색 발광 영역대로 옮기는 전략을 통해 p4TCzPhBN을 보고함. 최대 양자 효율이 22.%이고 CIE 좌표가 (0.17, 0.21)의 청색 영역 발광을 구현함. 하지만 수명은 LT95가 3시간 이하로 상용 형광 재료를 대체하기에는 여전히 매우 짧음 4) 장수명 청색 TADF의 현황 - 현재까지 청색 TADF 최대 양자 효율은 많은 재료들이 20%를 넘을 정도로 많이 개선되어져 왔으나 수명 특성은 여전히 상용 수준에 비하면 1/20 정도임. 수명이 긴 TADF라고 알려진 DBA-DI 나 3Cz2DPhCzBN의 경우 하늘색 혹은 녹색에 가까운 발광 영역임 - 2018년 독일의 재료기업인 CYNORA가 발표한 청색 TADF 수준은 양자 효율 24%에 y좌표 0.15임. 더불어, 2019년 일본의 TADF 개발 기업 중 하나인 Kyulux가 발표한 청색 TADF 특성 또한 최대 양자 효율 18% 및 y 좌표 0.15의 고효율 및 청색 영역이지만 두 재료 모두 LT95의 수명이 10시간 정도로 색특성을 만족시키면서도 장수명 특성을 만족시키려면 여전히 연구가 많이 필요함 [표 3] 장수명 TADF 재료 현황
5. 4세대 디스플레이로 주목받는 Hyperfluorescence1)기존 기술의 단점을 보완한 신개념 디스플레이 기술 - 기존의 형광 재료는 단일항 여기자만을 이용하므로 최대 외부 양자 효율이 크게 떨어지는 한계가 있음. 청색 인광 재료는 형광 재료와 비교하여, 높은 효율을 가진다는 장점은 있으나, 아직까지 색순도와 수명 면에서 형광에 미치지 못함. 함께 활발하게 개발되고 있는 TADF 역시 단가 및 고효율 달성 가능성 면에서 주목받고 있으나 분자 내의 CT 특성으로 인해 낮은 색순도와 긴 삼중항 여기자 수명으로 인한 단수명 특성으로 여전히 형광 재료를 대체하기에는 미흡함 - 이를 극복하기 위하여 학계 및 기업체 등에서 활발하게 Hyperfluorescence (HF) 기술을 연구하고 있음. 본 기술은 아래에 나타낸 도식과 같이 인광 혹은 TADF 물질이 생성 가능한 내부 양자 여기자를 일반 형광 소재로 전달시켜 최종 발광체가 아닌 에너지 전달 매개체로 사용하는 방식임 - 본 기술을 이용해 이상적으로 에너지가 전달될 경우 고 효율, 고 색순도를 가진 장수명 소자를 달성할 수 있어 청색 발광 영역 뿐만 아니라 녹색과 적색 발광 영역까지 학계 및 산업계에서 활발하게 연구를 진행 중임 2) 청색 HF 기술 현황 - 2018년 Andrienko & Lovrincic 연구팀에서 Ir을 바탕으로 한 인광 재료의 여기자 에너지를 매개체로 이용하여 만든 청색 HF 연구를 보고함. 파이렌 계열의 형광 도펀트를 적용하여 최대 양자 효율 10.4% 및 CIE y좌표 =0.27을 구현함. 소자 수명은 LT95 약 60시간 정도임 - 2019년 Jian Li 교수 연구팀은 Pt 기반의 안광 재료인 PtNON과 TBPe 형광 도펀트를 적용하여 청색 HF소자를 제작함. 최대 양자효율 16.9% 및 CIE 좌표 (0.16, 0.25)를 달성함. 소자 수명은 LT95 약 35시간 정도임 - 지연형광 기반 HF의 경우 일본의 Kyulux 社에서 활발히 연구를 진행하고 있음. 2019년 SID에서 Kyulux 社가 공개한 청색 HF 개발 결과 43 cd/A의 효율과 23 nm의 좁은 반치폭 특성을 가지며 수명 특성은 LT95 약 120시간을 달성함. 그러나 EL 스펙트럼의 피크가 470 nm로 다소 장파장 쪽에 있어 진청색 특성은 아직 확보되지 않음 3) 녹색 및 적색 HF 기술 현황 - 2019년 SID에서 일본의 SEL社는 Ir 기반 인광 물질을 에너지 전달 매개체로 하여 신규 개발한 형광 도펀트를 적용하여 녹색 HF 소자를 개발함. 개발된 소자는 최대 양자 효율 23% 및 CIE 좌표 (0.38, 0.61)이며, 수명은 5,000nit 기준 LT95 약 2,800시간을 기록하였으며, 양산의 수준의 절반 이상으로 추후 양산 적용의 가능성을 보임 - BT2020 구현을 위해 녹색과 적색 발광 영역에도 HF 관련 연구가 진행 중에 있음. 특히 붕소 기반의 좁은 반치폭을 갖는 보디피(Boron-dipyrromethene, BODIPY) 계열의 녹색 혹은 적색의 형광 도펀트를 적용한 HF 소자 기술 개발이 활발히 연구되고 있음 - 2020년 중국의 Lian Duan 교수 연구팀에서도 보디피를 이용한 형광 도펀트를 개발하여 녹색 HF 기술을 발표함. 개발된 도펀트는 녹색 TADF 재료인 4CzIPN를 에너지 전달 매개체로 이용하여 최대 양자 효율 19.0% 및 CIE 좌표 (0.26 0.67), - 2019년 IDW에서 일본의 Idemitsu 社와 TORAY 社는 공동 연구를 통해 신규 TADF 기반 보디피 형광 적색 HF 소자를 개발했다고 공개함. 최대 양자 효율 16.5% 및 CIE 좌표 (0.68, 0.32), 반치폭은 42 nm로 상용 인광 재료에 비해 우수한 색 순도를 보였음. 또한 소자의 수명은 3,000 nit 조건에서 LT95 약 1,200 시간으로, 상용 수준의 절반 가량으로 우수한 결과를 보임 4) HF 기술의 현 수준과 가능성 - 이처럼 HF 소자는 모든 영역의 파장대에서 활발하게 연구가 진행되고 있으며 특히 녹색과 적색 등은 색 특성 및 수명 면에서 양산 가능성을 보이는 만큼 상용화를 위하여 더 활발한 소재 연구가 필요함 - 하지만 청색 영역은 여전히 수명 특성에서 상용 재료 대비 1/5 수준이며, 색특성까지 고려한다면 그보다도 낮은 수준임. 따라서 발광층을 구성하는 재료의 안정성 확보를 위한 재료 디자인 전략 및 소자 엔지니어링 등의 기술 개발이 절실함 최신의 발광재료는 일본업체가 제안한 고색순도화 재료를 빠르게 상용화하기 위해 국내업체의 분발과 국산화가 필요한 상황이라고 합니다. 특히, 청색 발광 재료는 일본업체 및 일본 관련 업체가 독점하고 있어 국산화 추진이 필요한 실정이라고 합니다. OLED발광 재료의 국산화를 위한 기업의 경쟁력 강화에 우리나라 정부의 노력이 필요할 것 같습니다. 이 또한 소재/부품/장비의 국산화 및 기술경쟁력 강화가 필요한 이유가 아닐까 싶습니다. 오늘도 감사합니다. 유익한 정보가 되셨을 바랍니다. ^^ |
OLED 재료 동향 - OLED jaelyo donghyang
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