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Synthesis and characterization of organic electroluminescent materials = 유기 발광 재료의 합성 및 특성에 관한 연구
서명 / 저자 Synthesis and characterization of organic electroluminescent materials = 유기 발광 재료의 합성 및 특성에 관한 연구 / Byung-Jun Jung.
저자명 Jung, Byung-Jun ; 정병준
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2004].
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DCH 04009

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초록정보

Generally, OLEDs are thin-film multi-layer structures composed of a hole-transporting, an emitting, and an electron-transporting material sandwiched between two electrodes, which result in a good charge balance of electrons and holes. Moreover, the buffer layer was inserted between ITO and hole-transporting layer to lower the operating voltage. In this thesis, the fluorene-based poly(iminoarylene)s with triarylamine unit were simply synthesized from palladium-catalyzed polycondensation of 2,7-dibromo-9,9-di-n-alkyllfluorene with primary amines such as aniline and p-toluidine. The polymers with high molecular weight were obtained and were thermally stable. The HOMO levels of the polymers (~ -5.1 eV) were close to the work function of ITO. Organic light-emitting diodes (OLEDs) of the form ITO/polymer/TPD/$Alq3_$/LiF/Al showed lower turn-on voltage ($V_T$ = 2.2V), the enhanced efficiency, and the higher maximum luminance at the higher current density (PFA1: 12370cd/㎡ at 427mA/㎠) than those of the device without polymer ($V_T$ = 3.6V, 5790cd/㎡ at 233mA/㎠). It is expected that these polymers can be used as a buffer layer in OLEDs. For full color displays, red, green and blue OLEDs should have high luminance, high efficiency, appropriate chromaticity, and long lifetimes. The performances of green and blue OLEDs have been improved up to the requirements of practical applications, but red OLEDs continue to exhibit poor color purity and low efficiency. First, the bis-condensed 4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-[p-(dimethylamino)styryl]-4H-pyran (DCM) derivatives are introduced as a new class of red dye for OLEDs. They showed more red-shifted emission than the mono-substituted DCM derivatives and the emission maxima increased as the electron-donating ability of the aromatic donor group increased. On the basis of these results, red OLEDs were fabricated with bis-condensed DCM derivatives as red dopants. For a device of configuration with ITO/TPD/$Alq_3$ :DADB (5.2wt%)/$Alq_3$/Al, pure red emission was observed with Commission Internationale de l`Eclairage (CIE 1931) coordinates of (0.658, 0.337) at mA/㎠. Moreover, we have demonstrated red OLEDs with high performance by using hole electron injection layer and electron injection layer. The devices were doped with the red dopant DADB and have a structure of ITO/m-MTDATA/NPB/ $Alq_3$ :DADB(x wt%)/$Alq_3$/LiF/Al. As the doping ratio of DADB in the OLEDs was increased from 0.7 wt% to 1.3 and 2.0 wt%, the electroluminescence spectrum was increasingly red-shifted and the efficiency decreased. In particular, the device doped with 0.7 wt% DADB exhibited a longer wavelength of red emission and a higher efficiency than the device doped with 1.0 wt% DCJTB, although the device doped with 0.7 wt% DADB exhibited some emission due to $Alq_3$ because of the less efficient energy transfer from $Alq_3$ to the red dopant at this dopant concentration. The device doped with 0.7 wt% DADB and using $Alq_3$ as an emitting layer exhibited a maximum brightness of 23800 cd/㎡ at 14.4 V and a maximum external quantum efficiency (ph/el) of 3.97%. Also, I have synthesized novel bis-DCM derivatives as candidate red dopants for use in OLEDs, by introducing various donor-substituted aryl rings. Compared to DCJTB (621 nm), the novel dopants (637 ~ 677 nm) showed more red-shifted emission in 1,2-dichloroethane. Using bis-DCMNEtOBu as a dopant, we fabricated OLEDs with the configuration ITO/m-MTDATA/NPB/ $Alq_3$ :bis-DCMNEtOBu (x wt%)/ $Alq_3$ /LiF/Al. The device with a doping concentration of 1.25 wt% showed pure red emission at $λ_max$ = 654 nm (chromaticity coordinate: x=0.67, y=0.33) and a brightness of 2500 cd/㎡. The chromaticity coordinates were almost independent of current density. Moreover, highly efficient red emission (x=0.63, y=0.36) was obtained in the 0.74 wt% doped device. The maximum external quantum efficiency was 4.46 % at 7 V, the current efficiency was 3.43 cd/A, and the power efficiency was 1.64 lm/W. The highest brightness of 8300 cd/㎡ was obtained at 19.6 V.

일반적으로 유기EL소자는 주입되는 정공과 전자의 균형이 맞도록 양전극사이에 정공수송층, 발광층, 전자수송층이 적층된 구조를 갖는다. 추가로 ITO전극과 정공수송층 사이에 구동전압을 낮추기 위애 버퍼층이 삽입된다. 본 논문에서는 팔라듐 촉매를 사용하여, 2,7-다이브로모-9,9-다이알킬플루오렌과 아닐린 혹은 p-톨루이딘 같은 1차아민을 축합중합시켜 트리아릴아민기를 포함한 플루오렌계 폴리이미노아릴렌을 합성하였다. 높은 고분자량을 나타내었으며, 열적으로 안정하였다. 고분자의 HOMO 에너지 준위는 -5.1 eV로 ITO의 일함수에 근접하였다. 고분자를 사용하여, ITO/polymer/TPD/$Alq_3$/LiF/Al 구조의 소자는 고분자층이 없는 소자보다 낮은 동작전압과 높은 최대휘도를 나타내었다. PFA1을 사용한 경우, 2.2 V, 427 mA/㎠ 에 12370 cd/㎡ 인 반면, 고분자층이 없는 비교소자는 3.6 V, 233 mA/㎠ 에 5790 cd/㎡ 을 나타내었다. 따라서 이 고분자들은 유기EL에서 버퍼층으로 충분히 사용할 것이라 기대되어진다. 풀칼라 디스플레이를 위해서는 빛의 삼원색인 적색, 녹색, 청색 유기EL소자가 밝기, 효율, 색좌표, 수명등의 조건을 만족해야 한다. 이중 녹색, 청색은 실제응용단게까지의 성능을 갖추었으나, 적색은 효율과, 색좌표면에서 좀더 발전이 이루어져야 한다. 먼저, 양쪽으로 축합된 형태의 DCM 유도체들을 유기EL에서 새로운 적색도판트로써 제안한다. 그 화합물들은 한쪽으로 축합된 DCM 유도체보다 더 장파장에서 발광하며, 전자주는 기의 주는 능력이 커질수록 장파장으로 이동하였다. 따라서 이 화합물들을 이용하여 적색 유기 EL소자를 제작하였는데, 그 중 ITO/TPD/$Alq_3$ :DADB (5.2 wt%)/$Alq_3$/Al의 소자에서는 색좌표 (0.658, 0.337)의 순수한 적색발광을 관측할 수 있었다. 더욱이 정공주입 층과 전자주입 층을 도입한 소자에서는 매우 효율 높은 적색발광을 얻을 수 있었다. 소자의 구조는 ITO/m-MTDATA/NPB/$Alq_3$ :DADB (x wt%)/$Alq_3$/LiF/Al 이다. 도핑농도가 0.7 wt% 에서 2.0 wt%로 증가함에 따라 발광파장은 장파장으로 이동하였고, 효율은 감소하였다. 0.7 wt% DADB 도핑한 소자는 1.0 wt% DCJTB 도핑한 소자보다 높은 효율을 보이며, 장파장에서 발광하였으나, 완전히 에너지를 전달하지 못한 $Alq_3$ 의 발광이 소량 나타났다. 0.7 wt% 도핑 소자의 경우 14.4 V 에서 23800 cd/㎡ 의 최대효율을 나타내었고, 3.97 %(ph/el) 의 최대외부양자효율을 보였다. 더불어 다양한 전자주는기를 갖는 아릴기를 도입하여, 새로운 양쪽축합형태의 DCM 유도체를 적색도판트로써 합성하였다. 이들은 1,2-다이클로로에탄 용액하에서 모두 DCJTB (621 nm)보다 장파장 (637 ~ 677 nm)에서 발광하는 특성을 나타내었다. 그 중 bis-DCMNEtOBu를 도판트로 사용한 ITO/m-MTDATA/NPB/ $Alq_3$ : bis-DCMNEtOBu (x wt%)/$Alq_3$/LiF/Al 구조의 적색 유기EL소자를 제작하였다. 도핑농도가 1.25 wt%의 소자는 최대 발광파장이 654 nm 에서 나타나며, NTSC에 요구하는 순수한 적색 색좌표와 일치하는 색순도(x=0.67, y=0.33)을 갖었다. 최대발광휘도는 2500 cd/㎡ 이었으며, 색순도는 전류증가에 따라 거의 변화가 없었다. 그리고, 0.74 wt% 소자 에서는 7 V에서 4.46 %의 최대외부양자효율을 보이며, 전류효율이 3.43 cd/A, 전력효율이 1.64 lm/W로 색순도(x=0.63, y=0.36)의 효율 좋은 적색발광을 하였다. 최대 휘도는 19.6 V 에서 8300 cd/㎡ 을 얻었다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCH 04009
형태사항 v, 100 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 정병준
지도교수의 영문표기 : Hong-Ku Shim
지도교수의 한글표기 : 심홍구
수록잡지명 : "Synthesis of novel fluorene-based poly(iminoarylene)s and their application to buffer layer in organic light-emitting diodes". Macromolecule, v.35 no.6, pp.2282-2287(2002)
수록잡지명 : "Pure red dyes for organic electroluminescent device: bis-condensed DCM derivatives". Advanced fuctional materials, v.11 no.6, pp.430-434(2001)
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 화학과,
서지주기 Reference : p. 86-93
주제 ELECTROLUMINESCE
ORGANIC SEMICONDUCTING
POLYMER
전기발광
유기 반도체
고분자
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