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Synthesis and applications of luminescent metal complexes = 발광 특성을 갖는 금속 화합물의 합성과 응용성에 관한 연구
서명 / 저자 Synthesis and applications of luminescent metal complexes = 발광 특성을 갖는 금속 화합물의 합성과 응용성에 관한 연구 / Kyu-Young Hwang.
저자명 Hwang, Kyu-Young ; 황규영
발행사항 [대전 : 한국과학기술원, 2009].
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초록정보

A set of new stable salen aluminum luminophores, $[salen(^tBu)_4 Al(OPh(X))]$ was developed for hole-blocking materials. All the complexes are thermally stable and their HOMO-LUMO energy gaps, estimated as 2.9 eV, were enough to apply for OLEDs. Actually, the OLEDs employing salen aluminum complexes produced stable green EL emission of $Ir(ppy)_3$ irrespective of changing current density and showed higher brightness and device efficiency than the BAlq-based device. A series of salen-aluminum complexes, $[(R^5)_2 -salen(3- ^tBu)_2 Al(OC_6H_4 -p-C_6H_5)]$ and $[5,5'-(NMe_3)_2 -salen(3- ^tBu)_2 Al(OC_6H_4 -p-C_6H_5)][OTf]_2$ was prepared to achieve full emission color tuning in the visible region. All the complexes are air-stable in both the solid and solution states and exhibit high thermal stability with thermal decomposition temperatures of $313-338^\circ C$. DSC analyses show that the complexes are able to form amorphous glasses with glass transition temperatures of $95-132^\circ C$. UV-vis absorption spectra of the complexes exhibit major absorption bands at 338-413 nm assignable to salen-centered $\pi-\pi^*$ transitions. In particular, the emission spectra of salen-aluminum complexes display the emission maxima over the entire visible region ranging from 438 nm to 599 nm. Inspection of the HOMO and LUMO energy levels determined experimentally indicates that the HOMO levels systematically increase, while the LUMO levels remain almost unchanged. Density-functional theory calculations are in good agreement with the experimental data. The OLED performance of the salen-Al complex 2 as fluorescent emitting materials showed sky-blue emission at 478 nm and brightness of $1,800 cdm^{-2}$ at $100 mAcm^{-2}$. Salen-Al complexes can serve as color tunable fluorescence emitter for OLED. Various dinulear salen aluminum complexes as host materials, $[Salen(^tBu)_n AlOPh]_2 C(CX_3)_2$ were developed for spin-coating OLEDs. All the complexes exhibit high thermal stability with thermal decomposition temperatures of 318-371 °C and form amorphous glasses with high glass transition temperatures $(172^\circ C)$. Their OLEDs as host materials produced red EL emission of iridium dopant and gave a brightness of $1,080 cdm^{-2}$ and EQE up to 0.6%. Dinulear salen aluminum complex can serve as good candidates for host materials. The preparation of Eu(III)-coordinated gel nanotube (ECGN) had been achieved by the gelation of 1-butanolic solution of cholesterol-based gelator containing a monoaza-18-crown-6 moiety and $Eu(tta)_3(H_2O)_2$ (tta = thenoyltrifluoroacetone). The ECGN showed well-defined tubular structure with 70-90 nm wall thickness and 520-560 nm inner diameter. Luminescent $Eu(tta)_3$ units were homogenously coordinated over the tubular structure. A single nanotube of ECGN gave rise to red emission and exhibited distinct hypsochromic shift to 600 nm in comparison with well dispersed powder of $1\cdotEu(tta)_3$ (638 nm).

높은 안정성을 갖는 새로운 살렌 알루미늄 발광체 $[salen(^tBu)_4 Al(OPh(X))]$ 를 OLED 소자의 정공 저지 물질 (hole blocking material)로 합성하였다. 이 화합물들은 $10^4 M^{-1} cm^{-1}$ 정도의 최대흡광계수 (ε)을 보이며 364 nm 에서 최대 흡수 스펙트럼이 나타났다. 또한 0.3-0.4 정도의 높은 발광 효율 (PL efficiency)을 갖고 480 nm (하늘색) 에서 최대 발광 스펙트럼을 보였다. OLED 소자에 적용하기 위한 기본 요건인 높은 열적 안정성과 적절한 에너지 준위도 충족하였다. 실제로 살렌 알루미늄 화합물을 녹색 인광 발광 물질 $[Ir(ppy)_3]$ 의 정공 저지 물질로 적용하였고 성능 비교를 위해 상용화된 정공 저지 물질인 화합물인 BAlq 와 동일한 조건에서 소자를 제작하였다. 살렌 알루미늄 화합물이 포함된 OLED 소자가 BAlq 가 포함된 소자에 비해 30-40% 향상된 소자 효율과 밝기를 보이는 것을 확인하였다. 이를 통해 살렌 알루미늄 화합물이 정공 저지 능력이 우수하여 상업적으로 충분히 이용 가능함을 확인 하였다. 가시 광선 전 영역에서 발광 특성을 포함할 수 있도록 다양한 치환기가 붙은 일련의 살렌 알루미늄 발광체 $[(R^5)_2 -salen(3- ^tBu)_2 Al(OC_6H_4 -p-C_6H_5)]$ 를 합성하였다. 모든 화합물은 고체상과 액체상에서 안정하며 질량 5% 열분해 온도 ($T_{d5}$)가 $313-338^\circ C$ 정도의 높은 수치를 보였다. 시차주사열량계 (DSC) 분석을 통해 유리 전이 온도가 $95-132^\circ C$ 에 나타남을 확인하였다. 이는 균일한 박막을 형성할 수 있고 그 수치 또한 높아 소자 제작에서 좋은 특성을 보일 것으로 여겨진다. 치환기에 따라 흡수 스펙트럼은 338 nm 에서 413 nm 까지의 변화를 보였고 발광 스펙트럼은 청색 (438 nm) 에서 적색 (599 nm) 까지 가시 광선 전 영역을 포함하는 것을 확인하였다. 양자 역학적인 계산을 통해 다양한 치환기를 도입한 살렌의 $R^5$ 위치는 HOMO에는 큰 영향을 받지만 LUMO 에는 거의 영향을 주지 않는 것으로 나왔고 이러한 결과는 실험적인 결과와 일치하는 것을 확인하였다. 살렌 알루미늄 화합물을 형광 발광 물질로 OLED 소자를 제작하였다. 소자의 전기 발광 (EL) 스펙트럼은 발광 (PL) 스펙트럼과 유사하였고 밝기 (brightness)는 $1,800 cd/m^2$ 정도의 수치를 보였다. 결과적으로 살렌 알루미늄 발광체가 가시 광선 전 영역에서 색 조절이 가능한 형광 OLED 물질로 이용할 수 있음을 확인하였다. 스핀 코팅 방법을 이용한 적색 인광 물질의 주인 (host) 물질로 이용이 가능한 이핵 살렌 알루미늄 화합물 $[Salen(^tBu)_n AlOPh]_2 C(CX_3)_2$ 을 합성하였다. 모든 화합물은 단핵 구조를 갖는 살렌 알루미늄 화합물에 비해 높은 열적 안정성과 유리 전이 온도를 보였다. 주인 물질로 이핵 살렌 알루미늄 화합물이 사용된 소자는 적색 인광 손님(guest) 물질의 발광 파장만 나타내었다. 이는 실제 주인-손님 시스템에서 주인 물질로 작용하는 것을 의미한다. 다소 낮은 효율은 소자 성능을 최적화 하는 과정을 통해 높일 필요가 있다. 콜레스테롤을 기본으로 한 젤레이터 (gelator)는 자기 조립 (self-assembly)을 통해 관 (tube) 형태의 구조체를 형성한다. 여기에 발광 특성을 부여해 보고자 유로피움 화합물 $[Eu(tta)_3(H_2O)_2]$ 을 도입하였다. 유로피움 화합물은 젤레이터의 aza-crown 부분과 결합한 상태로 520-560 nm 의 내경과 90 nm 의 두께를 갖는 유사한 관 형태의 나노 구조체를 형성하였다. 결합한 유로피움 화합물은 $Eu(tta)_3$ 형태로 균일하게 관 전체에 분포하는 것은 원자 지도화 (atomic mapping)을 통해서 확인하였다. 유로피움이 결합한 나노구조체 (ECGN)는 유로피움의 특징적인 적색 발광 파장을 보이는 것을 확인하였다. 정략적인 분석을 통해 ECGN중에서 하나의 관을 선택하여 측정한 결과 잘 분산된 상태보다 발광 파장이 청색 이동 (hypsochromic shift)를 보이는 것을 확인하였다. 이는 유로피움 화합물이 나노구조체에 제한되어 이런 결과를 보이는 것으로 여겨진다.

서지기타정보

서지기타정보
청구기호 {DCH 09016
형태사항 xi, 174 p. : 삽도 ; 26 cm
언어 영어
일반주기 저자명의 한글표기 : 황규영
지도교수의 영문표기 : Young-Kyu Do
지도교수의 한글표기 : 도영규
수록잡지정보 : "Aluminium-salen luminophores as new hole-blocking materials for phosphorescent OLEDs". Dalton transactions, v.2008, pp. 1818-1820(2008)
학위논문 학위논문(박사) - 한국과학기술원 : 화학과,
서지주기 Includes references
주제 salen;aluminum;luminophore;OLED;HBL, host, emitter
살렌;알루미늄;발광체;유기발광소자;정공저지물질, 호스트, 발광자
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