2020년 이전까지 MR-TADF 발광체는 사실상 청색과 녹색의 재료였습니다. 선호의 문제가 아니라 화학의 문제였습니다.
다중공명 효과는 붕소와 질소가 융합 방향족 골격 위에서 서로 반대되는 공명 위치에 놓일 때 나타납니다. 이 배치가 HOMO와 LUMO를 서로 다른 원자 위에 분리시키고, 그 결과 매우 좁은 발광 스펙트럼이 만들어집니다. 동시에 밴드갭이 넓어집니다. 넓은 밴드갭은 곧 청색입니다.
발광을 적색으로 밀어내는 기존 방법, 즉 공액계를 확장하거나 도너와 억셉터 세기를 키우는 방법은 모두 스펙트럼을 넓힙니다. MR-TADF를 선택한 이유였던 색순도를 그대로 잃게 되는 것입니다.
규슈대학 연구팀의 접근
2020년 JACS에 발표된 이 논문은 규슈대학 INAMORI Frontier Research Center의 Minlang Yang, In Seob Park, Takuma Yasuda 교수 연구팀의 결과입니다.
연구팀은 골격을 치환기로 꾸며 색을 바꾸는 대신, 붕소와 카바졸이 결합된 동일한 다환 골격 안에서 붕소와 질소 원자의 위치와 개수를 바꾸었습니다.
para B, N, N 배치는 도너와 억셉터 세기를 낮추어 청색 이동을 만듭니다. 화합물 1과 2, 심청색 466 nm와 하늘색 489 nm입니다.
para B, N, B 및 N, N, N 배치는 세기를 높여 단계적인 적색 이동을 만듭니다. 녹색 517 nm, 황색 549 nm, 심적색 615 nm입니다. 하나의 계열, 하나의 합성 체계로 가시광 전 영역을 덮은 것입니다.
주요 수치
PL 반치폭은 다섯 가지 색 전체에서 16에서 42 nm를 유지했습니다. 적색으로 이동할 때 가장 먼저 깨질 것으로 예상되던 값입니다.
PLQY는 톨루엔에서 85에서 98 퍼센트, mCBP 도핑 박막에서 79에서 99 퍼센트입니다. 복사 전이 속도는 화합물 1, 2, 5에서 10의 8승 s의 마이너스 1승을 넘었습니다.
소자 성능은 청색 EQE 29.3 퍼센트, EL 469 nm, 반치폭 27 nm. 녹색 EQE 31.8 퍼센트, EL 515 nm. 적색 EQE 22.0 퍼센트, EL 616 nm, 반치폭 26 nm입니다.
CIE 좌표는 청색 0.12, 0.18, 녹색 0.26, 0.68, 적색 0.67, 0.33으로 BT.2020 대응 3원색 구성이 하나의 발광체 계열에서 나왔습니다. 열분해 온도는 409에서 533도, 모든 화합물이 상용 원료로부터 2에서 3단계 합성입니다.
승화정제 관점에서 본 의미
저희는 이런 재료를 실제로 승화하고 정제합니다. 그래서 이런 논문에서 가장 먼저 확인하는 두 줄은 열분석 데이터와 합성 경로입니다.
승화 온도 근처에서 분해가 시작되는 재료는 도가니 안에서 매번 싸워야 하는 재료이고, 수율은 그만큼 떨어집니다. Td가 400도에서 500도 구간이라는 것은 이 구조들이 실제 승화 공정의 온도를 견딘다는 뜻입니다.
짧은 합성 경로는 다른 이유에서 중요합니다. 짧은 경로는 스케일업을 정직하게 만듭니다. 3단계 화합물의 5 g 로트와 50 g 로트는 대개 같은 거동을 보입니다. 긴 경로는 작은 차이가 누적되고, 그 차이는 보통 소자를 만들어 본 뒤에야 드러납니다.
IUPAC 명칭, 분자식, 전체 소자 구조를 포함한 상세 내용은 하이라이트 페이지에 있습니다.
https://www.lamko.co.kr/research-highlights/bbcz-full-color-narrowband.html
BBCz: One Family, Full-Color Narrowband Electroluminescence
LUMORA Research Highlight. J. Am. Chem. Soc.. DOI 10.1021/jacs.0c10081.
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출처: Yang, Park, Yasuda, Journal of the American Chemical Society, 2020, 142권, 19468쪽.