Synthesis and Design of Organic Small Molecules for Electron-Transporting Material in Organic Optoelectronic Devices

Abstract

유기물이 가지는 흥미로운 이점들 때문에 유기물을 이용한 유기발광소자 그리 고 유기태양전지가 많은 관심을 받고 연구가 진행되어왔다. 현재 유기발광소자 는 많은 연구들을 통하여 차세대 디스플레이 기술로서 상용화 되고 있으며, 유 기태양전지는 고갈되는 화석연료 그리고 자원문제들로 인해 깨끗하고 지속 사 용 가능한 에너지원으로 주목 받고 있다. 두 광전자소자는 일반적으로 active layer (빛을 발광하는 유기층 또는 빛을 흡수하는 유기층) 와 양극, 음극 사이 에 전하를 이동시켜주는 정공전달층, 전자전달층으로 구성되어있다. 전자전달층 의 interlayer 로 많이 이용되는 물질은 LiF, Ca 등이 있고, 이는 알칼리계통 금속화합물로 산소와 수분에 매우 반응성이 크고, 공기 중 안정성이 떨어진다. 그러므로 전자전달층 연구 개발은 소자의 효율 향상뿐만 아니라 소자의 안정성 개선도 기대 할 수 있다. 또한, LiF, Ca 등은 소자 제작을 위해서 진공 열 증착 법을 이용하여 제작이 가능한데, 이는 소자 적용 분야의 제한을 가지고 온다. 증착방법은 설비를 갖추는데 설비자금이 매우 많이 들며, 증착을 하는 과정에서 소재의 낭비가 많은 등 대면적 코팅에 어려움이 있다. 그러므로 용액공정이 가 능한 새로운 전자전달층의 개발은 다양한 이점을 가져올 수 있다. 일반적으로 전자전달 유기 물질은 n-type 구조를 가지고 있으며, 이는 보통 electron-deficient unit을 가지는 분자 구조로, triazine, quinoxaline, pyridine, oxidazole 등이 있다. 이와 같은 구조를 가지는 물질들이 전자전달물질로 연구 되어 왔다. 그러나, hetero 방향족 화합물은 일반적으로 알코올 계열 용매에 낮 은 용해도를 나타내어, 아래층 물질의 특성에 따라 용액 공정의 한계점이 나타 난다. 일반적으로 넓은 에너지 밴드 갭을 가지는 전자전달물질은 OLED 소자에 서 발광층과 전자전달층 사이의 에너지 장벽을 형성시켜 정공이 넘어가는 현상 을 막아주어 OLED 소자에 적합하다. 본 연구는 위 내용을 바탕으로 electron deficient 구조로 잘 알려진 quinox- aline 유도체와 phosphine oxide 분자 구조를 이용하여 새로운 전자전달물질을 설계 및 합성을 하였다. Phosphine oxide 를 quinoxaline 구조에 도입하여 물 질의 용해도 개선 및 넓은 에너지 밴드 갭을 가지는 물질을 개발하였으며, 더불 어 전기 음성이 강한 phosphine oxide 를 이용하여 강한 dipole moment 를 가지는 소재를 개발하였다. 이를 통해 새로운 전자수송물질을 광전자 소자에 적 용시켜 효율 향상을 기대하였다.