청색 OLED를 위한 AIE 활성 다중 공명 TADF 이미터의 쿼드라폴라 D-A-D 구조 설계

국문 초록 (Abstract)

본 연구에서는 강한 다중공명(MR) 특성을 갖는 CyDOBNA 코어에 비틀린 형태의 도너인 페녹사진(PXZ)과 페노티아진(PTZ)을 각각 도입하여, 청색 응집유도발광(AIE) 기반 MR-TADF 방출체인 2PXZ-CyDOBNA와 2PTZ-CyDOBNA를 설계하였다.
이들 분자에 쿼드라폴라 도너–억셉터–도너(D–A–D) 구조를 부여한 결과, 주요 광전자적 인자가 조절되었으며 시스템 간 역계면간교차속도(kRISC)가 약 1×10⁵ s-1 수준으로 크게 향상되는 경향이 확인되었다. 비슷한 분자 구조임에도 불구하고 도너의 미세한 차이는 용액과 응집 상태에서 완전히 다른 발광 양상을 유도하였다. 2PXZ-CyDOBNA는 극성 용매 내에서 MR 코어 기반 발광과 PXZ 유도 전하 이동(CT) 발광이 동시에 나타나는 이중 발광 특성을 보였다. 더불어 응집 환경에서는 약 40배에 해당하는 높은 AIE 증가를 나타내면서도 TADF 성분이 유지되는 것으로 분석되었다. 반면, PTZ 도너가 도입된 2PTZ-CyDOBNA는 동일 조건에서 AIE 효과가 상대적으로 매우 제한적인 것으로 관찰되었다.
광물리학적 분석과 단결정 X-선 회절 구조 연구를 통해 2PXZ-CyDOBNA는 비틀린 D–A–D 기하학을 취하고, 직접적인 대면 π–π 적층 없이 이합체 형태로 배열된다는 사실이 확인되었다. 이러한 구조는 수소 결합, C–H···π 상호작용, π···π 접촉 등 분자 내·분자 간 상호작용 망에 의해 안정화되며, 이는 2PTZ-CyDOBNA와의 구조적 차이를 규정하는 특징으로 나타났다.
OLED 소자 성능 평가 결과, 2PXZ-CyDOBNA는 TADF 기반 형광 OLED에서 최대 외부양자효율(EQEmax) 7.24%, 색좌표 CIEy = 0.183을 기록하여 깊은 청색 영역의 유망한 성능을 확보하였다. 전반적으로 본 연구는 AIE-MR-TADF 소재의 구조–특성 상관성을 명확히 제시하며, 차세대 광전자 소자 개발에 활용될 수 있는 설계 전략을 제안한다.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서 론 1
• 제2장 분자 설계, 합성 및 구조 분석 6
• 2.1. 분자 설계 및 합성 6
• 2.2. 단결정 구조 분석 8
• 2.3. 이론적 계산 연구 12
• 제3장 발광 특성 및 OLED 소자 성능 16
• 3.1 광물리학적 특성 16
• 3.2 열적 안정성 평가 22
• 3.3 전계발광 특성 22
• 제4장 추가 자료 28
• 4.1 보충 도식, 그림 및 표 28
• 4.2 측정 및 분석 기법 45
• 4.3 1H, 13C, 11B NMR 49
• 4.4 고분해능 질량분석 (HR-MS) 52
• 제5장 결 론 53
• 참고문헌 55
• ABSTRACT 63