NEWS & INFORMATION FOR CHEMICAL ENGINEERS, Vol. 28, No. 1, 2010…67
연구실
소개연구 주제 개요
우리들이 흔히 사용하는 플라스틱 제품은 대부분 유기물로 구성되어 있다. 많은 분야에서 유기물을 이 용한 연구가 이루어지고 있으며 높은 기계적 물성과 가공성 및 저가 생산이 가능하다는 장점으로 인해 산 업의 전반적인 곳에서 사용되고 있다. 플라스틱 제품 들은 대부분 부도체이기 때문에 전기제품의 사용에 한계가 있다. 그러나 유기물에 전기가 통하는 물질을 도핑하거나 분자구조의 제어를 통해 도체의 특성을 가지도록 설계할 수 있다. 유기반도체 산업은 차세대 산업으로 IT 산업의 성장으로 인해 전자재료의 중요 성이 부각되면서 시장도 성장하고 있다. 현재 유기반 도체는 유기 태양전지, 유기박막 트렌지스터, 유기전 기발광소자, 유기 센서, 유기 메모리 소자 등 첨단 소 재로 사용이 가능하다.
본 연구실은 권순기 교수를 연구책임자로 하여 분자구 조제어를 통한 기능성 재료, 특히 유기 반도체 개발연구 를 수행하고 있다. 연구실의 주요연구분야는 OLED (organic light emitting diodes), OTFT(organic thin-film transistor), OPV(organic photovoltaic cell) 등에 사용되 는 유기반도체 재료이며 연구개발의 효율적 추진을 위 하여 주로 분자설계에 의한 재료 합성에 대한 연구에
매진하고 있으며 국내외의 소자개발 연구실과 긴밀한 협조체제하에서 공동연구를 수행하고 있다.
주요 연구 분야 1) OLED
최근 디스플레이 시장에서 두각을 들어내고 있는 분야로써 삼성, LG, 듀폰 등 대기업에서 AMOLED 가 탑재된 휴대기기를 출시하고 있다(ex. 삼성모바일 디스플레이(SMD)의 아모레드폰 일명 손담비폰).
AMOLED는 기존 TFT-LCD에 비해 응답속도 및 밝기, 색감, 대조비 등이 우수한 차세대 꿈의 디스플레 이로 알려져 있으며 향후 5~10년 이내에 LCD를 대 권 순 기
경상대학교 나노신소재공학부, [email protected]
http://nim.gnu.ac.kr
(OLED )
그림 1. 실험실 연구 분야.
체할 것으로 예상되고 있다.
본 연구실에서는 이러한 OLED에 사용되는 재료를 합성하고 있으며 특히 인접한 화합물과의 파이 중첩 현상을 억제할 수 있는 고도로 뒤틀린 bulky한 치환 체를 도입하여 새로운 청색 발광 물질의 설계 및 합성 하고 있다. 이러한 설계 개념을 바탕으로 고효율과 열 적안정성, 우수한 박막 안정성, 높은 색순도를 갖는 새 로운 청색발광 재료를 개발하였으며 주요 업적으로는 텔레비전 표준 청색 색좌표(NTSC)와 완벽하게 일치 하는 청색발광재료를 세계최초로 개발[그림 3(A)], 고효율 청색 발광 재료 개발 등이 있다[그림 3(B)].
또한 형광보다 이론적 발광효율이 4배가량 높은 전 기 인광 재료도 개발하고 있으며 고효율의 전기인광 재료의 구현을 위해서 리간드에 bulky한 치환기를 도 입하여 이리듐 중심원자간 상호작용에 의한 삼중항- 삼중항 소멸 현상을 억제시키는 구조로 물질을 합성 하고 있다. 주요 업적으로는 고효율 yellowish-green 인광 재료 개발과 이를 활용한 WOLED 발광 소자 등이 있다[그림 3(C)].
2) OTFT
유기박막 트랜지스터(Organic Thin Film Transistor) 는 ink-jet이나 R2R(Roll-to-Roll) printing을 통하여 대면적 생산이 가능하고 저가격으로 제조할 수 있으 며, 플라스틱 기판과 호완성이 우수하여 유연한 회로 를 형성할 수 있어 미래형 전자재료로 각광받고 있다.
트랜지스터는 정공을 전달하는 p형과 전자를 전달하 는 n형으로 나눠질 수 있으며, 공정에 따라 진공증착 과 용액공정으로 나눠질 수 있다.
본 연구실에서는 이러한 OTFT 재료를 개발하고 있 으며 우수한 특성을 가지는 p형 증착 재료와 용액공정 이 가능한 p형 올리고머 및 고분자 재료를 합성하고 있 다. 진공증착용 재료로는 기존에 알려진 p타입 진공증 착용 재료인 Pentacene과 비교하여 산화안정성이 우 수하고 고이동도의 유기반도체 재료를 개발하였으며 본 연 구 시 스 템 에 서 측 정 한 결 과
Pentacene(0.2cm2/Vs) 대비 약 3배의 높은 전하이동 도(0.64cm2/Vs)를 나타내는 재료를 합성하였다[그림 3(D)]. 용액공정용 재료 중 올리고머 재료로는 본 연구 실의 측정 시스템에서 TIPS penatcene(0.05cm2/Vs) 대비 2배의 전하이동도(0.1cm2/Vs)를 나타내는 신규 재료를 합성하였다. 또한 용액공정용 p형 고분자 재료 로는 비정질 고분자 재료 중 세계최고 수준인 0.02cm2/Vs의 전하이동도를 나타내는 신규재료를 합 성하였다[그림 3(E)]. 이와 더불어 Thiophene을 기본으 로 하여 높은 전하 이동도를 나타내는 polysexithiophene (mobility=0.12cm2/Vs), 자체 passivation 작용으로 인해 장수명 특성을 나타내는 alkoxynaphthalene- bithiophene copolymer(이동도, 문턱 전압, 점멸비 90 일 이상 유지), polythiophene에 새로운 system을 도입 한 재료의 경우 우수한 수명(130일 이상)과 높은 전 하이동도(0.05cm2/Vs)를 나타내는 신규고분자 재료 를 합성하였다. 현재, 파이 중첩면적을 확대하여 이동 도를 증가시킬 수 있는 고분자를 개발하고 있어 매우 우수한 결과가 예상된다.
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연구실 소개
그림 2. 유기 반도체의 응용분야.
3) 유기태양전지(OPV) 재료
최근 선진국을 중심으로 환경에 대한 규제를 강화 하고 있는 추세이며 기존의 화석연료 사용을 규제하 여 범세계적인 차원에서 신재생 에너지의 개발을 추
진하고 있다. 그 중 태양전지 분야는 무한한 에너지 자원인 태양 에너지를 사용한다는 이점으로 인해 주 목받고 있으며 유기태양전지는 차세대 태양전지로서 가볍고 휘어질 수 있는 특징으로 인해 다양한 곳에 적
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경상대학교 나노신소재공학부 나노정보재료 연구실
그림 3. 주요 연구 실적.
(A) 텔레비전 표준 청색 색좌표(NTSC)와 완벽하 게 일치하는 청색발광재료를 세계최초로 개발 (Advanced Materials, 13, 1690-1693) (B) 고효율 청색 발광 재료 개발(Advanced Functional
Materials, 15, 1799-1805)
(C) 전자구조와 입체구조의 조절에 의해 동일구조에 서 세계 최고의 효율을 갖는 황녹색 전기인광재료 개발(Advanced Materials, 20, 2003-2007)과 이 를 활용한 WOLED 발광 소자 개발 (Advanced Materials, 20, 1957-1961)
(D) 현재 연구용으로 가장 많이 사용되는 물질인 펜 타센보다 3배 이상의 이동도를 나타내는 유기반 도체 개발(Adv. Mater., 20, 4868-4872) (E) 세계최고의 이동도를 갖는 비결정질 유기반도체
개발(Chem. Mater., 20, 3450-3456)
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연구실 소개
용이 가능하며 role to role printing, screen printing 등을 통해 대면적, 저가 생산에 유리하다는 장점을 가 지고 있어 많은 연구가 진행되고 있다. 또한 최근에는 Yang Yang 그룹에서 단층구조로 6.8%에 달하는 고 효율 유기태양전지를 개발하여 거의 상용화 수준까지 도달한 재료 분야이다.
본 연구실은 그동안의 동향을 분석하여 Electron acceptor 및 donor 재료 등 Active Layer의 소재 개 발을 수행 중에 있으며 화학연구원, 재료연구소, 포항 공과대학교 등과 함께 물질 개발 및 Device 개발 연구 를 진행하고 있다. 최근 Electron donor 물질로 약 4%를 상회하는 유기 반도체 재료를 개발하였으며
Electron acceptor 재료로는 Amorphous 특성을 가지 면서 기존의 PCBM 과 비슷한 효율을 가지는 재료를 개발하였다.
연구실 구성 및 활동 내역
경상대학교 나노신소재공학부 나노정보재료연구실 은 1987년에 만들어진 실험실로 현재 학부과정 10명 과 석사과정 5명, 박사과정 2명과 2명의 연구교수로 구성되어 있다. 활동 및 지원 내역으로는 BK21의 I- cube 사업단의 지원을 받고 있으며 차세대정보디스플 레이개발사업, 전략기술인력양성사업, 선도연구자지 원사업 등 여러 국책과제를 수행하고 있다.