Circularly Polarized Electroluminescence from Induced Twist Structure of Evaporated Chiral Mesogens

Abstract

Organic light-emitting devices (OLEDs), which is attracting attention as one of the next-generation displays following liquid crystal devices (LCDs), has shown steady growth in recent years and is being evaluated as a new growth engine in the display industry. LCDs generally suffer from several serious shortages such as low efficiencies, temperature-dependence, and poor color and contrast. However, benefitting from simple device structure, lower energy consumption, higher efficiencies, and perfect color, OLEDs have been considered as most promising candidates for next-generation display and light technology. Recently, one set of each of linearly polarizer and quarter-wave plate are the most applied for obtaining circularly polarization (CP) light and blocking reflected external nature light in the conventional OLEDs. However, it gives rise to loss of 50% luminescent intensity of the non-polarized light generated by un-alignment luminophor in the light-emitting layer (EML) of OLEDs. To solve the problem of the loss due to the design of OLEDs architecture, it has been reported that applications of CP light for such significant energy loss were devised, for example, direct emission of a high degree of CP light from EML or direct emitting from quantum dots. According to the different excitation mechanisms about circularly polarized luminescence which are well-known as photoluminescence (PL) and electroluminescence (EL). And the CP light can be directly generated from chiral luminescence materials as EML, which is defined CPPL and CPEL due to their luminescence mechanisms. However, CPEL still has huge room for growth due to the properties of its optoelectronic technology. Therefore, the studies for circularly polarized organic light-emitting diodes (CP-OLEDs) are promising strategy to achieve more efficient and direct generation of CP light. In this study, highly PL and an EL were generated via formation of an induced twisted structure in EML by evaporating the chiral mesogenic compounds with low molecular weight. Although the induced twisted structure could not be stabilized for the first time by only the chiral compounds due to its high twist elastic energy, it was stabilized by sequentially evaporating another achiral mesogenic compounds with lower twist elastic energy and low molecular weight after thermal annealing and quenching process. Finally, EL with the stacked twisted birefringence structure exhibited high CP light (|gEL|= 0.46) was generated directly through the stacking twisted structure induced by the chiral characteristics of the mesogenic compounds with low molecular weight. This result was not only applied rarely used evaporation process to get access to the induced twisted structure in EML, but also contribute to the study of chiral low molecular weight materials as EML of OLEDs generating CP light, where compared to the previous studies about the chiral low molecular weight materials. |액정디스플레이(LCDs)에 이어 차세대 디스플레이 중 하나로 주목받고 있는 유기 발광 다이오드(OLED)는 최근 꾸준히 성장세를 보이며 디스플레이 산업의 새로운 성장 동력으로 평가받고 있다. LCD는 일반적으로 낮은 효율, 온도 의존성, 열악한 색상 및 대비와 같은 몇 가지 부족한 문제가 있다. 그러나 더 단순한 장치 구조, 낮은 에너지 소비, 높은 효율성 및 완벽한 색상의 점을 누리고 있는 OLED는 차세대 디스플레이 및 조명 기술의 가장 유망한 후보로 간주되었다. 또한, 일반적으로 원형 편광(CP) 광은 선형편광(LP)광이 1/4 파장 위상 지연판을 통해 얻을 수 있다는 이론을 기반으로 한다. 기존 OLED에서는 CP광을 생성하고 반사된 외부 자연광을 차단하기 위해 선형 편광판과 1/4 파장 위상 지연판을 한 세트로 가장 일반적으로 적용된다. 그러나 OLED의 발광층(EML)에서 정렬하지 못한 발광 물질에 의해 생성된 무 편광의 50% 발광 강도의 손실을 초래한다. OLED 구조 설계로 인한 손실 문제를 해결하기 위해, 예를 들어, EML에서 높은 CP광을 직접 방출하거나 양자점에서 방출하는 등 상당한 에너지 손실에 대한 CP광의 적용이 고안된 것으로 보고되었다. 광루미네선스(PL)과 유기전기발광(EL)으로 잘 알려진 원형 편광 발광에 대한 다른 여기 메커니즘에 따라, 두 발광 메커니즘인 CPPL과 CPEL의 CP 광은 EML이 되는 카이랄 발광 재료에서 직접 생성될 수 있다. 그러나 CPEL은 광전자 기술의 특성으로 인하여 여전히 성장의 여지가 많다. 따라서 CP-OLED에 대한 연구는 효율적이고 직접적인 CP광 생성을 달성하기 위한 유망한 전략이다. 본 논문에서는 카이랄 저분자 메소제닉 화학물을 층착시켜 발광층 (EML)에 유도된 꼬임 구조를 형성하여 높은 원형 광루미네선스 (PL) 및 유기전기발광 (EL)을 생성한 연구를 하였다. 높은 비틀림 탄성 에너지로 인하여 유도된 꼬인 구조는 처음에 이 카이랄 물질만으로 형성할 수 없었지만, 또한 다른 비교적으로 낮은 비틀림 탄성 에너지를 갖고 카이랄 특성이 없는 저분자 메소 제닉 물질을 앞의 물질 표면에다가 순착적으로 층착하여 고온 어닐링 및 담금처리를 진행한 후 꼬인 구조가 안정화되었다. 최종적으로 저분자 메소 제닉 물질의 카이랄 특성에 의하여 유도된 쌓인 꼬임 구조를 통해 높은 자발 원형 편광 (CP) (|gEL| = 0.46)을 나타내는 쌓인 꼬인 복굴절 구조를 갖는 EL 을 제작하였다. 이 결과는 EML 에서 거의 사용되지 않은 층착 공정을 적용해 유도된 꼬임 구조를 이루어졌을 뿐만 아니라 카이랄 저분자 재료에 관한 선전 연구에 있어서 CP Light 를 생성하는 OLED 의 EML 로서 카이랄 저분자 재료에 대한 연구에 기여할 연구가 될 수 있다.