비틀린 액정성 발광체에서 비틀린 각에 따른 광발광 세기 변화에 대한 이론적 해석

Abstract

유기 광전자 소자에서 분자의 배향을 제어하는 것은 전하 수송, 전자기파의 흡수와 방출 등 소자의 성능과 관계가 있기 때문에 매우 중요한 요소이다. 고온에서 액정상을 가지는 특성이 있는 액정성 공액 고분자의 배향을 제어하면 평면에 대해서 수평인 무작위 배향부터 규칙성이 있는 수평 단방향 정렬과 연속적으로 비틀린 나선형 정렬까지 다양한 배향을 유도할 수 있다. 본 논문에서는 분자의 배향과 발광 세기의 상관관계에 대해 연구하였다. 먼저, 비틀린 발광층을 갖는 광발광 소자를 제작하기 위해 액정성 공액 고분자 박막에 나선형 비틀린 힘이 있는 카이랄 첨가물을 진공상태에서 열증착하였다. 그리고 액정상이 되는 온도로 열처리하여 비틀린 구조를 유도하였다. 이때 증착 두께를 달리하여 카이랄 첨가물의 공액 고분자 대비 부피 농도가 증가할수록 총 비틀린 각도가 증가함을 확인하였다. 다음으로 공액 고분자의 배향에 따른 광발광 세기를 측정하였다. 발광 세기는 총 비틀린 각도가 증가함에 따라 증가하는 경향성을 보였다. 또한 비틀린 발광층의 총 비틀린 각도가 특정 각도를 넘어서면 발광 분자가 무작위로 배향된 발광층보다 비틀린 발광층이 더 강한 발광 세기를 가지는 것을 확인하였다. 총 비틀린 각도에 따른 광발광 세기를 이론적으로 해석하기 위해 광학적 흡수 이론을 기반으로 흡수 계수를 측정하였고, 존스 벡터와 행렬을 도입하여 투과 행렬을 정의하였다. 이를 통해 총 비틀린 각도에 대한 빛의 흡수도를 계산하였고, 흡수비와 발광비가 일치한다고 가정했을 때 발광 세기의 계산값과 측정값이 근사한 값을 가지는 것을 확인하였다. 이로써 이론적 해석을 검증할 수 있었다. 본 연구는 전도성 유기 발광 재료인 공액 고분자의 배향 상태가 발광 세기에 영향을 주는 중요한 요소이며 그 발광 세기는 분자들이 평면에 대해서 수평하게 무작위로 배향된 상태보다 비틀린 구조를 하는 경우가 유리함을 보여준다. 또한 비틀린 정도에 따라 발광 세기의 제어가 가능함을 보여준다. 이와 같은 연구결과는 유기발광소자와 같이 휘도가 소자의 중요한 평가 요소인 광전자 소자로의 공학적 응용과 분자 배향과 발광 세기의 관계성에 대해 깊이 있는 해석을 제공할 것이라고 기대한다.