유기발광다이오드(OLED) 기술은 지난 수십 년간 발광 메커니즘의 근본적 한계를 극복하는 방향으로 발전해왔습니다. 초기 OLED는 형광 발광체를 사용했으나, 전기적 여기 시 생성되는 exciton의 스핀 통계학적 특성으로 인해 singlet exciton 25%, triplet exciton 75%의 비율로 형성되었습니다. 당시에는 오직 singlet exciton만이 가시광선 영역에서 발광할 수 있어 이론적 내부양자효율(IQE)이 25%에 제한되는 치명적 한계가 있었습니다.

 이러한 효율 한계를 극복하기 위해 중금속을 포함한 인광 재료가 개발되었습니다. Iridium, platinum 등의 중금속이 제공하는 강한 spin-orbit coupling을 통해 triplet exciton도 발광에 기여할 수 있게 되어 이론적으로 100% 내부양자효율(IQE) 달성이 가능해졌습니다. 더 나아가 열활성화 지연형광 (Thermally activated delated fluorescence, TADF) 기술이 등장하면서, 순유기 화합물만으로도 reverse intersystem crossing (RISC)에 의해 triplet exciton을 singlet exciton으로 변환하여 생성된 모든 생성된 exciton을 발광시키는 혁신적인 triplet harvesting 기술이 발전했습니다.  최근에는 organic radical 발광체가 새로운 돌파구로 주목받고 있습니다. Radical 시스템에서는 excited state와 ground state가 모두 doublet 스핀 상태를 유지하는 독특한 메커니즘을 통해 기존 nonradiative pathway를 차단하여 near-infrared 영역에서 기존 유기 발광재료의 한계를 넘어서는 높은 효율을 달성할 수 있습니다.

 우리 연구실은 이러한 OLED 기술의 최전선에서 다양한 범위의 혁신적 연구를 진행하고 있습니다. 특히, Radical의 doublet 발광 메커니즘을 활용한 near-infrared 소자 개발, 고성능 TADF 물질에 대한 연구 및 이를 host로 응용한 hyperfluorescence 등 차세대 발광시스템, chiral 물질을 이용한 circularly polarized luminance, coinage metal complex 기반의 새로운 발광 시스템 등 다양한 유기반도체 재료 및 광전자 소자에 대한 연구를 진행합니다. 이를 위하여 유기 반도체 재료 및 소자를 광물리 및 소자물리를 바탕으로 상세하게 분석하여 재료의 특성이 효과적으로 소자의 성능향상으로 연결이 되는지에 대한 연구를 수행합니다. 

 예를 들어, 연구 수행을 위해 레이저를 이용한 정상상태 및 시간분해 광발광(photoluminescence) 및 흡수 (absorption) 측정으로 재료의 기본 광학 특성을 분석하고, 광전자 소자를 제작하여 소자의 수명, 안정성, 효율을 종합적으로 평가 및 분석을 진행함과 동시에 자기장 영향 및 시간분해 전계발광 (electroluminescence) 분석, 단일전하소자 분석 등을 통해 소자에서의 전하 이동, 스핀 변환, 에너지 전달 등의 메커니즘을 규명합니다. 

 OLED, 유기반도체재료 및 광전자소자 분야에 관심이 있으시다면, 저희 연구실에 연락주시길 바랍니다.

 Organic Light-Emitting Diode (OLED) technology has evolved over the past decades toward overcoming fundamental limitations in luminescence mechanisms. Early OLEDs employed fluorescent emitters, but due to the spin statistical nature of excitons generated under electrical excitation, they formed in a ratio of 25% singlet and 75% triplet. At that time, only singlet excitons could emit in the visible light range, resulting in a critical limitation where the theoretical internal quantum efficiency (IQE) was restricted to 25%.

 To overcome these efficiency limitations, phosphorescent materials containing heavy metals were developed. Through strong spin-orbit coupling provided by heavy metals such as iridium and platinum, triplet excitons could also be converted to radiative phosphorescence, making it theoretically possible to achieve 100% internal quantum efficiency (IQE). Furthermore, with the emergence of thermally activated delayed fluorescence (TADF) technology, innovative triplet harvesting techniques were developed that could reverse-convert triplets to singlets (RISC) and emit as fluorescence using purely organic compounds. Recently, radical emitters with unpaired electrons have attracted attention as a new breakthrough. In radical systems, both excited states and ground states maintain doublet spin states through a unique mechanism that blocks existing non-radiative pathways, showing high efficiency and potential in the near-infrared region.

 Our laboratory conducts innovative research across various areas at the forefront of OLED technology. We perform high-efficiency and long-lifetime luminescence research across various wavelength ranges, focusing on charge transfer (CT) and exciton energy transfer (ET), including near-infrared device development utilizing radical doublet emission mechanisms, triplet harvesting using TADF materials as sensitizers, and circularly polarized light emission using chiral materials. We particularly emphasize demonstrating theories and mechanisms through the theoretical and experimental analysis based on photohpysics and device physics.

 For research execution, we analyze basic optical properties of organic semiconducting materials through laser-based photoluminescence (PL) absorption measurements and elucidate spin transition mechanisms in electroluminescent devices through various analysis techniques, such as the measurements of magnetic field dependence on electroluminescence, etc. We also comprehensively evaluate device lifetime, stability, and efficiency to systematically analyze key performance indicators for practical implementation.

 If you are interested in OLED displays and the organic optoelectronics field, please contact our laboratory.