KR20200142554A - 형광 공여체 지원 oled 장치를 위한 양자점 아키텍처 - Google Patents

Abstract

전계 발광 디스플레이 장치와 같은 전계 발광 장치의 발광층은 호스트 매트릭스 및 호스트 매트릭스에 분산된 2-도펀트 시스템을 포함한다. 2-도펀트 시스템은 형광 에미터 도펀트와 발광성 공여체-보조 도펀트를 포함한다. 발광성 공여체-보조 도펀트는 형광 공여체-보조 도펀트 또는 인광 공여체-보조 도펀트 일 수 있다. 형광 에미터 도펀트와 발광성 공여체-보조 도펀트 사이의 물리적 거리는 형광 에미터 도펀트의 표면에 결합된 다양한 캡핑 리간드를 사용하여 제어 할 수 있다.

Description

형광 공여체 지원 OLED 장치를 위한 양자점 아키텍처

본 발명은 전계 발광 디스플레이 장치 및 전계 발광 디스플레이 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 형광을 위해 2-도펀트 시스템을 이용하는 전계 발광 디스플레이 장치에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 2개의 도펀트가 양자점 및 발광성 (형광 또는 인광) 공여체인 2-도펀트 시스템을 이용하는 전계 발광 디스플레이 장치에 관한 것이다.

관련 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 2018년 4월 11일에 출원된 미국 가출원 번호 62/656,072의 혜택을 주장하며, 그 내용은 그 전체가 본 명세서에 참조로 포함된다.

반도체 나노물질 ( Semiconductor nanomaterials)

종종 양자점(QD) 및/또는 나노입자로 지칭되는 2-100nm 정도의 치수를 갖는 입자로 구성된 화합물 반도체의 제조 및 특성화에 상당한 관심이 있었다. 이 분야의 연구는 주로 나노입자의 크기 조정 가능한 전자, 광학 및 화학적 특성에 초점을 맞추었다. 반도체 나노입자는 생물학적 표식, 태양 전지, 촉매 작용, 생물학적 영상화 및 발광 다이오드와 같은 다양한 상용 응용 분야에서의 잠재력으로 인해 관심을 얻고 있다.

두 가지 기본 요인 (둘 다 개별 반도체 나노입자의 크기와 관련됨)이 주로 그들의 고유한 특성을 좌우한다. 첫 번째 요인은 표면 대 부피 비가 크다는 것이다: 입자가 작아 질수록 내부 대비 표면 원자 수의 비가 증가한다. 이것은 물질의 전반적인 특성에서 중요한 역할을 하는 표면 특성으로 이어진다. 두 번째 요인은 많은 물질 (반도체 나노입자 포함)의 경우 입자 크기에 따라 재료의 전자적 특성이 변한다는 것이다. 더욱이, 양자 구속 효과로 인해 밴드 갭은 일반적으로 나노입자의 크기가 감소함에 따라 점차 커진다. 이 효과는, 해당 벌크 반도체 물질에서 관찰되는 연속적인 밴드가 아니라, 원자와 분자에서 관찰된 것과 유사한 이산 에너지 수준을 발생시키는 "상자 안에 전자"를 가둔 결과이다. 반도체 나노입자는 나노입자 물질의 입자 크기 및 조성에 따라 좁은 대역폭 방출을 나타내는 경향이 있다. 첫 번째 여기성 전이 (밴드 갭)는 입자 직경이 감소함에 따라 에너지가 증가한다.

본 명세서에서 외부 유기 보호층을 갖는 "코어 나노입자"로 지칭되는 단일 반도체 물질의 반도체 나노입자는, 비 방사성 전자-정공 재조합으로 이어질 수 있는 나노입자 표면의 결함(defect) 및 불완전 결합(dangling bond)에서 발생하는 전자-정공 재결합으로 인해 상대적으로 낮은 양자 효율을 갖는 경향이 있다.

나노입자의 무기 표면의 결함과 불완전 결합을 제거하는 한 가지 방법은 코어 표면에 제2 무기 물질 (일반적으로 밴드 갭이 크고 코어 물질에 대해 격자 부정합이 작은 물질)을 성장시켜 "코어-쉘"(core-shell) 입자를 생성하는 것이다. 코어-쉘 입자는 그렇지 않으면 비방사성 재조합 중심으로 작용할 표면 상태로부터 코어에 캐리어를 구속하여 분리한다. 한 가지 예는 CdSe 코어의 표면에서 성장한 ZnS이다. 또 다른 접근법은 "전자-정공" 쌍이 양자점-양자 우물 구조와 같은 특정 물질의 몇 개의 단분자층(monolayer)으로 구성된 단일 쉘 층에 완전히 제한되는 코어-멀티 쉘 구조를 형성하는 것이다. 여기서, 코어는 일반적으로 넓은 밴드 갭 물질이고 그 다음에는 더 좁은 밴드 갭 물질의 얇은 쉘이 뒤따르고 그 다음에 넓은 밴드 갭 층으로 보호(capping)된다. 예를 들어, CdS/HgS/CdS 구조가 있으며 이는 코어 나노 결정의 표면에 Cd를 Hg로 치환하여 성장하여 몇 개의 HgS 단분자층을 증착 한 다음 CdS의 단분자층들을 성장시켜 형성된다. 결과 구조는 HgS 층에 광 여기된 캐리어들을 명확히 제한한다.

현재까지 가장 많이 연구되고 제조된 반도체 나노입자는 소위 "II-VI물질"(예 : ZnS, ZnSe, CdS, CdSe, CdTe)과 이들 물질을 포함하여 구성되는 코어-쉘 및 코어-멀티 쉘이다. 그러나 기존 QD에 사용되는 카드뮴 및 기타 제한된 중금속은 매우 독성이 강한 원소이며 상업용 응용 분야에서 주요한 문제이다.

상당한 관심을 불러 일으킨 다른 반도체 나노입자는 III-V 족 및 IV-VI 족 물질을 포함하는 나노입자들 예를 들어 GaN, GaP, GaAs, InP 및 InAs와 같은 나노입자를 포함한다. 증가된 공유 특성으로 인해 III-V 및 IV-VI 고결정성 반도체 나노입자는 제조하기가 더 어렵고 일반적으로 훨씬 긴 어닐링 시간이 필요하다. 그러나 현재 II-VI 물질에 사용된 것과 유사한 방식으로 III-VI 및 IV-VI 물질이 제조되고 있다는 보고가 있다.

유기 발광 다이오드 (OLED)

최근, 전계발광 디스플레이 장치, 특히 유기 발광 다이오드 (OLED)가 디스플레이 산업 내에서 큰 관심을 받아왔다. OLED는 유기 화합물의 필름이 두 전도체 사이에 배치된 발광 다이오드 (LED)로, 이 필름은 전류와 같은 여기에 반응하여 빛을 방출한다. OLED는 텔레비전 화면, 컴퓨터 모니터, 모바일 폰 및 태블릿과 같은 디스플레이에 유용하다. OLED 디스플레이 고유의 문제는 유기 화합물의 수명이 제한된다는 것이다. 특히 청색광을 방출하는 OLED는 녹색 또는 적색 OLED에 비해 현저히 빠른 속도로 저하된다.

OLED 물질은 호스트 수송 물질에서 전자와 정공의 재결합에 의해 생성된 분자 여기 상태 (엑시톤(exciton))의 방사 붕괴에 의존한다. OLED에서 전하가 재결합 할 때 두 가지 유형의 여기 상태가 생성된다 - 밝은 단일항(singlet) 엑시톤 (총 스핀 0)와 어두운 삼중항(triplet) 엑시톤 (총 스핀 1)- 그러나 단일항만이 직접적으로 빛을 제공하여 외부 OLED 효율을 근본적으로 제한한다. 스핀 통계에 따르면 유기 반도체 물질에서 정공과 전자가 재결합 된 후 3개의 삼중항 여기 자마다 하나의 단일항 엑시톤이 생성된다. 따라서 비 발광성 삼중항을 사용할 수 있다면 OLED의 효율을 크게 높일 수 있다.

현재까지, OLED 물질 설계는 일반적으로 어두운 삼중항으로부터 잔존 에너지를 수확하는 데 초점을 맞추었다. 일반적으로 어두운 삼중항 상태로부터 빛을 방출하는 효율적인 인광체(phosphor)를 만들기 위한 최근 작업으로 인해 녹색 및 적색 OLED가 탄생했다. 그러나 청색과 같은 다른 색상은 OLED의 열화 과정을 가속화하는 더 높은 에너지 여기 상태를 필요로 한다.

삼중항-단일항 전이 비에 대한 기본 제한 인자는 매개 변수

의 값이며, 여기서 H _fi는 초미세 또는 스핀-궤도 상호 작용으로 인한 결합 에너지이고, Δ는 단일항 및 삼중항 상태 간의 에너지 분할(energetic splitting)이다. 전통적인 인광발광 OLED는 스핀-궤도(SO) 상호 작용으로 인해 단일항과 삼중항 상태의 혼합에 의존하고, H_fi를 증가시키며 중금속 원자와 유기 리간드 사이에 공유되는 최저 방출 상태를 제공한다. 이는 모든 더 높은 단일항 및 삼중항 상태로부터 에너지 수확을 가져오고, 이어 인광발광(여기 된 삼중항으로부터 상대적으로 수명이 짧은 방출)이 뒤따른다. 단축된 삼중항 수명은 전하 및 기타 엑시톤에 의한 삼중항 엑시톤 소멸을 감소시킨다. 다른 사람들의 최근 연구는 인광발광 물질의 성능에 한계에 도달했음을 시사한다.

OLED 장치의 용액 가공성은 양산이 본격화되면 생산 원가를 낮출 수 있고, 플렉시블 기판에 장치를 제작할 수 있어 롤업 디스플레이와 같은 새로운 기술로 이어질 수 있다고 생각된다. OLED 장치에서는 픽셀은 직접 발광하여 액정 디스플레이 (LCD)에 비해 더 큰 명암비와 더 넓은 시야각이 가능하다. 또한, LCD와 달리 OLED 디스플레이는 백라이트가 필요하지 않으므로 OLED가 꺼져있을 때 트루 블랙을 실현한다. OLED는 또한 LCD보다 빠른 응답 시간을 제공한다. 그러나 OLED 장치는 일반적으로 유기 발광 물질의 수명으로 인해 안정성과 수명이 좋지 않다. 현재 청색 OLED는 녹색 및 적색 OLED보다 외부 양자 효율이 훨씬 낮다. 더욱이 OLED는 종종 광범위한 방출로 어려움을 겪는다. 디스플레이 응용의 경우 더 나은 색상 순도를 제공하기 위해 더 좁은 방출이 바람직하다. 따라서, 안정성과 수명이 양호하고 청색 발광이 개선된 용액 처리 가능한 발광 장치가 필요하다.

본 발명은 전계 발광 디스플레이 장치의 발광층에 관한 것으로, 발광층은 호스트 매트릭스; 및 호스트 매트릭스에 분산된 2-도펀트 시스템을 포함하고, 상기 2-도펀트 시스템은, 형광 에미터 도펀트; 및 발광성 공여체-보조 도펀트를 포함한다.

상기 형광 에미터 도펀트(fluorescent emitter dopant)는 양자점 일 수 있다. 상기 양자점은 코어-쉘 양자점 일 수 있다. 상기 코어-쉘 양자점의 코어는 인듐을 포함 할 수 있다.

상기 발광성 공여체-보조 도펀트(emissive donor-assistant dopant)는 형광 공여체-보조 도펀트 및 인광 공여체-보조 도펀트 중 어느 하나 일 수 있다.

상기 발광성 공여체-보조 도펀트는 삼중항 엑시톤을 생성하고 역 계간전이(RISC, Reverse Intersystem Crossing)를 통해 삼중항 엑시톤을 변환할 수 있다.

단일항 엑시톤은 상기 발광성 공여체-보조 도펀트에서 상기 형광 에미터 도펀트로 전달 될 수 있다.

상기 형광 에미터 도펀트와 상기 발광성 공여체-보조 도펀트 사이의 물리적 거리는 상기 형광 에미터 도펀트의 표면에 결합된 캡핑 리간드의 길이에 따라 달라질 수 있다. 상기 캡핑 리간드는 엔트로피 리간드일 수 있다. 상기 캡핑 리간드는 무기 리간드일 수 있다.

상기 발광성 공여체-보조 도펀트는 금속 나노입자 일 수 있다.

상기 발광성 공여체-보조 도펀트는 란탄족 원소를 포함할 수 있다.

상기 발광성 공여체-보조 도펀트는 유기 형광단(organic fluorophore)일 수 있다.

상기 발광성 공여체-보조 도펀트는 핵산 형광단일 수 있다.

상기 발광성 공여체-보조 도펀트는 형광 단백질 일 수 있다.

상기 발광성 공여체-보조 도펀트는 형광 소분자(small molecule) 일 수 있다.

상기 발광성 공여체-보조 도펀트는 덴드리머(dendrimer) 일 수 있다.

상기 발광성 공여체-보조 도펀트는 이리듐 또는 백금을 포함하는 인광물질 일 수 있다.

상기 발광성 공여체-보조 도펀트는 열 활성화 지연 형광 (TADF) 분자 일 수 있다.

상기 발광성 공여체-보조 도펀트는 발광 폴리머 일 수 있다.

도 1은 본 개시의 다양한 양태에 따른 예시적인 유기 발광 다이오드 (OLED) 장치 구조의 개략도이다.
도 2는 TADF 분자의 에너지 레벨 다이어그램을 도시한다.
도 3은 본 개시의 다양한 양태에 따른 2-도펀트 시스템의 에너지 레벨 다이어그램을 도시한다.
도 4는 본 개시의 다양한 양태들에 따른 임계 거리(r_o) 결정을 위한 대안적인 베이스의 개략도이다.

구체 예들에 대한 다음의 설명은 본질적으로 예시일 뿐이며 본 개시 내용의 주제, 그 적용 또는 용도를 제한하려는 의도가 아니다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 범위는 상기 범위 내에 있는 각각의 모든 값을 설명하기 위한 약어로 사용된다. 상기 범위 내의 모든 값은 상기 범위의 종점으로 선택될 수 있다. 달리 명시되지 않는 한, 여기 및 본 명세서의 다른 곳에서 표현된 모든 백분율 및 양은 중량 백분율을 나타내는 것으로 이해되어야한다.

본 명세서 및 첨부된 청구 범위의 목적을 위해, 달리 표시되지 않는 한, 명세서 및 청구 범위에 사용된 양, 백분율 또는 비율, 및 기타 수치를 나타내는 모든 숫자는 모든 경우에서 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. "약"이라는 용어의 사용은 명시적으로 표시되었는지 여부에 관계없이 모든 숫자 값에 적용된다. 이 "약"이라는 용어는 일반적으로 당업자가 인용된 숫자 값에 대한 합리적인 편차로 간주할 숫자의 범위(즉, 인용된 숫자 갑과 동등한 기능 또는 결과를 가지는 숫자)를 지칭한다. 예를 들어, "약"이라는 용어는 편차가 주어진 숫자 값의 최종 기능이나 결과를 변경하지 않는 경우에, 주어진 숫자 값에 대해 ±10%의 편차, 대안적으로 ±5%의 편차 및 대안적으로 ±1%의 편차를 포함하는 것으로 해석될 수 있다. 따라서, 반대로 지시되지 않는 한, 본 명세서 및 첨부된 청구 범위에 기재된 수치 파라미터는 본 발명에 의해 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 변할 수 있는 근사치이다.

본 명세서 및 첨부된 청구 범위에서 사용된 단수 형태 혹은 단 복수 형태를 명시하지 않는 경우, 명시적으로 그리고 명백하게 단수로 제한되지 않는 한 복수의 형태를 포함한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "포함" 및 그의 문법적 변형은 비제한적인 것으로 의도되어, 목록에 나열되어 있는 항목의 언급이 나열된 항목을 대체되거나 항목에 추가될 수 있는 다른 유사한 항목을 제외하는 것이 아니다. 예를 들어, 본 명세서 및 다음 청구 범위에서 사용되는 용어 "포함한다" (뿐만 아니라 "포함하는" 및 "포함"과 같은 형태, 이의 어법적 변형 또는 활용형), "구비한다"(뿐만 아니라 "구비하는" 및 "구비" 와 같은 형태, 이의 어법적 변형 또는 활용형) 및 "가진다"(뿐만 아니라 "갖는" 및 "가지는"과 같은 형태, 형태, 이의 어법적 변형 또는 활용형)은 포괄적 (즉, 개방형 )인 의미로서 추가 요소 또는 단계를 배제하는 것이 아니다. 따라서, 이러한 용어는 언급된 구성요소(들) 또는 단계(들)를 포함할 뿐만 아니라 명시적으로 언급되지 않은 다른 구성요소 또는 단계를 포함할 수도 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 구성요소와 함께 사용될 때 단수 형태의 수사(하나 등)의 사용은 "하나"를 의미 할 수 있지만, "하나 이상", "적어도 하나", "및 "하나 이상"을 의미한다. 따라서 단수 형태의 수사에 뒤따르는 구성요소는 더 많은 제약 없이 추가 동일한 요소의 존재를 배제하지 않는다.

도 1은 예시적인 전계발광 양자점 함유 발광 다이오드(QD-LED) 장치 구조의 개략도이다. QD-LED(100)는 기판(1), 양극(anode)(10), 정공 주입층(HIL)(20), 정공 수송층(HTL)(30), 전자 차단 층(EBL)(40), 발광층(emitting layer)(50), 정공 차단층(HBL)(60), 전자 수송층(ETL)(70), 전자 주입층(EIL)(80) 및 음극(cathode)(90)을 포함한다. 일부 예의 경우, 도 1의 QD-LED 장치 구조는 추가 층들을 포함하거나 도시된 층들 중 하나 이상이 생략할 수 있다. OLED 장치 구조에서 발광층(50)은 호스트 물질에 분산된 형광 물질(fluorescent material)을 포함한다. 특정 유형의 형광 물질 중 하나는 열 활성화 지연 형광(TADF: thermally activated delayed fluorescence)을 나타내는 유기 분자이다. 본 개시에서, 형광층(50)은 호스트 물질 예를 들어, 3,3-디(9H-카르바졸-9-일)비페닐(3,3-di(9H-carbazol-9-yl)biphenyl)(mCBP)에 분산된 양자점 형광 에미터 도펀트(quantum dot fluorescent emitter dopant) 및 형광/인광 공여체-보조 도펀트(fluorescence/phosphorescence donor-assistant dopant)를 포함하는 2-도펀트 시스템을 포함ㅎ나다.

도 2는 TADF 분자의 에너지 레벨(energy level) 다이어그램을 묘사한다. TADF 분자에서 여기시 삼중항 상태(triplet state) 엑시톤(exciton)이 이전에 논의 된 대로 생성된다. 일반적으로 백금 및 이리듐 착물(complex)과 같은 에미터(emitter)에서 생성된 삼중항 엑시톤은 삼중항 상태에서 기저 상태(ground state)로 비방사적으로 붕괴되어 발광에 기여하지 않는다. 반면 TADF 분자에서 삼중항 엑시톤은 단일항과 삼중항 상태 사이의 작은 에너지 갭 (ΔE_ST)으로 인해 역 계간전이(RISC:Reverse Intersystem Crossing)를 통해 단일항 상태 엑시톤으로 상향 변환되며, 광방출(light emission)이 일중항 상태로부터 지연된 형광으로 추출될 수 있다. TADF 분자에서 ΔE_ST는 열 에너지의 흡수에 의해 제공된다.

본 개시의 다양한 양태에 따르면, 양자점 형광 에미터 도펀트인 TADF-보조 도펀트(TADF-assistant dopant)를 포함하는 2-도펀트 시스템이 QD-LED 장치와 같은 전계발광 디스플레이 장치에 사용하기 위해 제공된다. QD는 TADF 보조 발광 장치용 형광 에미터로서 유기 형광단(organic fluorophore)에 비해 이점을 제공할 수 있다. 본 개시 내용의 구현 예는 TADF 분자의 엑시톤 수확 능력을 결합하여 거의 단위 내부 양자 효율(unity internal quantum efficiency)을 달성하고, 수확된 엑시톤을 높은 광 발광 양자 수율로 QD로 에너지 전달하여 형광, 좁은 방출 양자점 장치를 달성하도록 설계된다. QD의 좁은, 의사 가우시안(pseudo-Gaussian) 방출은 유기 형광단에 비해 더 나은 색상 순도와 효율성을 가져올 수 있다. QD 형광 방출은 입자 크기와 조성을 조정하여 조정할 수 있는 반면, 유기 형광단은 일반적으로 광범위하고 특정 방출 프로파일을 나타낸다. 또한 QD의 형광 양자 수율(QY)은 일반적으로 유기 형광단에 비해 높다. 일부 예에서, 형광 공여체는 TADF 분자 일 수 있습니다.

일부 예에서, 양자점 형광 에미터 도펀트 및 인광 공여체-보조 도펀트를 포함하는 2-도펀트 시스템이 전계 발광 디스플레이 장치에 사용하기 위해 제공된다.

발광층이 형광 공여체(fluorescence donor) 및 QD들을 포함하는 경우, 형광 공여체상의 단일항 엑시톤(singlet exiton)들은 Forster 공명 에너지 전달(FRET)을 통해 QD로 공명 전달된다. 그런 다음 QD의 단일항 상태로부터 빛이 방출된다. 도 3은 본 개시의 다양한 양태에 따른 2-도펀트 시스템의 에너지 레벨 다이어그램을 도시한다. 발광층이 TADF 화합물만을 포함할 경우 삼중항 엑시톤은 단일항과 삼중항 상태 사이의 작은 에너지 갭 (ΔE_ST)으로 인해 역 계간전이(RISC, reverse intersystem crossing)를 통해 단일항 상태 엑시톤으로 상향 변환되며, 전술한 바와 같이 광 방출(발광)은 단일항 상태로부터 지연된 형광으로 추출될 수 있다. TADF 분자가 QD의 존재하에 있을 때는, 그러나 TADF 분자의 단일항 엑시톤은 Forster 공명 에너지 전달 (FRET)을 통해 QD의 단일항 상태로 공명적으로 전달된다. 그런 다음 광은 QD의 단일 상태로부터 지연된 형광으로 방출된다. 발광층이 인광 공여체와 양자점들을 모두 포함하는 경우 인광 공여체 상의 단일항 및 삼중항 엑시톤들은 0이 아닌 진동 강도를 가지므로 Forster 공명 에너지 전달 (FRET)을 통해 QD로 공명적으로 전달될 수 있다. 그런 다음 QD의 단일항 상태에서 빛이 방출된다.

일부 예들에서, QD는 청색 발광 QD 일 수 있다. 다른 예들에서 QD는 녹색 발광 QD 일 수 있다. 또 다른 예들에서 QD는 적색 발광 QD 일 수 있다. 또 다른 예들에서 QD는 청색, 녹색 및 적색 발광 QD의 임의의 조합일 수 있다. 또 다른 예들에서 QD는 UV 발광 QD 일 수 있다. 또 다른 예들에서 QD는 IR 발광 QD 일 수 있다. 또 다른 예들에서, QD는 응용 분야에 따라 전자기 스펙트럼의 UV에서 IR 영역에 이르는 모든 파장에서 발광하도록 조정할 수 있다. 특정 TADF 분자는 제한되지 않는다. 일부 예들에서, 공여체는 형광 공여체이다. 일부 예들에서 형광 공여체는 TADF 분자이다. 본 개시의 다양한 양태에 따라 사용되는 TADF 분자는 예를 들어 미국 특허 번호 9,502,668, 미국 특허 번호 9,634,262, 미국 특허 번호 9,660,198, 미국 특허 번호 9,685,615, 미국 특허 출원 공개 번호 2016/0372682, 미국 특허 출원 공개 번호 2016/0380205 및 미국 특허 출원 공개 번호 2017/0229658에 기재된 것들을 포함할 수 있고, 그 전체 내용이 언급에 의해 본 명세서에 포함된다. 일부 예들에서, 공여체는 인광 공여체이다.

전계발광 디스플레이와 같은 전계발광 장치에서 2-도펀트 시스템의 성능을 최적화하기 위해, 다양한 품질을 갖는 QD를 설계하는 것이 유리할 수 있다. 첫째, QD는 높은 진동자 강도를 가져야 한다. 둘째, QD는 형광 또는 인광 공여체로 높은 FRET을 갖도록 제작되어야 한다. 셋째, QD는 강력한 흡수재로 제작되어야 한다. 마지막으로 QD는 짧은 여기 상태 수명을 나타내도록 제작되어야 한다. 당업자는 상기 내용이 반드시 본 개시에 따른 시스템에서 최적화될 수 있는 유일한 특성이 아니라는 점을 이해할 것이다.

FRET의 극대화(Maximization of FRET)

본 개시 내용의 다양한 양태에 따라, TADF 분자의 단일항 엑시톤은 FRET를 통해 QD의 단일항 상태로 공명적으로 전달된다. 근거리 쌍극자-쌍극자 결합 메커니즘(near field dipole-dipole coupling mechanism), FRET의 임계 거리는 잘 알려진 Forster 메커니즘 [Forster, Th., Ann. Phys. 437, 55 (1948)]에 따라 TADF 분자 ("형광 공여체"(fluorescence donor)와 QD ("흡수 수용체"(absorbance acceptor))의 스펙트럼 중첩으로부터 계산할 수 있다. TADF 분자와 QD 간의 FRET 효율을 최대화하려면 임계 거리를 결정해야 한다. TADF 분자와 QD 사이의 임계 거리 r ₀은 FRET 효율이 50% 인 거리이며 공식 1로 정의된다:

,

여기서 c는 진공 상태에서 빛의 속도, n은 물질의 굴절률, κ²는 배향 인자(orientation factor), η_D는 TADF 분자의 광발광 (PL) 양자 효율, S_D는 TADF 분자의 정규화된 PL 스펙트럼이고 σ_A는 QD 흡수 단면이다[Y.Q. Zhang and X.A. Cao, Appl. Phys. Lett., 2010, 97, 253115]. 따라서 임계 거리 r₀은 예를 들어 TADF 분자의 PL 특성 (광 발광 최대 (PLmax)), 반치전폭(FWHM) 및 PL 양자 효율 및 σ_A를 변경하여 조작 할 수 있고, 이는 QD의 모양, 구성 및 아키텍처와 같은 요인에 의해 영향을 받을 수 있다. TADF 방출과 QD 흡수 사이의 스펙트럼 중첩이 좋을수록 전달 효율이 좋아지고 따라서 에너지를 전달할 수 있는 거리가 길어진다.

도 4는 r₀ 결정을 위한 대안적인 베이스(base)의 개략도이다. 일부 예들에서 r₀은 형광/인광 공여체의 중심에서 QD 코어의 중심까지로 측정될 수 있다 (이로부터 방출은 Type I QD에서 발생함). 다른 예들에서 r₀은 형광/인광 공여체의 가장자리에서 QD 코어의 가장자리까지로 측정될 수 있다.

TADF 분자가 도 4에 원 또는 구체로서 도시되었지만, 당업자는 임의의 특정 TADF 분자의 형태가 그의 화학 구조에 의존한다는 것을 쉽게 이해할 수 있다. 추가로, QD가 구형인 것으로 도시되어 있지만, 당업자는 본 개시의 다양한 양태에 따라 사용되는 QD의 형상이 본원에 기재된 바와 같이 변할 수 있다는 것을 쉽게 이해할 수 있다. 본 개시의 다양한 양태에 따라 사용되는 QD는 코어, 코어-쉘, 코어-멀티 쉘 또는 양자점-양자 우물 (QD-QW) QD 중 어느 하나 일 수 있다. r₀이 형광/인광 공여체의 가장자리에서 QD 코어의 가장자리까지 측정되는 경우 QD-QW 아키텍처가 바람직할 수 있다. QD-QW는 더 넓은 밴드 갭 물질의 코어와 제 2 쉘 사이에 끼워진 더 좁은 밴드 갭 물질의 제 1 쉘을 포함하며, 방출은 제 1 쉘로부터 발생한다. 따라서, 코어/쉘 QD에서 형광/인광 공여체의 가장자리와 코어의 가장자리 사이의 거리는 QD-QW에서 형광/인광 공여체의 가장자리와 첫 번째 쉘의 가장자리 사이의 거리보다 클 수 있다.

본 개시의 다양한 양태에 따라 사용되는 QD는 2-100nm 범위의 크기를 가질 수 있고 다음을 포함하는 코어 물질을 포함할 수 있다:

원소 주기율표의 2 그룹(group)의 제1 원소와 16 그룹의 제2 원소로 구성된 IIA-VIA (2-16) 물질, 3원소 물질, 4원소 물질 및 도핑된 물질. 나노입자 물질은 여기에 한정되는 것은 아니며, MgS, MgSe, MgTe, CaS, CaSe, CaTe, SrS, SrSe, SrTe, BaS, BaSe, BaTe를 포함;

원소 주기율표의 12 그룹의 제1 원소와 16 그룹의 제2 원소로 구성되는 IIB-VIA (12-16) 물질, 3원소 물질, 4원소 물질 및 도핑된 물질. 나노입자 물질은 여기에 한정되는 것은 아니며 ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe를 포함;

원소 주기율표의 12그룹의 제1 원소와 15 그룹의 제2 원소로 구성되는 II- V 물질, 3원소 물질, 4원소 물질 및 도핑된 물질. 나노입자 물질은 여기에 한정되는 것은 아니며 Zn₃P₂, Zn₃As₂, Cd₃P₂, Cd₃As₂, Cd₃N₂, Zn₃N₂를 포함;

원소 주기율표의 13 그룹의 제1 원소와 15 그룹의 제2 원소로 구성되는 III- V 물질, 3원소 물질, 4원소 물질 및 도핑된 물질. 나노입자 물질은 여기에 한정되는 것은 아니며 BP, AlP, AlAs, AlSb; GaN, GaP, GaAs, GaSb; InN, InP, InAs, InSb, AlN, BN을 포함;

원소 주기율표의 13 그룹의 제1 원소와 14 그룹의 제2 원소로 구성되는 III- IV 물질, 3원소 물질, 4원소 물질 및 도핑된 물질. 나노입자 물질은 여기에 한정되는 것은 아니며, B₄C, A1₄C₃, Ga₄C를 포함;

원소 주기율표의 13 그룹의 제1 원소와 16 그룹의 제2 원소로 구성되는 III- VI 물질, 3원소 물질, 4원소 물질 및 도핑된 물질. 나노입자 물질은 여기에 한정되는 것은 아니며, A1₂S₃, Al₂Se₃, Al₂Te₃, Ga₂S₃, Ga₂Se₃, GeTe; In₂S₃, In₂Se₃, Ga₂Te₃, In₂Te₃, InTe를 포함;

원소 주기율표의 14 그룹의 제1 원소와 16 그룹의 제2 원소로 구성되는 IV- VI 물질, 3원소 물질, 4원소 물질 및 도핑된 물질. 나노입자 물질은 여기에 한정되는 것은 아니며 PbS, PbSe, PbTe, SnS, SnSe, SnTe를 포함;

원소 주기율표의 15 그룹의 제1 원소와 16 그룹의 제2 원소로 구성되는 V-VI 물질, 3원소 물질, 4원소 물질 및 도핑된 물질. 나노입자 물질은 여기에 한정되는 것은 아니며, Bi₂Te₃, Bi₂Se₃, Sb₂Se₃, Sb₂Te₃를 포함; 그리고,

원소 주기율표의 전이금속의 임의의 그룹에서 선택된 제1 원소와 16 그룹의 제2 원소로 구성되는 나노입자 물질, 3원소 물질, 4원소 물질 및 도핑된 물질. 나노입자 물질은 여기에 한정되는 것은 아니며, NiS, CrS, CuInS₂, CuInSe₂, CuGaS₂, CuGaSe₂, CuIn_xGa_1-xS_ySe_2-y(여기서 0≤x≤1, 0≤y≤2 ), AgInS₄를 포함.

명세서 및 청구 범위의 목적을 위해 도핑된 나노입자(doped nanopaticle)라는 용어는 상기의 나노입자들 및 하나 이상의 주 그룹(main group) 또는 희토류 원소로 구성된 도펀트(dopant)를 지칭하며, 이는 가장 흔히 전이 금속 또는 희토류 원소이며, 도핑된 나노입자는 예컨대 Mn²+로 도핑된 ZnS 나노입자와 같은 망간을 포함하는 황화 아연으로 여기에 제한되지는 않는다.

명세서 및 청구 범위의 목적을 위해 도핑된 나노입자(doped nanopaticle)라는 용어는 상기의 나노입자들 및 하나 이상의 주 그룹(main group) 또는 희토류 원소로 구성된 도펀트(dopant)를 지칭하며, 이는 가장 흔히 전이 금속 또는 희토류 원소이며, 도핑된 나노입자는 예컨대 Mn²+로 도핑된 ZnS 나노입자와 같은 망간을 포함하는 황화 아연으로 여기에 제한되지는 않는다.

명세서 및 청구 범위의 목적을 위해 용어 "3원소 물질"(ternary material)은 상기의 QD를 지칭하지만 3성분 QD 물질을 지칭한다. 세 가지 성분은 일반적으로 상기에서 언급된 그룹의 원소의 조성이다. 예는 (Zn_xCd_1-xS)_mL_n 나노 결정 (여기서 L은 캡핑제)이다.

명세서 및 청구 범위의 목적을 위해 용어 "4원소 물질"(quaternary material)은 상기 나노입자이지만 4성분 나노입자 물질을 지칭한다. 4개의 성분은 일반적으로 상기에서 언급된 그룹의 원소의 조성이다. 예는 (Zn_xCd_1-xS_ySe_1-y)_mL_n 나노 결정 (여기서 L은 캡핑제)이다.

대부분의 경우 코어 입자상에서 성장하는 임의의 쉘 또는 후속 쉘(들)에 사용되는 물질은 코어 물질과 유사한 격자 형 물질일 것이다. 즉, 쉘 물질은 코어 물질에 정합하는 유사한 격자를 가져 코어 상에 에피탁시 성장 가능한 물질이나, 반드시 격자 면에서 양립성(compatibility) 물질로 제한되는 것은 아니다. 대부분의 경우에 코어 입자상에서 성장하는 임의의 쉘 또는 후속 쉘(들)에 사용되는 물질은 코어 물질보다 더 넓은 밴드 갭을 갖지만 반드시 더 넓은 밴드 갭의 물질로 제한되지는 않는다. 코어 입자상에서 성장하는 임의의 쉘 또는 후속 쉘(들)의 물질은 다음을 포함하는 물질을 포함 할 수 있다:

원소 주기율표의 2 그룹(group)의 제1 원소와 16 그룹의 제2 원소로 구성된 IIA-VIA (2-16) 물질, 3원소 물질, 4원소 물질 및 도핑된 물질. 나노입자 물질은 여기에 한정되는 것은 아니며, MgS, MgSe, MgTe, CaS, CaSe, CaTe, SrS, SrSe, SrTe를 포함;

원소 주기율표의 12 그룹의 제1 원소와 16 그룹의 제2 원소로 구성되는 IIB-VIA (12-16) 물질, 3원소 물질, 4원소 물질 및 도핑된 물질. 나노입자 물질은 여기에 한정되는 것은 아니며 ZnS, ZnSe, ZnTe, CdS, CdSe, CdTe, HgS, HgSe, HgTe를 포함;

원소 주기율표의 12그룹의 제1 원소와 15 그룹의 제2 원소로 구성되는 II- V 물질, 3원소 물질, 4원소 물질 및 도핑된 물질. 나노입자 물질은 여기에 한정되는 것은 아니며 Zn₃P₂, Zn₃As₂, Cd₃P₂, Cd₃As₂, Cd₃N₂, Zn₃N₂를 포함;

원소 주기율표의 13 그룹의 제1 원소와 15 그룹의 제2 원소로 구성되는 III- V 물질, 3원소 물질, 4원소 물질 및 도핑된 물질. 나노입자 물질은 여기에 한정되는 것은 아니며 BP, AlP, AlAs, AlSb; GaN, GaP, GaAs, GaSb; InN, InP, InAs, InSb, AlN, BN을 포함;

원소 주기율표의 13 그룹의 제1 원소와 14 그룹의 제2 원소로 구성되는 III- IV 물질, 3원소 물질, 4원소 물질 및 도핑된 물질. 나노입자 물질은 여기에 한정되는 것은 아니며, B₄C, A1₄C₃, Ga₄C를 포함;

원소 주기율표의 13 그룹의 제1 원소와 16 그룹의 제2 원소로 구성되는 III- VI 물질, 3원소 물질, 4원소 물질 및 도핑된 물질. 나노입자 물질은 여기에 한정되는 것은 아니며, A1₂S₃, Al₂Se₃, Al₂Te₃, Ga₂S₃, Ga₂Se₃, In₂S₃, In₂Se₃, Ga₂Te₃, In₂Te₃를 포함;

원소 주기율표의 14 그룹의 제1 원소와 16 그룹의 제2 원소로 구성되는 IV- VI 물질, 3원소 물질, 4원소 물질 및 도핑된 물질. 나노입자 물질은 여기에 한정되는 것은 아니며 PbS, PbSe, PbTe, SnS, SnSe, SnTe를 포함;

원소 주기율표의 15 그룹의 제1 원소와 16 그룹의 제2 원소로 구성되는 V-VI 물질, 3원소 물질, 4원소 물질 및 도핑된 물질. 나노입자 물질은 여기에 한정되는 것은 아니며, Bi₂Te₃, Bi₂Se₃, Sb₂Se₃, Sb₂Te₃를 포함; 그리고,

원소 주기율표의 전이금속의 임의의 그룹에서 선택된 제1 원소와 16 그룹의 제2 원소로 구성되는 나노입자 물질, 3원소 물질, 4원소 물질 및 도핑된 물질. 나노입자 물질은 여기에 한정되는 것은 아니며, NiS, CrS, CuInS₂, CuInSe₂, CuGaS₂, CuGaSe₂, CuIn_xGa_1-xS_ySe_2-y(여기서 0≤x≤1, 0≤y≤2 ), AgInS₄를 포함.

본 발명 개시의 다양한 양태에 따른 형광/인광 공여체들은 여기에 한정되는 것은 아니며 다음을 포함한다:

전술한 양자점들;

Ag, Au포함하나 이에 제한되지 않는, 귀금속 나노입자들을 포함하여, 금속 나노입자들;

TADF 분자들, 예를 들어 예를 들어 미국 특허 번호 9,502,668, 미국 특허 번호 9,634,262, 미국 특허 번호 9,660,198, 미국 특허 번호 9,685,615, 미국 특허 출원 공개 번호 2016/0372682, 미국 특허 출원 공개 번호 2016/0380205 및 미국 특허 출원 공개 번호 2017/0229658에 기재된 것들을 포함 할 수 있고, 그 전체 내용이 언급에 의해 본 명세서에 포함되며, TADF 분자들은 다음을 포함하지만 열거된 것에 한정되지는 않는다: 비스[3,5-디(9H-카르바졸-9-일))페닐]디페닐실란(bis[3,5-di(9H-carbazol-9-yl)phenyl]diphenylsilane); 2,5,8,11-테트라-터트-부틸페릴렌(2,5,8,11-tetra-tert-butylperylene); 10,10',10"-(4,4',4"-포스포릴트리스(벤젠-4,1-디일))트리스(10H-페녹사진)(10,10',10"-(4,4',4"-phosphoryltris(benzene-4,1-diyl))tris(10H-phenoxazine)); 10-(4-(4,6-디페닐-1,3,5-트리아진-2-일)페닐)-9,9-디메틸-9,10-디히드로아크리딘(10-(4-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)phenyl)-9,9-dimethyl-9,10-dihydroacridine); 10-페닐-10H,10'H-스피로[아크리딘-9,9'-안트라센]-10'-온(10-phenyl-10H,10'H-spiro[acridine-9,9'-anthracen]-10'-one); 3,6-디벤조일-4,5-디(1-메틸-9-페닐-9H-카르바조일)-2-에티닐벤조니트릴(3,6-dibenzoyl-4,5-di(1-methyl-9-phenyl-9H-carbazoyl)-2-ethynylbenzonitrile); 9,9',9"-(5-(4,6-디페닐-1,3,5-트리아진-2-일)벤젠-1,2,3-트리일)트리스(9H-카르바졸)(9,9',9''-(5-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)benzene-1,2,3-triyl) tris(9H-carbazole)); 2,4,6-트리스[3-(디페닐포스피닐)페닐]-1,3,5-트리아진(2,4,6-tris[3-(diphenylphosphinyl)phenyl]-1,3,5-triazine); 9,9'-(4,4'-설포닐비스(4,1-페닐렌))비스(3,6-디-터트-부틸-9H-카르바졸)(9,9'-(4,4'-sulfonylbis(4,1-phenylene))bis(3,6-di-tert-butyl-9H-carbazole)); 10,10'-(4,4'-(4-페닐-4H-1,2,4-트리아졸-3,5-디일)비스(4,1-페닐렌))비스(10H-페녹사진)(10,10'-(4,4'-(4-phenyl-4H-1,2,4-triazole-3,5-diyl)bis(4,1-phenylene))bis(10H-phenoxazine)); 비스(4-(9H-3,9'-비카르바졸-9-일)페닐)메탄온(bis(4-(9H-3,9'-bicarbazol-9-yl)phenyl)methanone); 10,10'-(4,4'-설포닐비스(4,1-페닐렌))비스(9,9-디메틸-9,10-디히드로아크리딘)(10,10'-(4,4'-sulfonylbis(4,1-phenylene))bis(9,9-dimethyl-9,10-dihydroacridine)); 9'-[4-(4,6-디페닐-1,3,5-트리아진-2-일)페닐]-3,3",6,6"-테트라페닐-9,3':6',9"-터-9H-카르바졸(9'-[4-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl) phenyl]-3,3'', 6,6''-tetraphenyl-9,3 ':6',9''-ter-9H-carbazole); 9'-[4-(4,6-디페닐-1,3,5-트리아진-2-일)페닐]-9,3':6',9"-터-9H-카르바졸(9'-[4-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl) phenyl]-9,3':6',9''-ter-9H-carbazole); 9,9'-(5-(4,6-디페닐-1,3,5-트리아진-2-일)-1,3-페닐렌)비스(9H-카르바졸)(9,9'-(5-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-1,3-phenylene)bis(9H-carbazole)); 9,9',9",9'''-((6-페닐-1,3,5-트리아진-2,4-디일)비스(벤젠-5,3,1-트리일))테트라키스(9H-카르바졸)(9,9',9'',9'''-((6-phenyl-1,3,5-triazine-2,4-diyl)bis(benzene-5,3,1-triyl))tetrakis(9H-carbazole)); 9,9'-(4,4'-설포닐비스(4,1-페닐렌))비스(3,6-디메톡시-9H-카르바졸)(9,9'-(4,4'-sulfonylbis(4,1-phenylene))bis(3,6-dimethoxy-9H-carbazole)); 9-(4-(4,6-디페닐-1,3,5-트리아진-2-일)페닐)-3',6'-디페닐-9H-3,9'-비카르바졸(9-(4-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)phenyl)-3',6'- diphenyl-9H-3,9'-bicarbazole); 10-(4,6-디페닐-1,3,5-트리아진-2-일)-10H-페녹사진(10-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-10H-phenoxazine); 9-(4-(4,6-디페닐-1,3,5-트리아진-2-일)페닐)-9H-카르바졸(9-(4-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)phenyl)-9H-carbazole); 2,5,8,11-테트라-터트-부틸페릴렌(2,5,8,11-tetra-tert-butylperylene); 2,3,4,6- 테트라(9H-카르바졸-9-일)-5-플루오로벤조니트릴(2,3,4,6-tetra(9H-carbazol-9-yl)-5-fluorobenzonitrile); 9,10-비스[N,N-디-(p-톨일)-아미노]안트라센(9,10-bis[N,N-di-(p-tolyl)-amino]anthracene); 2,5-비스(4-(10H-페녹사진-10-일)페닐)-1,3,4-옥사디아졸(2,5-bis(4-(10H-phenoxazin-10-yl)phenyl)-1,3,4-oxadiazole); 3-(9,9-디메틸아크리딘-10(9H)-일)-9H-크산텐-9-온(3-(9,9-dimethylacridin-10(9H )-yl)-9H-xanthen-9-one); 1,4-비스(9,9-디메틸아크리단-10-일-p페닐)-2,5-비스(프톨일-메타노일)벤젠(1,4-bis(9,9-dimethylacridan-10-yl-pphenyl)-2,5-bis(ptolyl-methanoyl)benzene); 1,4-비스(9,9-페녹사진-10-일-p-페닐)-2,5-비스(p-톨일메타 노일)-벤젠(1,4-bis(9,9-phenoxazin-10-yl-p-phenyl)-2,5-bis(p-tolylmethanoyl)-benzene); 5,10-비스(4-(1-페닐-1H-벤조[d]이미다졸-2-일)페닐)-5,10-디히드로페나진(5,10-bis(4-(1-phenyl-1H-benzo[d]imidazol-2-yl)phenyl)-5,10-dihydrophenazine); 10,10'-(4,4'-설포닐비스(4,1-페닐렌))비스(10H-페녹사진)(10,10'-(4,4'-sulfonylbis(4,1-phenylene))bis(10H-phenoxazine)); 1,3,5-트리스(4-(디페닐아미노)페닐)-2,4,6-트리시아노벤젠(1,3,5-tris(4-(diphenylamino)phenyl)-2,4,6-tricyanobenzene); 9,9',9"-(5-(4,6-디페닐-1,3,5-트리아진-2-일)벤젠-1,2,3-트리일)트리스(3,6-디메틸-9H-카르바졸)(9,9',9''-(5-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)benzene-1,2,3-triyl) tris(3,6-dimethyl-9H-carbazole)); 4,4"-디-10H-페녹사진-10-일 [1,1':2',1"-터페닐]-4',5'-디카르보니트릴(4,4''-di-10H-phenoxazin-10-yl[1,1':2',1''-terphenyl]-4',5'-dicarbonitrile); 2 [-(2-피리디닐)-9-[3-(2-피리디닐옥시)페닐]-9H-카르바졸]팔라듐(2[-(2-pyridinyl)-9-[3-(2-pyridinyloxy) phenyl]- 9H-carbazole]palladium); 2'-(4,6-디페닐-1,3,5-트리아진-2-일)-N,N-디페닐비페닐-2-아민(2'-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)-N,N-diphenylbiphenyl-2-amine); 5-클로로-2,4,6-트리스(3,6-디-터트-부틸-9H-카르바졸-9-일)이소프탈로니트릴(5-chloro-2,4,6-tris(3,6-di-tert-butyl-9H-carbazol-9-yl)isophthalonitrile); 디벤조 {[f,f']-4,4',7,7'- 테트라페닐}디인데노[1,2,3-cd:1',2',3'-lm]페릴렌(dibenzo{[f,f' ]-4,4',7,7'-tetraphenyl}diindeno[1,2,3-cd:1',2',3'-lm]perylene); 2,3,5,6-테트라키스 [3,6-비스(1,1-디메틸에틸)-9H-카르바졸-9-일]벤조니트릴(2,3,5,6-tetrakis[3,6-bis(1,1-dimethylethyl)-9H-carbazol-9-yl]benzonitrile); 7,10-비스(4-(디페닐아미노)페닐)-2,3-디시아노피라지노 페난트렌(7,10-bis(4-(diphenylamino)phenyl)-2,3-dicyanopyrazino phenanthrene); 2,8-디-터트-부틸-5,11-비스(4-터트-부틸페닐)-6,12-디페닐테트라센(2,8-di-tert-butyl-5,11-bis(4-tert-butylphenyl)-6,12-diphenyltetracene); 디벤조{[f,f']-4,4',7,7'- 트라페닐}디인데노[1,2,3-cd:1',2',3'-lm]페릴렌(dibenzo{[f,f']-4,4',7,7'-tetraphenyl}diindeno[1,2,3-cd :1',2',3'-lm]perylene); 2-[4-(디페닐아미노)페닐]-10,10-디옥사이드-9H-티오크산텐-9-온(2-[4-(diphenylamino) phenyl]-10,10-dioxide-9H - thioxanthen-9-one); 2-(9-페닐-9H-카르바졸-3-일)-10,10-디옥사이드-9H-티오크산텐-9-온(2-(9- phenyl-9H-carbazol-3-yl)-10,10- dioxide-9H-thioxanthen-9-one);

란탄족 인광체(lanthanide phosphor) 및 란탄족 착물(lanthanide complex)를 포함하여, 란탄족 화합물(lanthanide compound), 상기 란탄족 인광체는 다음을 포함하지만 이에 제한되지는 않음: Ce³⁺ 도핑된 인광체; Eu²⁺ 도핑 인광체; Eu³⁺ 도핑된 인광체; Pr³⁺ 도핑된 인광체; Sm³⁺ 도핑 인광체; Tb³⁺ 도핑 인광체; Er³⁺ 도핑 인광체; Yb³⁺ 도핑 인광체; Nd³⁺ 도핑 인광체; Dy³⁺ 도핑 인광체. 란탄족 착물은 다음을 포함하지만 이에 제한되지는 않음: Sm(III), Eu(III), Er(III), Tb(III), Dy(III), Nd(III), Ce(III) Pr(III), Yb(III)을 포함하는 착물;

다음을 포함하지만 이에 제한되지 않는 유기 형광단(organic fluorophore): 크산텐 유도체: 플루오레세인(fluorescein); 로다민(rhodamine); 오레곤 그린(Oregon green); 에오신(eosin); 텍사스 레드(Texas red); 시아닌 유도체: 시아닌; 인도카르보시아닌(indocarbocyanine); 옥사카르보시아닌(oxacarbocyanine); 티아카르보시아닌(thiacarbocyanine); 인도시아닌 그린(indocyanine green); 메로시아닌(merocyanine); 스쿠아레인(; squaraine) 유도체 및 고리-치환된 스쿠아레인: 세타(Seta); SeTau; 스퀘어 염료(Square dyes); 나프탈렌 유도체: 단실(dansyl) 및 프로단(prodan) 유도체; 쿠마린(coumarin) 유도체; 옥사디아졸 유도체 : 피리딜록사졸; 니트로벤족사디아졸(nitrobenzoxadiazole); 벤족사디아졸; 안트라센 유도체: 안트라퀴논; DRAQ5; DRAQ7; CyTRAK 오렌지; 피렌 유도체: 캐스케이드 블루(cascade blue); 옥사진(Oxazine) 유도체 : 나일 레드(Nile red), 나일 블루, 크레실 바이올렛(cresyl violet), 옥사진 170; 아크리딘 유도체 : 프로플라빈(proflavin); 아크리딘 오렌지; 아크리딘 황색; 아릴메틴(arylmethine) 유도체 : 아우라민(auramine); 크리스탈 바이올렛; 말라카이트 그린(malachite green); 테트라피롤 유도체 : 포르핀, 프탈로시아닌, 빌리루빈;

핵산 형광단(Nucleic acid fluorophores);

다음을 포함하지만 이에 제한되지 않는 형광단백질(Fluorescent protein): 형광 단량체, 형광 이량체, 형광 삼량체;

다음을 포함하지만 이에 제한되지 않는 형광 소형 분자(Fluorescent small molecule): 트리스(8-히드록시 퀴놀린) 알루미늄 (tris(8-hydroxyquinoline)aluminium) (Alq₃); 2,2',2"-(1,3,5-벤진트리일)-트리스(1-페닐-1-H-벤즈이미다졸) (2,2',2"-(1,3,5-benzinetriyl)-tris(1-phenyl-1-H-benzimidazole)) (TPBi); 비스(8-히드록시-2-메틸 퀴놀린)-(4-페닐페녹시)알루미늄 (bis(8-hydroxy-2-methylquinoline)-(4-phenylphenoxy)aluminium ) (BAlq);

다음을 포함하지만 이에 제한되지 않는 발광 폴리머: 비스(2-(3,5-디메틸페닐)-4-프로필피리딘)(2,2,6,6-테트라메틸헵탄-3,5-디케토네이트)이리듐(III) (bis(2-(3,5-dimethylphenyl)-4-propylpyridine)(2,2,6,6-tetramethylheptane-3,5-diketonate))iridiumIII)); 비스(2-페닐피리딘)(아세틸아세토네이트)이리듐 (III) (bis(2-phenylpyridine)(acetylacetonate)iridium(III)); 팍-트리스(2-페닐피리딘)이리듐(III) (fac-tris(2-phenylpyridine)iridium(III)); N-N'-디메틸-퀸아크리돈(N,N'-dimethyl-quinacridone); 2,3,6,7-테트라히드로-1,1,7,7-테트라메틸-1H,5H,11H-10-(2-벤조티아졸일)퀴놀리지노[9,9a,1gh]쿠마린(2,3,6,7-tetrahydro-1,1,7,7,-tetramethyl-1H,5H,11H-10-(2-benzothiazolyl)quinolizino[9,9a,1gh]coumarin); 3-(2-벤조티아졸일)-7-(디에틸아미노)쿠마린(3-(2-benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin); 4,4"-디-10H-페녹사진-10-일[1,1':2',1"-터페닐]-4',5'-디카르보니트릴(4,4"-di-10H-phenoxazin-10-yl[1,1':2',1"-terphenyl]-4',5'-dicarbonitrile); 9,9',9"-(5-(4,6-디페닐-1,3,5-트라이진-2-일)벤젠-1,2,3-트리일)트리스(3,6-디메틸-9H-카르바졸) (9,9',9"-(5-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)benzene-1,2,3-triyl) tris(3,6-dimethyl-9H-carbazole)); 3-(2-벤조티아졸일)-7-(디에틸아미노)쿠마린 (3-(2-benzothiazolyl)-7-(diethylamino)coumarin); 2,3,6,7-테트라히드로-1,1,7,7-테트라메틸-1H,5H,11H-10-(2-벤조티아졸일)퀴놀리진로[9,9a,1gh]쿠마린 (2,3,6,7-tetrahydro-1,1,7,7,-tetramethyl-1H,5H,11H-10-(2-benzothiazolyl)quinolizino[9,9a,1gh]coumarin); N,N'-디메틸-퀸아크리돈 (N,N'-Dimethyl-quinacridone); 팍-트리스(2-페닐피리딘)아세틸아세토네이트)이리듐(III) (fac-tris(2-phenylpyridine)iridium(III)); 비스(2-페닐피리딘(아세틸아세토네이트)이리듐 (bis(2-phenylpyridine)(acetylacetonate)iridium(III)); 트리스[2-(p-톨일)-피리딘]이리듐(III) (tris[2-(p-tolyl)pyridine]iridium(III)); 9,10-비스[N,N-디-(p-톨일)-아미노]안트라센 (9,10-bis[N,N-di-(p-tolyl)-amino]anthracene); 9,10-비스[페닐(m-톨일)-아미노]안트라센(9,10-bis[phenyl(m-tolyl)-amino]anthracene); 비스[2-(2-히드록시페닐)벤조타아졸라토]아연(II) (bis[2-(2-hydroxyphenyl)benzothiazolato]zinc(II)); N10,N10,N10',N10'-테트라-톨일-9,9'-비안트라센-10,10'-디아민 (N10,N10,N10',N10'-tetra-tolyl-9,9'-bianthracene-10,10'-diamine); N10,N10,N10',N10'-테트라페닐-9,9'-비안트라센-10,10'-디아민 (N10,N10,N10',N10'-tetraphenyl-9,9'-bianthracene-10,10'-diamine); N10,N10'-디페닐-N10,N10'-디나프탈레닐-9,9'-비안트라센-10,10'-디아민 (N10,N10'-diphenyl-N10,N10'-dinaphthalenyl-9,9'-bianthracene-10,10'-diamine); 팍-트리스(2-(3-p-크실일)페닐)피리딘 이리듐(III) (fac-tris(2-(3-p-xylyl)phenyl)pyridine iridium(III)); 2,5-비스(4-(10H-펜녹사진-10-일)-1,3,4-옥사디아졸 (2,5-bis(4-(10H-phenoxazin-10-yl)phenyl)-1,3,4-oxadiazole); 비스(2-(나프탈렌-2-일)피리딘)(아세틸아세토네이트)이리듐(III) (bis(2-(naphthalen-2-yl)pyridine)(acetylacetonate)iridium(III)); 트리스(2-페닐-3-메틸-피리딘)이리듐 (tris(2-phenyl-3-methyl-pyridine)iridium); 4,4'-비스[4-(디페닐아미노)스티릴]비페닐 (4,4'-bis[4-(diphenylamino)styryl]biphenyl); 비스(3,5-디플루오로-2-(2-피리닐)페닐-(2-카르복시피리딜)이리듐(III) (bis(3,5-difluoro-2-(2-pyridyl)phenyl-(2-carboxypyridyl)iridium(III)); 4,4'-비스[4-(디-p-톨일아미노)스티릴]비페닐 (4,4'-bis[4-(di-p-tolylamino)styryl]biphenyl); 4,4'-비스[4-(디-m-톨일아미노)스티릴]비페닐 (4,4'-Bis[4-(di-m-tolylamino)styryl]biphenyl); 2,5,8,11-테트라-터트-부틸페릴렌 (2,5,8,11-tetra-tert-butylperylene); 페릴렌(perylene); 4,4'-비스(9-에틸-3-카르바보비닐렌)-1,1'-비페닐 (4,4'-bis(9-ethyl-3-carbazovinylene)-1,1'-biphenyl); 4,4'-비스(9-에틸-3-카르바보비닐렌)-1,1'-비페닐 (4,4'-bis(9-ethyl-3-carbazovinylene)-1,1'-biphenyl); 2,5,8,11-테트라-터트-부틸페릴렌 (2,5,8,11-tetra-tert-butylperylene); 1,4-비스[2-(3-N-에틸카르바조릴)비닐]벤젠 (1,4-bis[2-(3-N-ethylcarbazoryl)vinyl]benzene); 4,4'-비스[4-(디-p-톨일아미노)스티릴]비페닐 (4,4'-bis[4-(di-p-tolylamino)styryl]biphenyl); 4-(디-p-톨일아미노)-4'-[(디-p-톨일아미노)스티릴]스틸벤 (4-(di-p-tolylamino)-4'-[(di-p-tolylamino)styryl]stilbene); 비스(3,5-디플루오로-2-(2-피리딜)페닐-(2-카르복시피리딜)이리듐(III) (bis(3,5-difluoro-2-(2-pyridyl)phenyl-(2-carboxypyridyl)iridium(III)); 4,4'-비스[4-(디페닐아미노)스티릴]비페닐 (4,4'-bis[4-(diphenylamino)styryl]biphenyl); 2,7-비스[4-(디페닐아미노)스티릴]-9,9-스피로비플루오렌 (2,7-bis[4-(diphenylamino)styryl]-9,9-spirobifluorene); 비스(2,4-디플루오로페닐피리디나토)테트라키스(1-피라졸일)보레이트 이리듐(III) (bis(2,4-difluorophenylpyridinato)tetrakis(1-pyrazolyl)borate iridium(III)); N,N'-비스(나프탈렌-2-일)-N,N'-비스(페닐)-트리스-(9,9-디메틸플루오레닐렌) (N,N'-bis(naphthalen-2-yl)-N,N'-bis(phenyl)-tris-(9,9-dimethylfluorenylene)); 2,7-비스{2-[페닐(m-톨일)아미노]-9,9-디메틸-플루오렌-7-일}-9,9-디메닐-플루오렌 (2,7-bis{2-[phenyl(m-tolyl)amino]-9,9-dimethyl-fluorene-7-yl}-9,9-dimethyl-fluorene); N-(4-((E)-2-(6-((E)-4(디페닐아미노)스티릴)나프탈렌-2-일)비닐)페닐)-N-페닐벤젠아민 (N-(4-((E)-2-(6-((E)-4-(diphenylamino)styryl)naphthalen-2-yl)vinyl)phenyl)-N-phenylbenzenamine); 팍-이리듐(III) 트리스(1-페닐-3-메틸벤즈이미다졸린-2-일리덴-C,C2') (fac-iridium(III)tris(1-phenyl-3-methylbenzimidazolin-2-ylidene-C,C2')); 머-이리듐(III)트리스(1-페닐-3-메틸벤즈이미다졸린-2-일리덴-C,C2') (mer-iridium(III)tris(1-phenyl-3-methylbenzimidazolin-2-ylidene-C,C2')); 1-4-디-[4-(N,N-디페닐)아미노]스티릴-벤젠 (1-4-di-[4-(N,N-diphenyl)amino]styryl-benzene); 1-4-비스-[4-(9H-카르바졸-9-일)스티릴)벤젠 (1,4-bis(4-(9H-carbazol-9-yl)styryl)benzene); 비스(2-(2-히드록시페닐)-피리딘)베릴륨 (bis(2-(2-hydroxyphenyl)-pyridine)beryllium); 비스(2,4-디플루오로페닐피리디나토)(5-(피리딘-2-일)-1H-테트라졸레이트)이리듐(III) (bis(2,4-difluorophenylpyridinato)(5-(pyridin-2-yl)-1H-tetrazolate)iridium (III)); 팍-트리스[2,6-디이소프로필페닐)-2-페닐-1H-이미다조[e]이리듐(III) (fac-tris[(2,6-diisopropylphenyl)-2-phenyl-1H -imidazo[e]]iridium(III)); 9-[4-(2-(7-(N,N-디페닐아미노)-9,9-디에틸플루오렌-2-일)페닐]-9-페닐-플루오렌 (9-[4-(2-(7-(N,N -diphenylamino)-9,9-diethylflouren-2-yl)vinyl)phenyl]-9-phenyl-fluorene); 머-트리스(1-페닐-3-메틸이미다졸린-2-일리덴-C,C(2)' 이리듐(III) (mer-tris(1-phenyl-3-methylimidazolin-2-ylidene-C,C(2)'iridium(III)); 팍-트리스(1,3-디페닐-벤즈이미다졸린-2-일리덴-C,C(2)' 이리듐(III) (fac-tris(1,3-diphenyl-benzimidazolin-2-ylidene-C,C2')iridium(III)); 9-(9-페닐카르바졸-3-일)-10-(나프탈렌-1-일)안트라센 (9-(9-phenylcarbazole-3-yl)-10-(naphthalene-1-yl)anthracene); 4,4'-(1E,1E')-2,2'-(나프탈렌-2,6-디일)비스(에텐-2,1-디일)비스(N,N-비스(4-헥실페닐)아닐린 (4,4'-(1E,1'E)-2,2'-(naphthalene-2,6-diyl)bis(ethene-2,1-diyl)bis(N,N-bis(4-hexylphenyl)aniline)); 비스(3,5-디플루오로-4-시아노-2-(2-피리딜)페닐)-(2-카르복시피리딜)이리듐(III) (bis(3,5-difluoro-4-cyano-2-(2-pyridyl)phenyl-(2-carboxypyridyl) iridium(III)); 비스[4-터트-부틸-2',6'-디플루오로-2,3'-비피리딘](아세틸아세토네이트)이리듐(III) (bis[4-tert-butyl-2',6'-difluoro-2,3'-bipyridine](acetylacetonate)iridium(III)); 4,4'-비스(4-(9H-카르바졸-9-일)스티릴)비페닐 (4,4'-bis(4-(9H-carbazol-9-yl)styryl)biphenyl); 10,10'-(4,4'-(4-페닐-4H-1,2,4-트리아졸-3,5-디일)비스(4,1-페닐렌))비스(10H-페녹사진) (10,10'-(4,4'-(4-Phenyl-4H-1,2,4-triazole-3,5-diyl)bis(4,1-phenylene))bis(10H-phenoxazine)); N5,N5,N9,N9-테트라페닐스피로[벤조[c]플루오렌-7,9'-플루오렌]-5,9-디아민 (N5,N5,N9,N9-tetraphenylspiro[benzo[c]fluorene-7,9'-fluorene]-5,9-diamine); 10,10'-비스(3,5-비스(트리플루오로메틸)페닐)-9,9'-비안트라센 (10,10'-Bis(3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl)-9,9'-bianthracene); 비스(3,4,5-트리플루오로-2-(2-피리딜)페닐-(2-카르복시피리딜)이리듐(III) (bis(3,4,5-trifluoro-2-(2-pyridyl)phenyl-(2-carboxypyridyl)iridium(III)); N5,N9-디페닐-N5,N9-디-m-톨일스피로[벤조[c]플루오렌-7,9'-플루오렌]-5,9-디아민 (N5,N9-diphenyl-N5,N9-di-m-tolylspiro[benzo[c]fluorene-7,9'-fluorene]-5,9-diamine); 6-메틸-2-(4-(9-(4-(6-메틸벤조[d]티아졸-2-일)페닐)안트라센-10-일)페닐(벤조[d]티아졸 (6-methyl-2-(4-(9-(4-(6-methylbenzo[d]thiazol-2-yl)phenyl)anthracen-10-yl)phenyl)benzo[d]thiazole); 10-페닐-10H,10H'-스피로(아크리딘-9,9'-안트라센]-10'-온 (10-Phenyl-10H,10'H-spiro[acridine-9,9'-anthracen]-10'-one); 트리스(2-(4,6-디플루오로페닐)피리딘)이리듐(III) (tris(2-(4,6-difuorophenyl)pyridine)iridium(III)); 10-(4-(4,6-(디페닐-1,3,5-트리아진-2-일)페닐)-9,9-디메틸-9,10-디히드로아크리딘 (10-(4-(4,6-diphenyl-1,3,5-triazin-2-yl)phenyl)-9,9-dimethyl-9,10-dihydroacridine); 3,6-디벤조일-4,5-디(1-메틸-9-페닐-9H-카르바조일)-2-에티닐벤조니트릴 (3,6-dibenzoyl-4,5-di(1-methyl-9-phenyl-9H-carbazoyl)-2-ethynylbenzonitrile); 2-(3-(3-메틸-2,3-디히드로-1H-이미다졸-1-일)페녹시)-9-(피리딘-2-일)-9H-카르바졸플라티늄(II) (2-(3-(3-methyl-2,3-dihydro-1H-imidazol-1-yl)phenoxy)-9-(pyridin-2-yl)-9H-carbazoleplatinum(II)); 비스(2-(3,5-디메틸페닐)-4-페닐피리딘)(2,2,6,6-테트라메틸헵탄-3,5-디케토네이트)이리듐(III) (bis(2-(3,5-dimethylphenyl)-4-phenylpyridine)(2,2,6,6-tetramethylheptane-3,5-diketonate)iridium(III)); 비스(2-벤조[b]티오펜-2-일-피리딘)(아세틸아세토네이트)이리듐(III) (bis(2-benzo[b]thiophen-2-yl-pyridine)(acetylacetonate)iridium(III)); 4-(디시아노메틸렌)-2-터트-부틸-6-(1,1,7,7,-테트라메틸줄롤리딘-4-일-비닐)-4H-피란 (4-(dicyanomethylene)-2-tert-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidin-4-yl-vinyl)-4H-pyran); (E)-2-(2-(4-(디메틸아미노)스티릴)-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)말론니트릴 ((E)-2-(2-(4-(dimethylamino)styryl)-6-methyl-4H-pyran-4-ylidene)malononitrile); (E)-2-(2-(4-(디메틸아미노)스티릴)-6-메틸-4H-피란-4-일리덴)말론니트릴 ((E)-2-(2-(4-(dimethylamino)styryl)-6-methyl-4H-pyran-4-ylidene)malononitrile); 4-(디시아노메틸렌)-2-메틸-6-줄롤리딜-9-에닐-4H-피란 (4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-julolidyl-9-enyl-4H-pyran); 4-(디시아노메틸렌)-2-메틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸줄롤리딜-9-에닐)-4H-피란 (4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidyl-9-enyl)-4H-pyran); 4-(디시아노메틸렌)-2-터트-부틸-6-(1,1,7,7-테트라메틸줄롤리딘-4-일-비닐)-4H-피란 (4-(dicyanomethylene)-2-tert-butyl-6-(1,1,7,7-tetramethyljulolidin-4-yl-vinyl)-4H-pyran); 트리스(디벤조일메탄)펜안트롤린 유로퓸(III) (tris(dibenzoylmethane)phenanthroline europium(III)); 5,6,11,12-테트라페닐나프타센(5,6,11,12-tetraphenylnaphthacene); 비스(2-벤조[b]티오펜-2-일-피리딘)(아세틸아세토네이트)이리듐(III) (bis(2-benzo[b]thiophen-2-yl-pyridine)(acetylacetonate)iridium(III)); 비스[1-(9,9-디메틸-9H-플루오렌-2-일)-이소퀴놀린](아세틸아세토네이트)이리듐(III) (bis[1-(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)-isoquinoline](acetylacetonate)iridium(III)); 비스[2-(9,9-디메틸-9H-플루오렌-2-일)-이소퀴놀린](아세틸아세토네이트)이리듐(III) (bis[2-(9,9-dimethyl-9H-fluoren-2-yl)quinoline](acetylacetonate)iridium(III)); 트리스[4,4]-디-터트-부틸-(2,2')-비피리딘]루테늄(III) 착물 (tris[4,4'-di-tert-butyl-(2,2')-bipyridine]ruthenium(III)complex); 2,8-디-터트-부틸-5,11-비스(4-터트-부틸페닐)-6,12-디페닐테트라센 (2,8-di-tert-butyl-5,11-bis(4-tert-butylphenyl)-6,12-diphenyltetracene); 비스(2-페닐벤조티아졸라토(아세틸아세토네이트)이리듐(III) (bis(2-phenylbenzothiazolato)(acetylacetonate)iridium(III)); 플라티늄(II) 5,10,15,20-테트라페닐테트라벤조포르피린 (platium(II) 5,10,15,20-tetraphenyltetrabenzoporphyrin); 비스[2-(4-n-헥실페닐)퀴놀린](아세틸아세토네이트)이리듐(III) (bis[2-(4-n-hexylphenyl)quinoline](acetylacetonate)iridium(III)); 트리스[2-(4-n-헥실페닐)퀴놀린]이리듐(III) (tris[2-(4-n-hexylphenyl)quinoline)]iridium(III)); 트리스[2-페닐-4-메틸퀴놀린]이리듐(III) (tris[2-phenyl-4-methylquinoline)]iridium(III)); 비스(2-페닐퀴놀린)(2-(3-메틸페닐)피리디네이트)이리듐(III) (bis(2-phenylquinoline)(2-(3-methylphenyl)pyridinate)iridium(III)); 비스(2-(9,9-디에틸-플루오렌-2-일)-1-페닐-1H-벤조[d]이디마졸라토(아세틸아세토네이트)이리듐(III) (bis(2-(9,9-diethyl-fluoren-2-yl)-1-phenyl-1H-benzo[d ]imidazolato)(actylacetonate)iridium(III)); 비스(2-페닐피리딘)(3-(피리딘-2-일)-2h-크로멘-2-오네이트)이리듐(III) (bis(2-phenylpyridine)(3-(pyridin-2-yl)-2H-chromen-2-onate)iridium(III)); 비스(2-페닐퀴놀린)(2,2,6,6-테트라메틸헵탄-3,5-디오네이트)이리듐(III) (bis(2-phenylquinoline)(2,2,6,6-tetramethylheptane-3,5-dionate)iridium(III)); 비스(페닐이소퀴놀린)(2,2,6,6-테트라메틸헵탄-3,5-디오네이트)이리듐(III) (bis(phenylisoquinoline)(2,2,6,6-tetramethylheptane-3,5-dionate) iridium(III)); (E)-2-(2-터트-부틸-6-(2-(2,6,6,-트리메틸-2,4,5,6-테트라히드로-1H-피롤로[3,2,1-ij]퀴놀린-8-일)비닐)-4H-피란-4-일리덴)말로노니트릴 ((E)-2-(2-tert-butyl-6-(2-(2,6,6-trimethyl-2,4,5,6-tetrahydro-1H-pyrrolo[3,2,1-ij]quinolin-8-yl)vinyl)-4H-pyran-4-ylidene)malononitrile); 비스[{4-n-헥실페닐)이소퀴놀린](아세틸아세토네이트)이리듐(III) (bis[(4-n-hexylphenyl)isoquinoline](acetylacetonate)iridium(III); 플라티늄(II) 옥타에틸포르핀(platium(II) octaethylporphine)); 비스(2-메틸디벤조[f,h]퀴녹살린)(아세틸아세토네이트)이리듐(III) (bis(2-methyldibenzo[f,h]quinoxaline)(acetylacetonate)iridium(III)); 트리스[2-(4-n-헥실페닐)퀴놀린)]이리듐(III) (tris[2-(4-n-hexylphenyl)quinoline)]iridium(III)); 트리스(2-(3-메틸페닐)-7-메틸-퀴놀라토)이리듐 (tris(2-(3-methylphenyl)-7-methyl-quinolato)iridium(III)); 이리듐(III) 비스(4-(4-터트-부틸페닐)티에노[3,2-c]피리디나토-N,C2')아세틸아세토네이트 (iridium(III)bis(4-(4-tert-butylphenyl) thieno[3,2-c]pyridinato-N,C2')) acetylacetonate; 비스[2-{2-메틸페닐)-7-메틸-퀴놀린](아세틸아세토네이트)이리듐(III) (bis[2-(2-methylphenyl)-7-methyl-quinoline](acetylacetonate)iridium(III)); 이리듐(III) 비스(2-(2,4-이플루오로페닐)퀴놀린)피콜리네이트 (iridium(III) bis(2-(2,4-difluorophenyl)quinoline) picolinate); 비스[2-(9-페닐카르바졸-2-일)-벤조티아졸]이리듐(III) 피콜리네이트 (bis[2-(9-phenylcarbazol-2-yl)-benzothiazole] iridium(III) picolinate); 트리스[3-(2,6-디메틸페녹시)-6-페닐피리다진]이리듐(III) (tris[3-(2,6-dimethylphenoxy)-6-phenylpyridazine]iridium(III)); 비스[2-(3,5-디메틸페닐)-4-메틸-퀴놀린](아세틸아세토네이트)이리듐(III) (bis[2-(3,5-dimethylphenyl)-4-methyl-quinoline](acetylacetonate)iridium(III)); (E)-2-(2-(4-(디메틸아미노)스티릴)-1-에틸퀴놀린-4(1H)-일리덴)말로노니트릴 ((E)-2-(2-(4-(dimethylamino)styryl)-1-ethylquinolin-4(1H)- ylidene)malononitrile); (E)-2-(2-(2-(7-(4-(비스(4-메톡시페닐)아미노)페닐)-2,3-디히드로티에노[3,4-b][1,4]디옥신-5-일)비닐)-1-에틸퀴놀린-4(1H)-일리덴)말로노니트릴 ((E)-2-(2-(2-(7-(4-(bis(4-methoxyphenyl)amino)phenyl)-2,3-dihydrothieno[3,4-b][1,4]dioxin-5-yl)vinyl)-1-ethylquinolin-4(1H)-ylidene)malononitrile);

다음을 포함하지만 이에 제한되지 않는 덴드리머(Dendrimer): 폴리(아미도 아민) (poly(amido amine)), 폴리(프로필렌 아민)(poly(propylene amine));

다음을 포함하지만 이에 제한되지 않는 인광 물질(Phosphorescent material): 비스[2-(4,6-디플루오로페닐)피리디나토-C²,N](피콜리나토)이리듐(III) (bis[2-(4,6-difluorophenyl)pyridinato-C²,N](picolinato)iridium(III); tris[2-phenylpyridine]iridium(III)); 비스[2-(2-페닐-N)페닐-C](아세틸아세토네이트)이리듐(III) (bis[2-(2-phenyl-N)phenyl-C](acetylacetonato)iridium(III); bis(2-benzo[b]thiophen-2-yl-pyridine)(acetylacetonate)iridium(III)); 비스(3,5-디플루오로-2-(2-피리딜)페닐-(2-카르복시피리딜)이리듐(III) (bis(3,5-difluoro-2-(2-pyridyl)phenyl-(2-carboxypyridyl)iridium(III)); 비스(2-페닐피리딘)(이세틸아세토네이트)이리듐(III) (bis(2-phenylpyridine)(acetylacetonate)iridium(III)); 팍-트리스(2-페닐피리딘)이리듐(III) (fac-tris(2-phenylpyridine)iridium(III)); 팍-트리스(2-페닐피리딘)이리듐(III) (fac-tris(2-phenylpyridine)iridium(III)); 비스(2-페닐피리딘)(아세틸아세토네이트)이리듐(III) (bis(2-phenylpyridine)(acetylacetonate)iridium(III)); 트리스[2-(p-톨일)피리딘]이리듐(III) (tris[2-(p-tolyl)pyridine]iridium(III)); 팍-트리스(2-(3-p-크실일)페닐)피리딘 이리듐(III) (fac-tris(2-(3-p-xylyl)phenyl)pyridine iridium(III)); 비스(3,5-디플루오로-2-(2-피리딜)페닐-(2-카르복시피리딜)이리듐(III) (bis(3,5-difluoro-2-(2-pyridyl)phenyl-(2-carboxypyridyl)iridium(III)); 비스(2,4-디플루오로페닐피리디나토)테트라키스(1-피라졸일)보레이트 이리듐(III) (bis(2,4-difluorophenylpyridinato)tetrakis(1-pyrazolyl)borate iridium(III)); 비스(3,5-디플루오로-4-시아노-2-(2-피리딜)페닐-(2-카르복시피리딜)이리듐(III) (bis(3,5-difluoro-4-cyano-2-(2-pyridyl)phenyl-(2-carboxypyridyl)iridium(III)); 비스(2-벤조[b]티오펜-2-일-피리딘)(아세틸아세토네이트)이리듐(III) (bis(2-benzo[b]thiophen-2-yl-pyridine)(acetylacetonate)iridium(III)); 트리스[2-(4-n-헥실페닐)퀴놀린]이리듐(III) (tris[2-(4-n-hexylphenyl)quinoline)]iridium(III)); 비스(2-(9,9-디에틸-플루오렌-2-일)-1-페닐-1H-밴조[d]이미다졸라토)(아세틸아세토네이트)이리듐(III) (bis(2-(9,9-diethyl-fluoren-2-yl)-1-phenyl-1H-benzo[d]imidazolato)(actylacetonate)iridium(III); tris[2-(4-n-hexylphenyl)quinoline)]iridium(III)); 이리듐(III)비스(4-(4-터트-부틸페닐)티에노[3,2-c]피리디나토-N,C')아세틸아세토네이드 (iridium(III)bis(4-(4-tert-butylphenyl)thieno[3,2-c] pyridinato-N,C2' )acetylacetonate); 그리고,

다음을 포함하지만 이에 제한되지 않는 인광 물질(Phosphorescent material): 2,3,7,8,12,13,17,18-옥타에틸1-21H,23H-프로핀 플라티늄(II) (2,3,7,8,12,13,17,18-octaethyl1-21H,23H-porphine platinum(II)); 비스[2-(2-티에닐)피리딘]플라티늄(II) (bis[2-(2-thienyl)pyridine]platinum(II)); 비스[2-(5-트리메티실라닐-2-테닐)-피리딘]플라티늄(II) (bis[2-(5-trimethylsilanyl-2-thenyl)-pyridine]platinum(II)); Pt(iqdz)₂ (여기서 (iqdz) = 이소퀴놀리닐 인다졸 음이온(isoquinolinyl indazole anion)); 플라티늄(II)[3,5-디(2-피리디닐)톨루엔]펜옥사이드 (platinum(II)[3,5-di(2-pyridinyl)toluene] phenoxide); Pt(ppy)₂ (여기서 ppy = 2-페닐피리딘 음이온(phenylpyridine anion)); (ppy)Pt(acac) (여기서 acac = 아세틸아세토네이트); (fppy)Pt(m-pz)₂Pt(fppy) (여기서 fppy = 2-(4',6'-디플루오로페닐)피리나토-N,C2'(2-(4',6'-difluorophenyl)pyrinato-N,C2')), pz = 피라졸일); 플라티늄(II)[1,3-디플루오로-4,6-디(2-피리디닐)벤젠]클로라이드 (platinum(II)[1,3-difluoro-4,6-di(2-pyridinyl)benzene]chloride); 플라티늄(II)[2,4',6'-디플푸오로페닐)피리딘-N,C2'(2,4-펜탄디오나토) (platinum(II)[2-4'6'-difluorophenyl)pyridine-N,C2')(2,4-pentanedionato)).

도 4에 도시된 바와 같이, TADF 분자와 QD 사이의 분리 정도 또는 거리는 QD 캡핑 리간드(capping ligand)를 사용하여 제어할 수 있다. 특히, 캡핑 리간드가 길수록 TADF 분자와 QD 사이의 거리가 멀어진다. 일반적으로 루이스 산은 캡핑 리간드로 사용된다.

일부 예에서, 본 개시 내용의 다양한 양태에 따라 사용되는 캡핑 리간드는 하나 이상의 선형 또는 분지형 C₁-C₂₄ 알킬 그룹(alkyl group); 또는 하나 이상의 C₃-C₁₈ 방향족, 다환식(polycyclic) 방향족, 시클로알칸(cycloalkane), 시클로알켄(cycloalkene), 시클로알킨(cycloalkyne), 폴리시클로알칸, 폴리시클로알켄, 또는 폴리시킬로알킨 그룹을 갖는 1 차, 2 차 또는 3 차 아민 또는 암모늄 화합물일 수 있다. 일부 예에서, 본 개시 내용의 다양한 양태에 따라 사용되는 캡핑 리간드는 하나 이상의 선형 또는 분지형 C₁-C₂₄ 알킬 그룹; 또는 하나 이상의 C₃-C₁₈ 방향족, 다환식 방향족, 시클로알칸, 시클로알켄, 시클로알킨, 폴리시클로알칸, 폴리시클로알켄, 또는 폴리시킬로알킨 그룹을 갖는 1 차, 2 차 또는 3 차 포스핀(phosphine) 또는 포스포늄(phosphonium) 화합물일 수 있다. 일부 예에서, 본 개시 내용의 다양한 양태에 따라 사용되는 캡핑 리간드는 하나 이상의 선형 또는 분지형 C₁-C₂₄ 알킬 그룹; 또는 하나 이상의 C₃-C₁₈ 방향족, 다환식 방향족, 시클로알칸, 시클로알켄, 시클로알킨, 폴리시클로알칸, 폴리시클로알켄, 또는 폴리시킬로알킨 그룹을 갖는 카르복실산일 수 있다.

일부 예에서, 본 개시 내용의 다양한 양태에 따라 사용되는 캡핑 리간드는 하나 이상의 선형 또는 분지형 C₁-C₂₄ 알킬 그룹; 또는 하나 이상의 C₃-C₁₈ 방향족, 다환식 방향족, 시클로알칸, 시클로알켄, 시클로알킨, 폴리시클로알칸, 폴리시클로알켄, 또는 폴리시킬로알킨 그룹을 갖는 알코올, 폴리올, 티올(R-S-H), 셀레놀(R-Se-H) 또는 텔루륨 등가물(tellurium equivalent)(R-Te-H)일 수 있다. 일부 예에서, 본 개시 내용의 다양한 양태에 따라 사용되는 캡핑 리간드는 엔트로피 리간드(entropic ligand) 일 수 있다. 본원에서 사용되는 "엔트로피 리간드"(entropic lignad)는 불규칙적으로 분지된 알킬 사슬을 갖는 리간드를 의미한다. 적합한 엔트로피 리간드의 예는 불규칙적으로 분지된 티올, 예를 들어 2-메틸부탄티올(2-methylbutanethiol) 및 2-에틸헥산티올(2-ethylhexanethiol); 및 불규칙적으로 분지된 알칸 산(alkanoic acid), 예를 들어 4-메틸옥탄산(4-methyloctanoic acid), 4-에틸옥탄산(4-ethyloctanoic acid), 2-부틸옥탄산(2-butyloctanoic acid), 2-헵틸데칸산(2-heptyldecanoic acid) 및 2-헥실데칸산(2-hexyldecanoic acid)을 포함하여 여기에 한정되는 것은 아니다. 엔트로피 리간드는 나노입자 가공성을 향상시키면서 장치에서 성능을 유지하거나 개선할 수 있다.

일부 예에서, 무기 리간드는 상기 무기 리간드로 QD 표면의 원자 패시베이션에 의한 캡핑 리간드로서 본 개시 내용의 다양한 측면에 따라 사용될 수 있다. 적합한 무기 리간드의 예에는 금속 할로겐화물이 포함 되나 이에 제한되지 않으며, 할로겐화물은 Br, Cl, I 또는 F 중 어느 하나이고, 금속은 Al, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Nu, Zn, Mo, Pd, Ag, Cd, W, Pt. 어떤 경우에는 할로겐화 아연이 바람직하다. 일부 경우에, 염화 아연 또는 브롬화 아연이 특히 바람직하다.

FRET를 최대화하기 위해, 주어진 파장에서 발광하는 QD는 크기자 더 작은 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, InP 기반 QD가 유리할 수 있는데 이는, CdSe와 같이, 코어 QD보다 벌크 밴드 갭이 더 좁고 보어(Bohr) 반경이 더 크다. 예를 들어 620nm에서 발광하는 InP QD 코어는 일반적으로 동일한 파장에서 발광하는 CdSe QD 코어보다 작은 직경을 가질 것이다.

QD 진동자 강도 극대화 ( Maximization of QD Oscillator Strength )

QD의 밴드 갭 전이의 진동자 강도, f_gap는 형광 확률을 설명한다. 따라서, 2-도펀트 시스템 애플리케이션의 경우 높은 진동자 강도를 갖는 QD를 포함시키는 것이 바람직할 수 있다. 강력한 양자 구속 영역(regime)에서 진동자 강도는, QD 크기에 따라 단지 약하게 변동하는데, 이는 전자 및 정공 파동 함수가 입자 크기에 관계없이 완전히 중첩되는 반면[M.D. Leistikow, J. Johansen, A.J. Kettelarij, P. Lodahl and W.L. Vos, Phys. Rev. B, 2009, 79, 045301], 강력한 양자 구속 영역을 넘어선 QD의 경우 진동자 강도는 입자 크기가 증가함에 따라 증가해야 하기 때문이다 [K.E. Gong, Y. Zeng and D.F. Kelley, J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 20268].

예를 들어, InP를 포함하고 가시 스펙트럼 내에서 발광하는 코어를 포함하는 QD는 강한 구속 영역 내에서 반경 우물(radius well)을 가질 것이며 진동자 강도는 따라서 입자 크기와 거의 무관할 것이다. 일부 예에서 QD의 형상이 진동자 강도에 영향을 미칠 수 있다. 일부 예에서 QD는 실질적으로 구형이거나 난형 일 수 있다. 다른 예에서 QD는 실질적으로 원추형 일 수 있다. 또 다른 예에서, QD는 실질적으로 원통형 일 수 있다. 또 다른 예에서, QD는 실질적으로 로드(rod) 형일 수 있다. 또 다른 예에서, QD는 나노로드, 나노튜브, 나노섬유, 나노시트(nanosheet), 덴드리머(dendrimer), 별, 테트라포드(tetrapod), 디스크(disk) 또는 유사한 물리적 형상의 형태 일 수 있다.

QD 흡수 증가(Increasing QD Absorption )

FRET 프로세스를 최대화하려면 높은 QD 흡수 단면적이 바람직하다. 예를 들어 양자 로드(quantum rod)에서 방출 파장은 짧은 축의 길이에 의해 제어되고 흡수 단면적은 주로 부피에 따라 달라진다. 나노입자의 흡수 단면적

는 아래 방정식 2에 정의된다:

여기서

와

는 각각 벌크 반도체의 굴절률과 흡수 계수이고,

은 주변 매질의 굴절률이고,

는 국소장 인자(local-field factor),

는 부피이다. Htoon 등은, 막대형(elongated) 나노입자 대비 구형 (반지름 = 2.3nm) QD의 흡수 단면적을 동일한 반지름을 가지지만 길이가 22, 36 및 44nm인 길쭉한 나노입자, 양자 로드의 흡수 단면적과 비교 조사했다[H. Htoon, J.A. Hollingworth, A.V. Malko, R. Dickerson and V.I. Klimov, Appl. Phys. Lett., 2003, 82, 4776]. 더 큰 부피를 갖는 나노로드뿐만 아니라

는 구형 나노입자에 비해 무작위로 배향된 나노로드의 경우 거의 2배 높은 것으로 나타났다.

는 정렬된 나노로드에 대해 더 증가할 수 있다. 따라서, 양자 로드 구조는 QD 흡수 단면적을 증가시키는 면에서 구형 QD 기하학적 구조보다 유리할 수 있다.

여기 상태 수명 최소화 ( Minimizing Excited State Lifetime )

효율적인 FRET를 위해, QD의 여기 상태 수명을 최소화하는 것이 유리하다. 기본적으로 QD의 여기 상태 수명은 구속(confinement) 정도와 관련이 있다. 전자와 정공 사이의 중첩(overlap)이 높을수록 구속이 강해지고 방사 수명(radiative lifetime)이 짧아진다. 전자-정공 중첩을 최대화하는 QD 아키텍처는 전계발광 장치의 2-도펀트 시스템에 유용할 수 있다. 어떤 예에서는 주어진 코어 크기에 대해 상기 코어 상의 쉘 두께를 증가시키면 QD의 여기 상태 수명이 감소한다. 그러나 앞서 논의한 바와 같이, 상대적으로 두꺼운 쉘을 갖는 코어-쉘 양자점은 바람직하지 않을 수 있으며, TADF 분자와 QD 사이의 거리는 쉘 두께가 증가함에 따라 증가한다. 따라서 QD에서 구속 정도를 조작하는 대체 방법이 필요할 수 있다.

유형 I 코어-쉘 QD에서, 에너지 레벨의 갑작스런 오프셋은 강력한 구속을 초래할 수 있는 반면, 조성 구배(grading)는 전자 및 정공의 일부 비편재화(delocalisation)로 이어질 수 있다. 예를 들어, ZnS 쉘 (Eg = 3.54eV (입방체), Eg = 3.91eV (육각형))으로 코팅된 InP 코어 (벌크 밴드 갭, Eg = 1.34eV)로 구성된 InP/ZnS QD의 구속은 InP/ZnSe 코어 쉘 QD (ZnSe Eg = 2.82 eV)보다 강하다. 조성 구배의 유형 I QD의 예는 In_1-xP_1-yZn_xS_y이며, 여기서 x와 y는 QD 중심의 0에서 QD 외부 표면의 1로 점진적으로 증가한다.

코어-멀티 쉘 아키텍처가 사용되는 경우, 쉘의 상대적 두께가 구속 정도에 영향을 미칠 수 있다.

특정 물질의 코어 QD의 경우, QD가 작을수록 전자와 정공 사이의 중첩이 높아져 방사 수명이 짧아진다. 따라서 특정 방출 파장을 유지하면서 QD 코어의 직경을 줄이는 전략이 채택될 수 있다. 이것은 유사한 격자 상수에서 더 작은 밴드 갭을 갖는 제 2 물질과 제 1 반도체 물질을 합금하는 것을 포함할 수 있다. 예를 들어, InP를 InAs로 합금하여 만든 InAsP 나노입자는 630nm에서 발광할 수 있으며 동일한 파장에서 발광하는 InP 나노입자보다 작은 직경을 가질 것이다. 또한, 예를 들어 CdS와 CdSe를 합금하여 만든 CdSeS 나노입자는 480nm에서 발광할 수 있으며 동일한 파장에서 발광하는 CdS 나노입자보다 직경이 더 작다.

일부 예에서, 나노입자 형상은 여기 상태 수명에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 한쪽이 긴 구형(prolate) CdSe QD의 방사 수명은 구형 CdSe 나노입자의 방사 수명보다 약간 짧을 수 있다 [K. Gong, Y. Zang and D.F. Kelley, J. Phys. Chem. C, 2013, 117, 20268]. 따라서 로드 모양의 QD, 즉 양자 로드는 구형 QD보다 여기 상태 수명이 더 짧을 수 있다. 여기서, "양자 로드"는 측면 치수(lateral dimension) x 및 y와 길이(length) z (여기서 z> x, y)를 갖는 양자점을 설명하는 데 사용된다. 대안적으로, 더 짧은 여기 상태 수명이 2 차원 QD에 의해 제공될 수 있으며, 여기서 양자점은 양자 구속 영역의 측면 치수와 1-5 단분자층(monolayer) 사이의 두께를 갖는다.

본 발명 및 그 목적, 특징 및 이점이 상세히 설명되었지만, 다른 실시 예가 본 발명에 포함된다. 마지막으로, 당업자는 다음의 청구범위에 정의된 바와 같이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 본 발명의 동일한 목적을 수행하기 위한 다른 구조를 설계 또는 수정하기 위한 기초로서 여기에 개시된 개념 및 특정 실시 예를 쉽게 사용할 수 있음을 인식해야 한다.

Claims (18)

1. 전계발광 디스플레이 장치의 발광층으로서, 상기 발광층은 호스트 매트릭스와 상기 호스트 매트릭스에 분산된 2-도펀트 시스템을 포함하며,
   상기 2-도펀트 시스템은, 형광 에미터 도펀트 및 발광성 공여체-보조 도펀트를 포함하는,
   발광층.
2. 제1항에 있어서,
   상기 형광 에미터 도펀트는 양자점인,
   발광층.
3. 제2항에 있어서,
   상기 양자점은 코어-쉘 양자점인,
   발광층.
4. 제3항에 있어서,
   상기 코어-쉘 양자점의 코어는 인듐을 포함하는,
   발광층.
5. 제1항에 있어서,
   상기 발광성 공여체-보조 도펀트는 형광 공여체-보조 도펀트 및 인광 공여체-보조 도펀트 중 하나인,
   발광층.
6. 제1항에 있어서,
   상기 발광성 공여체-보조 도펀트는 삼중항 엑시톤들을 생성하고, 상기 삼중항 엑시톤들을 역 계간전이(RISC)을 통해 단일항 엑시톤들로 전환하는,
   발광층.
7. 제1항 내지 제6항중 어느 한 항에 있어서,
   단일한 엑시톤들이 상기 발광성 공여체-보조 도펀트에서 상기 형광 에미터 도펀트로 전달되는,
   발광층.
8. 제1항에 있어서,
   상기 형광 에미터 도펀트와 상기 발광성 공여체-보조 도펀트 간의 물리적 거리는 상기 형광 에미터 도펀트의 표면에 결합한 캡핑 리간드의 길이에 의존하는,
   발광층.
9. 제8항에 있어서,
   상기 캡핑 리간드는 엔트로피 리간드인,
   발광층.
10. 제8항에 있어서,
    상기 캡핑 리간드는 무기 리간드인,
    발광층.
11. 제1항에 있어서,
    상기 발광성 공여체-보조 도펀트는 금속 나노입자인,
    발광층.
12. 제1항에 있어서,
    상기 발광성 공여체-보조 도펀트는 란탄족 원소(lanthanide)를 포함하는,
    발광층.
13. 제1항에 있어서,
    상기 발광성 공여체-보조 도펀트는 유기 형광단인,
    발광층.
14. 제1항에 있어서,
    상기 발광성 공여체-보조 도펀트는 핵산 형광단인,
    발광층.
15. 제1항에 있어서,
    상기 발광성 공여체-보조 도펀트는 형광 단백질인,
    발광층.
16. 제1항에 있어서,
    상기 발광성 공여체-보조 도펀트는 형광 소분자(small molecule)인,
    발광층.
17. 제1항에 있어서,
    상기 발광성 공여체-보조 도펀트는 덴드리머(dendrimer)인,
    발광층.
18. 제1항에 있어서,
    상기 발광성 공여체-보조 도펀트는 이리듐 또는 플라티늄을 포함하는 인광 물질인,
    발광층.
    

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