WO2023018016A1 - 고효율의 에너지 다운 컨버젼 시스템 - Google Patents

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energy
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박부배
김영준
문민식
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Definitions

  • the present invention relates to an energy down-conversion system capable of high-efficiency light conversion and its application.
  • Methods for obtaining blue, green, red, and near infrared ray energy in organic or inorganic LEDs include a self-luminescence method and an energy down-conversion method.
  • the self-luminescence method obtains blue, green, red and near-infrared energy by adjusting the band gap energy of the light-emitting layer material
  • the energy down-conversion method allows a high-energy light source to pass through a light conversion medium to obtain blue, green, red and near-infrared energy get Small displays that are easy to pixelate with a shadow metal mask use the self-luminous method, and energy down-conversion is used for processes where it is difficult to use a shadow metal mask for ultra-small displays or large-area displays such as AR and VR. use the method
  • An object of the present invention is to provide an energy down conversion system that increases energy conversion efficiency by minimizing energy loss while increasing energy absorption.
  • the system includes a multifunctional luminescent compound
  • the multifunctional light-emitting compound includes a light-emitting moiety and a light-receiving moiety,
  • the light-receiving moiety absorbs energy and transfers it to the light-emitting moiety
  • the light-emitting moiety emits energy transferred from the light-receiving moiety as light
  • the HOMO energy of the light-receiving moiety is E(1) HOMO and the LUMO energy is E(1) LUMO
  • the HOMO energy of the light-emitting moiety is E(2) HOMO
  • the LUMO energy is E(2) LUMO Satisfying Equation 1 below
  • the amount of light absorbed by the light-emitting moiety be I(A)
  • the amount of light emitted by the light-emitting moiety be I(E)
  • the amount of light absorbed by the light-receiving moiety be N(1).
  • N(2) is the amount of light transmitted to the light emitting moiety and emitted from the light emitting moiety
  • the following expression 2 is satisfied when the wavelength of the light emitting moiety is greater than or equal to 350 nm and less than 2500 nm
  • the light-emitting moiety and the light-receiving moiety are chemically connected so that the shortest distance between each moiety is within 10 ⁇ .
  • An energy down conversion system is provided.
  • the energy down conversion system improves energy conversion efficiency by minimizing energy loss while increasing energy absorption.
  • 1 schematically shows the absorption-emission mechanism of a light-emitting compound.
  • FIG. 2 schematically shows an absorption and emission mechanism in a state in which a light-receiving compound and a light-emitting compound are mixed.
  • FIG. 3 schematically shows an absorption/emission mechanism of a multifunctional light-emitting compound in which a light-receiving moiety derived from the light-receiving compound and a light-emitting moiety derived from the light-emitting compound are combined.
  • substitution means that a hydrogen atom bonded to a carbon atom in a compound is substituted with another substituent.
  • the position where substitution occurs means the position where the hydrogen atom is substituted.
  • the position is not limited as long as hydrogen at the position can be substituted with a substituent.
  • the two or more substituents may be the same or different.
  • substituents in the case of "substituted” include, for example, heavy hydrogen, an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a halogen, a cyano group, a carboxy group, a carbonyl group, an amine group, and a carbon number 1 to 20 group.
  • Alkyl amine group nitro group, C1-20 alkylsilyl group, C1-20 alkoxy silyl group, C3-30 cycloalkyl silyl group, C6-30 aryl silyl group, C6-30 aryl arylamine group having 6 to 30 carbon atoms, heteroaryl group having 5 to 30 carbon atoms, aryl phosphine oxide group having 6 to 30 carbon atoms, aryl phosphinyl group having 6 to 30 carbon atoms, alkyl phosphine oxide having 6 to 30 carbon atoms , An alkylsulfonyl group having 6 to 30 carbon atoms, but may be one selected from the group consisting of combinations thereof, but the present invention is not limited thereto.
  • the system includes a multifunctional luminescent compound
  • the multifunctional light-emitting compound includes a light-emitting moiety and a light-receiving moiety,
  • the light-receiving moiety absorbs energy and transfers it to the light-emitting moiety
  • the light-emitting moiety emits energy transferred from the light-receiving moiety as light
  • the HOMO energy of the light-receiving moiety is E(1) HOMO and the LUMO energy is E(1) LUMO
  • the HOMO energy of the light-emitting moiety is E(2) HOMO
  • the LUMO energy is E(2) LUMO Satisfying Equation 1 below
  • the amount of light absorbed by the light-emitting moiety be I(A)
  • the amount of light emitted by the light-emitting moiety be I(E)
  • the amount of light absorbed by the light-receiving moiety be N(1).
  • N(2) is the amount of light transmitted to the light emitting moiety and emitted from the light emitting moiety
  • the following expression 2 is satisfied when the wavelength of the light emitting moiety is greater than or equal to 350 nm and less than 2500 nm
  • the light-emitting moiety and the light-receiving moiety are chemically connected so that the shortest distance between each moiety is within 10 ⁇ .
  • the multifunctional light-emitting compound provides an energy down-conversion system in which the light-emitting moiety and the light-receiving moiety are connected through a chemical bond.
  • the light-receiving moiety functions to absorb energy applied from the outside, such as a light source, and the connection portion by the chemical bond functions as a passage through which energy is transmitted from the light-receiving moiety to the light-emitting moiety, and the light-emitting moiety functions as a passage.
  • the moiety not only absorbs energy applied from the outside, but also functions to re-radiate the energy received from the light-receiving moiety.
  • the energy down-conversion system refers to a system that converts light (energy down-conversion) to emit light of low energy by absorbing high energy.
  • the energy down conversion system can increase energy conversion efficiency by minimizing energy loss while increasing energy absorption.
  • the light conversion method of the energy down conversion system can be widely used in areas such as displays, lighting, medical care, and solar cells.
  • the energy down-conversion system improves light conversion efficiency by using the multifunctional light emitting compound capable of increasing a rate constant value related to an energy transfer rate.
  • the light conversion efficiency (Eq. 3) of such an energy down conversion system is generally proportional to the quantum efficiency of the luminescent compound and the light absorbance of the system.
  • Equation 3 the quantum efficiency of the light emitting compound is calculated by Equation 4 below.
  • Emitting compound quantum efficiency (amount of light emitted/amount of light absorbed)
  • the quantum efficiency of a light emitting compound is a material-specific value
  • the light conversion efficiency varies depending on the composition and structure of the system. For example, if the concentration of the light emitting compound is increased, the light absorption is increased, but the light conversion efficiency is reduced due to the concentration quenching phenomenon. If the concentration of the light emitting compound is decreased and the thickness of the thin film is increased, light leakage occurs when a fine pixel structure is applied.
  • the energy down-conversion system to which the multifunctional luminescent compound is applied can increase light absorption while minimizing concentration quenching by increasing light conversion efficiency.
  • the multifunctional light-emitting compound is formed by connecting a light-receiving moiety and a light-emitting moiety through a chemical bond.
  • the multifunctional light-emitting compound satisfies the condition of Equation 1 and Equation 2 when the wavelength of the light-emitting moiety is greater than or equal to 350 nm and less than 2500 nm, and the light-emitting moiety and the light-receiving moiety are chemically connected so that the shortest distance between each moiety is achieved.
  • the energy absorbed by the light-receiving moiety is transferred to the light-emitting moiety.
  • the HOMO energy of a compound or moiety can be measured by methods such as Cyclic Voltammetry (CV), Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy (UPS), AC2, etc. Values measured by current method (CV) can be applied.
  • the quantum efficiency of the material mentioned in this specification is measured by dissolving the light emitting material in a solution, co-evaporated with a host material to form a film, or dissolving the host material and the light emitting material in a solution at the same time, followed by spin coating or casting. It can be obtained by making a film using and measuring it.
  • the light-receiving moiety and the light-emitting moiety are connected via a linking group, the light-receiving moiety and the light-emitting moiety are directly connected without a linking group, or the light-receiving moiety and the light-emitting moiety are directly connected.
  • a spy bond can be formed by a spy that shares an atom capable of forming a spy bond.
  • the chemical connection between the light-emitting moiety and the light-receiving moiety may include a single bond, a double bond, a triple bond, or a coordinate bond.
  • the linking group may include a substituted phenylene group; Alternatively, it may be a substituted or unsubstituted arylene having 6 to 20 carbon atoms or heteroarylene having 5 to 20 carbon atoms, and the substituent when the phenylene group, the arylene, and the heteroarylene are substituted is deuterium, 1 to 20 carbon atoms of an alkyl group, an alkoxy group having 1 to 20 carbon atoms, a halogen, a cyano group, a carboxy group, a carbonyl group, an amine group, an alkyl amine group having 1 to 20 carbon atoms, a nitro group, an alkylsilyl group having 1 to 20 carbon atoms, an alkoxy having 1 to 20 carbon atoms Silyl group, cycloalkyl si
  • the spiro bond may be connected by using carbon, silicon, or Ge as a spy atom.
  • the linking group is a conjugated structure such that the shortest distance between the light-receiving moiety and the light-emitting moiety is within 10 ⁇ , and the bandgap energy of the conjugated structure is greater than that of the light-receiving moiety.
  • the light-receiving compound and the light-emitting compound can be chemically bonded to form the multifunctional light-emitting compound.
  • the light-receiving moiety originates from the light-receiving compound and the light-emitting moiety originates from the light-emitting compound.
  • the light-receiving compound and the light-emitting compound are chemically bonded, the light-receiving moiety and the light-emitting moiety may be induced by appropriately transforming a substituent or the like.
  • a chemical connection between the light-receiving moiety and the light-emitting moiety should be formed so as not to significantly affect the electronic state of each of the light-receiving moiety and the light-emitting moiety.
  • “not to significantly affect” means that one moiety should not change the HOMO energy level, LUMO energy level, or HOMO-LUMO bandgap energy of another moiety by more than 0.2 eV.
  • an exciplex should not be formed between the light-receiving moiety and the light-emitting moiety.
  • the criterion for defining the electronic state of each moiety may be an independent compound state as a compound in which each moiety and a linking portion are separated by hydrogen substitution without including a connecting portion.
  • each moiety connected in a spiro structure can be dropped and compared to an independent compound state in which two hydrogens are substituted.
  • the degree of conjugation of each compound changes due to the linking portion and the electronic state changes accordingly is an effect of the linking or linking group, and is not regarded as an effect of the opposite moiety.
  • the complex functional compound comprises at least one light-emitting moiety and at least one light-receiving moiety, and a combination of the light-emitting moiety and the light-receiving moiety forms a spy bond.
  • the multifunctional compound may include a first light-receiving moiety, a second light-receiving moiety, and a light-emitting moiety, and detailed descriptions of the first light-receiving moiety and the second light-receiving moiety refer to the light-receiving moiety. and they may be the same as or different from each other.
  • the first light-receiving moiety may be connected to the light-emitting moiety
  • the second light-receiving moiety may be connected to the light-emitting moiety or the first light-receiving moiety.
  • the multifunctional compound includes at least two light-emitting moieties and at least two light-receiving moieties, and the light-emitting moiety and the light-receiving moiety may be connected through a crossover spy bond.
  • At least one hydrogen atom may be substituted with deuterium.
  • An energy down-conversion system including the complex functional luminescent compound having a deuterium substituent may have improved material stability.
  • FIG. 1 schematically shows the absorption-emission mechanism of a light-emitting compound.
  • the energy (I 1 ) applied from the outside is converted into energy (Q 1 ) in proportion to the quantum efficiency (Q 1 ) after electrons in the HOMO of the light emitting compound absorb energy in proportion to the absorbance (A 1 ) and transfer to the LUMO.
  • I 2 ) showed a general absorption-luminescence mechanism.
  • FIG. 2 schematically shows an absorption and emission mechanism in a state in which a light-receiving compound and a light-emitting compound are mixed.
  • the light-receiving compound when the light-receiving compound exists independently of the light-emitting compound, the light-receiving compound absorbs energy (I 1 ) (proportional to the absorbance (A 2 ) of the light-receiving compound) with the same operating base as the light-emitting compound of FIG.
  • I 3 is emitted (proportional to the quantum efficiency (Q 2 ) of the light-receiving compound), and at this time, the light-emitting compound absorbs energy (I 3 ) additionally emitted from the light-receiving compound in addition to the energy (I 1 ) applied from the outside. , energy (I 4 ) is released.
  • the emitted energy (I 4 ) is always greater than the emitted energy (I 2 ) when the light emitting compound exists alone.
  • the magnitude of energy (I 4 ) is determined by energy transfer efficiency from the light-receiving compound to the light-emitting compound.
  • Equation 2 the method by light of Equation 1 below, and a method (Dexter Electron Transfer) by electrons in Equation 2 below.
  • ⁇ A Absorption coefficient according to the wavelength of the energy acceptor
  • the energy transfer method is the method of light in Equation 1 or the method of electrons in Equation 2, the important thing is the distance (r) between the energy-giving material and the energy-receiving material.
  • the quantum (light-receiving compound) efficiency and decay time of the energy donor become insignificant, and the theoretical energy transfer rate approaches infinity.
  • the energy transfer rate is only affected by the degree of overlap (J) between the emission spectrum and absorption spectrum between the two materials .
  • FIG. 3 schematically shows an absorption/emission mechanism of a multifunctional light-emitting compound in which a light-receiving moiety derived from the light-receiving compound and a light-emitting moiety derived from the light-emitting compound are combined.
  • it is a multi-function light-emitting compound that includes a light-receiving moiety and a light-emitting moiety in one molecule. Since the two moieties are bonded to have little effect on the respective electronic energy states, light absorption and emission characteristics do not change significantly compared to the case where each moiety exists as an independent compound before bonding.
  • the energy absorbed by the light-receiving moiety is quickly transferred to the light-emitting moiety, and the light-emitting moiety emits light through its electronic energy state, so the energy I 5 emitted is higher than that of I 2 in FIG. 1 and I 4 in FIG. It becomes big.
  • the light-emitting moiety may be derived from a light-emitting material (referred to herein as a light-emitting compound) that can emit light by absorbing energy applied from the outside.
  • a light-emitting compound a light-emitting material that can emit light by absorbing energy applied from the outside.
  • the light-emitting compound (light-emitting material) is typically selected according to a desired light-emitting wavelength range to suit the purpose, and a light-emitting moiety can be derived therefrom.
  • the light emitting moiety may have a conjugated structure having a quantum efficiency of 10% or more in a visible light wavelength range of 400 nm to 650 nm.
  • the light emitting moiety may have a conjugated structure having a quantum efficiency of 0.5% or more in a 650 nm to 2500 nm near-infrared wavelength region.
  • the light-emitting compound (or light-emitting material) may be the following compounds, but are not limited thereto.
  • Ar and R are, respectively, substituted or unsubstituted alkyl having 1 to 20 carbon atoms, substituted or unsubstituted aryl having 6 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted heteroaryl having 5 to 30 carbon atoms, or substituted Or it may be an unsubstituted arylamine having 6 to 30 carbon atoms, and X is an element of nitrogen, oxygen, sulfur, carbon, silicon, Ge or P.
  • the light-emitting compound is a boron compound in which nitrogen, oxygen, sulfur, carbon, silicon, Ge, P, etc. are substituted, a pyrene compound, a compound having a conjugated structure containing nitrogen, and the like, as in the compounds of the above structural formula. It may be, but is not limited thereto.
  • the light emitting compound has a conjugated structure such as anthracene, perylene, tetracene, chrysene, coumarine, or pyrromethene. can be luminaries.
  • the light emitting compound and the light emitting moiety may have a conjugated structure including boron.
  • the light emitting compound and the light emitting moiety may include a metal.
  • the light emitting mechanism of the light emitting moiety may include fluorescence emitting light from a singlet, phosphorescence emitting light from a triplet, and delayed fluorescence emitting light when energy is transferred from a triplet to a singlet.
  • the band gap energy of the light-receiving moiety may be 0.5 eV to 4.7 eV, and the band gap energy of the light emitting moiety may be 0.5 eV to 3.5 eV.
  • a bandgap energy difference between the light-receiving moiety and the light-emitting moiety may be within 4 eV.
  • the light-emitting moiety may be derived from a light-emitting material (referred to herein as a light-emitting compound) that can emit light by absorbing energy applied from the outside.
  • a light-emitting compound a light-emitting material that can emit light by absorbing energy applied from the outside.
  • the light-receiving moiety absorbs externally applied energy and transmits it to the light-emitting moiety, and may be designed to satisfy Equation 1 below and Equation 2 when the wavelength of the light-emitting moiety is greater than or equal to 350 nm and less than 2500 nm.
  • Equation 1 E(1) HOMO represents the HOMO energy of the light-receiving moiety, E(1) LUMO represents the LUMO energy of the light-receiving moiety, E(2) HOMO represents the HOMO energy of the light-emitting moiety, E(2) LUMO represents the LUMO energy of the luminescent moiety.
  • Equation 2 I(A) represents the amount of light absorbed by the light-emitting moiety, I(E) represents the amount of light emitted by the light-emitting moiety, and N(1) represents the light absorbed by the light-receiving moiety. represents the amount of N(2) and N(2) represents the amount of light transmitted to and emitted from the light emitting moiety.
  • the light-receiving moiety is derived from the light-receiving compound by selecting a light-emitting compound from a light-emitting material and then coupling an appropriate light-receiving compound to the light-emitting compound to prepare the multifunctional light-emitting compound.
  • the light-receiving compound can be regarded as a precursor of the light-receiving moiety.
  • the light-receiving compound inducing the light-receiving moiety may be selected from a compound that has a desired light absorption spectrum and satisfies Formula 1 and Formula 2 when the wavelength of the light-emitting moiety is greater than or equal to 350 nm and less than 2500 nm.
  • the light-receiving moiety may have a molar extinction coefficient of 1000 or more at a maximum absorption wavelength of 300 nm or more.
  • the light-receiving compound inducing the light-receiving moiety may be selected from a compound that has a molar extinction coefficient of 500 or more and satisfies Formula 1 and Formula 2 when the wavelength of the light-emitting moiety is greater than or equal to 350 nm and less than 2500 nm.
  • the reason why the light conversion efficiency of the multifunctional light emitting compound can be excellent can be understood by looking at the absorption and emission mechanism of the multifunctional light emitting compound described above in FIG. 3 .
  • the quantum efficiency of the light-receiving compound may not be considered when selecting the light-receiving compound in order to design the multifunctional light-emitting compound.
  • the multi-function luminescent compound introduces a light-receiving moiety capable of increasing only absorption without affecting the luminescent properties of the luminescent moiety, and has excellent light conversion efficiency because this energy is efficiently transferred to the luminescent moiety.
  • the energy down-conversion system may implement a high-efficiency light-conversion system by applying the multifunctional light-emitting compound that absorbs a short-wavelength light source and emits long-wavelength light.
  • the energy down-conversion system may include a layer or film including at least one kind of the multifunctional light emitting compound.
  • the layer including at least one kind of multifunctional light emitting compound may further include a polymer compound for forming a matrix.
  • the polymer compound for forming the matrix may include, for example, polyimide, poly acrylate, polyethylene terephthalate, and the like.
  • the layer including at least one kind of multifunctional light-emitting compound may further include an inorganic compound.
  • Examples of the inorganic compound include silicon oxide, aluminum oxide, titanium oxide, and molybutenium oxide.
  • the multi-function luminescent compound may be applied to the energy down conversion system by a solution process.
  • the layer may be prepared by a spin coating process, an inkjet process, a slow die coating process, or a silk screen printing process, which are types of solution processes.
  • the energy down conversion system can be applied not only to display and lighting fields but also to solar cells and medical fields.
  • an organic solar cell materials capable of absorbing solar energy are placed between an anode and a cathode, and when solar energy is absorbed, these materials become excited, and electrons move to the anode and holes move to the cathode, thereby generating electricity.
  • the efficiency of electricity generation is proportional to the light absorbance and proportional to the lifetime of the excited state of the material that absorbs the light.
  • the composite light-emitting compound of the present invention absorbs high energy and transfers the energy to a light-emitting moiety having high light-emitting efficiency, thereby generating electrons and holes, thereby increasing electricity generation efficiency.
  • complex light-emitting functional compounds can obtain high-efficiency light even with small light source energy, they can be used for diagnosis by increasing sensitivity and converting them to have strong hydrophilic properties and binding appropriate antigens or antibodies.
  • by converting energy into near-infrared rays using natural light or visible light energy it can be used in the medical field where near-infrared rays are applied.
  • the energy down-conversion system includes a light source, and the multifunctional light emitting compound causes color conversion with respect to the light source. That is, the range of the maximum absorption wavelength can be adjusted while keeping the color of light emitted constant. This means that conventional diagnosis has been made by the color of emitted light, but the energy down conversion system can diagnose by changing the wavelength of a light source.
  • the light source may be an OLED light source or an inorganic LED light source.
  • the multifunctional luminescent compound may be applied as a fluorescent material for diagnosis in biochemical or medical fields.
  • a case in which a red light emitting moiety and a 450 nm wavelength light emitting compound are combined and applied as the multifunctional light emitting compound and a case in which a red light emitting moiety and a 500 nm wavelength light receiving compound are combined and applied as the multifunctional light emitting compound can be described as examples. there is. Both materials emit red light, but one material shows a strong red color when irradiated with a 450 nm light source, and the other material shows a strong red color when irradiated with a 500 nm light source.
  • the multi-function luminescent compound when introduced into a specific region during cell division, it may be possible to confirm what function this region will express in the future by changing the measuring light source.
  • the multifunctional light emitting compound has an advantage of minimizing cell destruction by reducing the intensity of a light source because absorption is increased by the light receiving moiety.
  • an energy down conversion system wherein the energy down conversion system is an organic solar cell is provided.
  • the organic solar cell includes a first electrode, a second electrode, and a solar energy absorbing electricity generating layer interposed between the first electrode and the second electrode,
  • the solar energy absorption electricity generating layer may include the multifunctional light emitting compound.
  • the first electrode and the second electrode may be a cathode or an anode, respectively, or vice versa.
  • the multifunctional light-emitting compound is used in a solar energy absorbing electricity generation layer between the first electrode and the second electrode of the organic solar cell, so that the light-receiving moiety increases the absorption rate of high-energy, short-wavelength solar energy. , it is converted into a low energy state in the light emitting moiety that receives it, thereby increasing the electron generation efficiency.
  • the organic solar cell includes a substrate and a film attached to the top of the substrate,
  • the substrate sequentially includes a first electrode, a solar energy absorbing electricity generating layer, and a second electrode from bottom to top,
  • the film may include the multifunctional light emitting compound.
  • the first electrode and the second electrode may be a cathode or an anode, respectively, or vice versa.
  • the multifunctional light-emitting compound may be coated as a film on the substrate of the organic solar cell.
  • the composite functional light emitting compound formed as a film on the substrate absorbs solar energy of short wavelength with high energy and changes it to long wavelength with low energy, and the converted energy is absorbed solar energy between the anode and cathode of the organic solar cell and generates electricity.
  • the electron generation efficiency can be increased by allowing absorption in the layer.
  • Compound 1-1 was prepared as a light-receiving compound and Compound 1-2 was prepared as a light-emitting compound, and the light-receiving moiety derived from Compound 1-1 and the light-emitting moiety derived from Compound 1-2 were connected in a spiro structure.
  • Compounds 1-3 below were synthesized as the complex functional luminescent compound.
  • Compound 2-1 was prepared as a light-receiving compound and compound 2-2 was prepared as a light-emitting compound, and the light-receiving moiety derived from Compound 2-1 and the light-emitting moiety derived from Compound 2-2 were connected in a spiro structure.
  • Compounds 2-3 below were synthesized as the complex functional luminescent compound.
  • HOMO energy E(1) HOMO of the light-receiving moiety in Compound 2-3 LUMO energy E(1) LUMO , HOMO energy E(2) HOMO of the light-emitting moiety, and LUMO energy E(2) LUMO of ⁇ Equation 1> ⁇ E(1) HOMO - E(1) LUMO ⁇ , ⁇ E(2) HOMO - E(2) LUMO ⁇ values are shown in Table 1 below.
  • Compound 3-1 was prepared as a light-receiving compound and compound 3-2 was prepared as a light-emitting compound, and the light-receiving moiety derived from Compound 3-1 and the light-emitting moiety derived from Compound 3-2 were connected in a spiro structure.
  • the following compound 3-3 was synthesized as the complex functional luminescent compound.
  • HOMO energy E(1) HOMO of the light-receiving moiety in Compound 3-3 LUMO energy E(1) LUMO , HOMO energy E(2) HOMO of the light-emitting moiety, and LUMO energy E(2) LUMO of ⁇ Equation 1> ⁇ E(1) HOMO - E(1) LUMO ⁇ , ⁇ E(2) HOMO - E(2) LUMO ⁇ values are shown in Table 1 below.
  • the reactant was cooled to 0° C., and after adding 1.90 mL (20.0 mmol) of boron tribromide, the mixture was stirred at room temperature for 0.5 hour.
  • the reactant was cooled to 0°C again, and 3.51 mL (20.0mmol) of N,N-diisopropylethylamine was added thereto, followed by stirring at 60-70°C for 2 hours.
  • reaction solution was cooled to room temperature, and the organic layer was extracted with ethyl acetate. After drying the solvent of the extracted organic layer with MgSO 4 , it was filtered. After concentrating the filtrate under reduced pressure, it was purified using a silica gel column chromatography (DCM/Hexane) method.
  • Compound 3-1 was prepared as a light-receiving compound and compound 3-2 was prepared as a light-emitting compound, and two light-receiving moieties derived from Compound 3-1 were attached to the light-emitting moiety derived from Compound 3-2 in a spiro structure.
  • the linked compounds 3-4 below were synthesized as the multifunctional luminescent compound.
  • HOMO energy was measured by CV and Cyclic Voltametry, and LUMO energy was measured by absorption spectrum.
  • the molar extinction coefficients (L mol -1 cm -1 ) of the light-receiving moieties of Compound 1-3, Compound 2-3, Compound 3-3 and Compound 3-4 were measured using SHIMADZU RF5301PC and SHIMADZU UV 2550.
  • each material was dissolved in a toluene solution to have a concentration of 2 micromolar, and was measured using SHIMADZU RF5301PC and SHIMADZU UV 2550.
  • Compound 1-1 and Compound 1-2 were mixed at a ratio of 1:1 to have a concentration of 2 micromolar, respectively, and excited using 350 nm energy. As shown in FIG. 8, it was confirmed that compound 1-1 and compound 1-2 emit light independently, and energy transfer does not occur well.
  • FIG. 9 shows absorption and emission spectra measured for compounds 1-1, 1-2 and 1-3.
  • FIG. 1 as a result of comparing and confirming the energy transfer phenomena of Compound 1-1, Compound 1-2 and Compound 1-3, energy transfer between moieties in Compound 1-3 was confirmed.
  • FIG. 10 shows absorption and emission spectra measured for compounds 2-1, 2-2 and 2-3.
  • energy transfer between the moieties in Compound 2-3 was confirmed by comparing and confirming the energy transfer phenomena of Compound 2-1, Compound 2-2 and Compound 2-3.
  • 10 shows absorption and emission spectra measured for compounds 2-1, 2-2 and 2-3.
  • 11 shows absorption and emission spectra measured for compounds 3-1, 3-2 and 3-3.
  • energy transfer between the moieties in Compound 3-3 was confirmed by comparing and confirming the energy transfer phenomena of Compound 3-1, Compound 3-2 and Compound 3-3.
  • 11 shows absorption and emission spectra measured for compounds 3-1, 3-2 and 3-3.
  • Example 3 it was confirmed that energy transfer occurs efficiently when the distance between the energy donor (light-receiving compound) and the energy acceptor (light-emitting compound) is very close (ie, through chemical bonding) through chemical bonding.

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Abstract

복합 기능 발광 화합물을 포함하는, 외부로부터 에너지를 받아서 낮은 에너지로 변환하는 에너지 다운 컨버젼 시스템을 제공한다.

Description

고효율의 에너지 다운 컨버젼 시스템
본 발명은 고효율 광 변환이 가능한 에너지 다운 컨버젼 시스템 및 그 응용에 관한 것이다.
유기 또는 무기 LED에 있어 청색, 녹색, 적색 및 근적외선 에너지를 얻는 방법은 자체 발광법과 에너지 다운 컨버젼 방법이 있다. 자체 발광법은 발광층 재료의 밴드갭 에너지를 조정하여 청색, 녹색, 적색 및 근적외선의 에너지를 얻으며, 에너지 다운 컨버젼 방식은 높은 에너지의 광원이 광 전환 매체를 지나가게 함으로 청색, 녹색, 적색 및 근적외선 에너지를 얻는다. 주로 셰도우 메탈 마스크 (shadow metal mask)로 픽셀레이션 (pixelation)이 용이한 소형 디스플레이는 자체 발광법을, AR, VR 과 같은 극소형 디스플레이 또는 대면적 디스플레이로 셰도우 메탈 마스크 사용이 어려운 공정은 에너지 다운 컨버젼 방식을 사용한다.
본 발명의 목적은 에너지 흡수도를 높이면서도 에너지 손실은 최소가 되도록 하여 에너지 전환 효율을 높인 에너지 다운 컨버젼 시스템을 제공한다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.
본 발명의 일 구현예에서,
외부로부터 에너지를 받아서 낮은 에너지로 변환하는 에너지 다운 컨버젼 시스템에 있어서,
상기 시스템은 복합 기능 발광 화합물을 포함하고
상기 복합 기능 발광 화합물은 발광 모이어티 및 수광 모이어티를 포함하고,
상기 수광 모이어티는 에너지를 흡수하여 발광 모이어티로 전달하고,
상기 발광 모이어티는 수광 모이어티로부터 전달받은 에너지를 빛으로 방출하며,
상기 수광 모이어티의 HOMO 에너지를 E(1)HOMO, LUMO 에너지를 E(1)LUMO라 하고, 상기 발광 모이어티의 HOMO 에너지를 E(2)HOMO, LUMO 에너지를 E(2)LUMO라 할 때 하기 식 1을 만족하고,
<식 1>
│ E(1)HOMO - E(1)LUMO │ ≥ │ E(2)HOMO - E(2)LUMO │
발광 모이어티가 흡수한 빛의 양을 I(A), 발광 모이어티가 방출한 빛의 양을 I(E) 이라 하고, 수광 모이어티가 흡수한 빛의 양을 N(1)이라고 하고 발광 모이어티로 전달되어 발광 모이어티에서 방출된 빛의 양을 N(2)라고 할 때, 발광 모이어티의 파장이 350nm이상 2500nm 미만에서 하기 식 2를 만족하고
<식 2>
0.2 × [I(E)÷I(A)] ≤ N(2)/N(1)
상기 복합 기능 발광 화합물은 상기 발광 모이어티와 상기 수광 모이어티가 화학적으로 연결되어 각 모이어티간의 최단 거리가 10Å 이내인
에너지 다운 컨버젼 시스템을 제공한다.
상기 에너지 다운 컨버젼 시스템은 에너지 흡수도를 높이면서도 에너지 손실은 최소가 되도록 하여 에너지 전환 효율이 향상된다.
도 1은 발광 화합물의 흡수 발광 메커니즘을 모식적으로 나타낸다.
도 2는 수광 화합물과 발광 화합물이 혼합된 상태의 흡수 발광 메커니즘을 모식적으로 나타낸다.
도 3은 상기 수광 화합물에 기인한 수광 모이어티와 상기 발광 화합물에 기인한 발광 모이어티를 결합시킨 복합 기능 발광 화합물의 흡수 발광 메커니즘을 모식적으로 나타낸다.
도 4는 화합물 1-1, 화합물 1-2 및 화합물 1-3의 흡수 발광 메커니즘을 모식적으로 나타낸다.
도 5는 화합물 2-1, 화합물 2-2 및 화합물 2-3의 흡수 발광 메커니즘을 모식적으로 나타낸다.
도 6은 화합물 3-1, 화합물 3-2 및 화합물 3-3의 흡수 발광 메커니즘을 모식적으로 나타낸다.
도 7은 화합물 3-4의 흡수 발광 메커니즘을 모식적으로 나타낸다.
도 8은 화합물 1-1 및 화합물 1-2의 혼합물에 대하여 측정한 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼이다.
도 9는 화합물 1-1, 1-2 및 1-3에 대하여 측정한 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼이다.
도 10은 화합물 2-1, 화합물 2-2 및 화합물 2-3에 대하여 측정한 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼이다.
도 11은 화합물 3-1, 화합물 3-2 및 화합물 3-3에 대하여 측정한 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼이다.
도 12는 화합물 3-3 및 화합물 3-4에 대하여 측정한 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼이다.
도 13은 비교예 2와 실시예 5에서 각각 제조된 필름에 대하여 측정한 발광 스펙트럼이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 명세서에서, "치환"이라는 용어는 화합물 내의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 치환됨을 의미한다. 치환이 발생하는 위치는 수소 원자가 치환된 위치를 의미한다. 상기 위치는 상기 위치에서의 수소가 치환기로 치환될 수 있는 위치라면 한정되지 않는다. 두개 이상의 치환이 발생하는 경우, 2개 이상의 치환기가 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서에서 "치환"된 경우의 치환기는, 예를 들어, 중수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 할로겐, 시아노기, 카르복시기, 카르보닐기, 아민기, 탄소수 1 내지 20의 알킬 아민기, 니트로기, 탄소수 1 내지 20의 알킬 실릴기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시 실릴기, 탄소수 3 내지 30의 사이클로 알킬 실릴기, 탄소수 6 내지 30의 아릴 실릴기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴기, 탄소수 6 내지 30의 아릴 포스핀옥사이드기, 탄소수 6 내지 30의 아릴 포스피닐기, 탄소수 6 내지 30의 알킬포스핀옥사이드, 탄소수 6 내지 30의 알킬설포닐기 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나일 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 구현예에서,
외부로부터 에너지를 받아서 낮은 에너지로 변환하는 에너지 다운 컨버젼 시스템에 있어서,
상기 시스템은 복합 기능 발광 화합물을 포함하고
상기 복합 기능 발광 화합물은 발광 모이어티 및 수광 모이어티를 포함하고,
상기 수광 모이어티는 에너지를 흡수하여 발광 모이어티로 전달하고,
상기 발광 모이어티는 수광 모이어티로부터 전달받은 에너지를 빛으로 방출하며,
상기 수광 모이어티의 HOMO 에너지를 E(1)HOMO, LUMO 에너지를 E(1)LUMO라 하고, 상기 발광 모이어티의 HOMO 에너지를 E(2)HOMO, LUMO 에너지를 E(2)LUMO라 할 때 하기 식 1을 만족하고,
<식 1>
│ E(1)HOMO - E(1)LUMO │ ≥ │ E(2)HOMO - E(2)LUMO │
발광 모이어티가 흡수한 빛의 양을 I(A), 발광 모이어티가 방출한 빛의 양을 I(E) 이라 하고, 수광 모이어티가 흡수한 빛의 양을 N(1)이라고 하고 발광 모이어티로 전달되어 발광 모이어티에서 방출된 빛의 양을 N(2)라고 할 때, 발광 모이어티의 파장이 350nm이상 2500nm 미만에서 하기 식 2를 만족하고
<식 2>
0.2 × [I(E)÷I(A)] ≤ N(2)/N(1)
상기 복합 기능 발광 화합물은 상기 발광 모이어티와 상기 수광 모이어티가 화학적으로 연결되어 각 모이어티간의 최단 거리가 10Å 이내이다.
상기 복합 기능 발광 화합물은 상기 발광 모이어티와 상기 수광 모이어티가 화학 결합을 통하여 연결된 에너지 다운 컨버젼 시스템을 제공한다.
상기 수광 모이어티는 광원 등과 같이 외부에서 인가된 에너지를 흡수하는 기능을 하고, 상기 화학 결합에 의한 연결 부위는 상기 수광 모이어티에서 상기 발광 모이어티로 에너지가 전달되는 통로의 기능을 하며, 상기 발광 모이어티는 외부에서 인가된 에너지를 흡수할 뿐만 아니라, 상기 수광 모이어티로부터 전달받은 에너지를 재방출하는 기능을 수행한다.
상기 에너지 다운 컨버젼 시스템은 높은 에너지를 흡수하여 낮은 에너지의 빛을 방출하도록 하는 광 변환 (에너지 다운 컨버젼)하는 시스템을 칭하는 것이다. 상기 에너지 다운 컨버젼 시스템은 에너지 흡수도를 높이면서도 에너지 손실은 최소가 되도록 하여 에너지 전환 효율을 높일 수 있다.
상기 에너지 다운 컨버젼 시스템의 광 변환 방식은 디스플레이, 조명, 의료, 솔라셀 등의 영역에서 폭 넓게 활용이 가능하다.
상기 에너지 다운 컨버젼 시스템은 에너지 전이 속도와 관련된 속도 상수 값을 높일 수 있는 상기 복합 기능 발광 화합물을 이용함으로써 광 전환 효율을 향상시킨다.
기존의 에너지 다운 컨버젼 시스템은 발광 화합물을 단독으로 사용하거나 고분자 화합물과 혼합하여 사용한다. 발광 화합물을 단독으로 사용할 경우 농도 소광 현상으로 양자 효율이 감소하고 장파장 이동 현상이 발생하는 문제를 피하기 위하여 밴드겝 에너지가 매우 큰 고분자 (또는 저분자) 화합물과 혼합하여 발광 화합물간의 거리를 두는 방식이 일반적이다.
이러한 에너지 다운 컨버젼 시스템의 광 전환 효율 (식 3)은 일반적으로 발광 화합물의 양자 효율과 시스템의 광 흡수도에 비례한다.
<식 3>
광 전환 효율 ∝ 에너지 다운 컨버젼 시스템 광 흡수도 × 발광 화합물 양자 효율
식 3에서, 발광 화합물의 양자 효율은 하기 식 4로 계산된다.
<식 4>
발광 화합물 양자 효율 = (발광하는 빛의 양/흡수된 빛의 양)
발광 화합물의 양자 효율은 물질 고유의 값이므로 상기 광 전환 효율은 시스템의 조성 및 구조에 따라 변한다. 예를 들어, 발광 화합물의 농도를 높이면 광 흡수도는 높아지지만 농도 소광 현상으로 광 변환 효율이 감소하고, 발광 화합물의 농도를 감소시키고 박막 두께를 늘리면 미세 픽셀 구조 적용시 빛 샘 현상이 발생한다.
상기 복합 기능 발광 화합물을 적용한 상기 에너지 다운 컨버젼 시스템은 광 전환 효율을 높임으로써 농도 소광 현상을 최소로 하면서도 광 흡수도를 늘릴 수 있다.
상기 복합 기능 발광 화합물은 수광 모이어티와 발광 모이어티가 화학결합으로 연결되어 형성된다. 상기 복합 기능 발광 화합물은 전술한 식 1 및 발광 모이어티의 파장이 350nm이상 2500nm 미만에서 식 2의 조건을 만족하고, 상기 발광 모이어티와 상기 수광 모이어티가 화학적으로 연결되어 각 모이어티간의 최단 거리가 10Å 이내로 형성됨으로써, 상기 수광 모이어티에 흡수된 에너지가 발광 모이어티로 전달된다.
화합물 또는 모이어티의 HOMO 에너지는 순환전압전류법 (CV, Cyclic Voltammetry), 자외광 전자 분광법 (UPS, Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy), AC2 등의 방법으로 측정할 수 있으며, LUMO 에너지는 UV 흡수 스펙트럼 또는 순환전압전류법 (CV)에서 측정한 값을 적용할 수 있다. 또한 본 명세서에서 언급되고 있는 물질의 양자 효율은 발광 물질을 용액에 용해하여 측정하거나 호스트 물질과 공증착하여 필름 상태로 제작하거나, 용액에 호스트 물질과 발광 물질을 동시에 용해시킨 후 스핀 코팅 또는 캐스팅 방법을 이용하여 필름을 만들어 측정하여 얻을 수 있다.
상기 복합 기능 발광 화합물은 연결기를 매개로 상기 수광 모이어티와 상기 발광 모이어티가 연결되거나, 연결기 없이 직접 상기 수광 모이어티와 상기 발광 모이어티가 직접 연결되거나, 상기 수광 모이어티 및 상기 발광 모이어티가 스파이로 결합 형성이 가능한 원자를 공유하는 스파이로 결합을 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 발광 모이어티와 상기 수광 모이어티의 화학적 연결은 단일 결합, 이중 결합, 삼중 결합 또는 배위 결합을 포함할 수 있다.
상기 수광 모이어티와 상기 발광 모이어티가 직접 연결되는 경우, 상기 수광 모이어티 내 탄소 원자와 상기 발광 모이어티 내 탄소 원자가 직접 연결된다.
상기 수광 모이어티와 상기 발광 모이어티는 상기 수광 모이어티와 상기 발광 모이어티가 연결기를 매개하여 연결하여 연결되는 경우, 상기 연결기는 치환된 페닐렌기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴렌 또는 탄소수 5 내지 20의 헤테로아릴렌일 수 있고, 상기 페닐렌기, 상기 아릴렌 및 상기 헤테로아릴렌이 치환된 경우의 치환기는 중수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 할로겐, 시아노기, 카르복시기, 카르보닐기, 아민기, 탄소수 1 내지 20의 알킬 아민기, 니트로기, 탄소수 1 내지 20의 알킬 실릴기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시 실릴기, 탄소수 3 내지 30의 사이클로 알킬 실릴기, 탄소수 6 내지 30의 아릴 실릴기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴기, 탄소수 6 내지 30의 아릴 포스핀옥사이드기, 탄소수 6 내지 30의 아릴 포스피닐기, 탄소수 6 내지 30의 알킬포스핀옥사이드, 탄소수 6 내지 30의 알킬설포닐기 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나일 수 있거나; 또는, 상기 연결기는 탄소 원자, 산소 원자, 질소 원자, 실리콘 원자, Ge 원자, S 원자 또는 P 원자일 수 있고, 상기 연결기가 원자인 경우, 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬, 탄소수 6 내지 20의 아릴, 탄소수 5 내지 20의 헤테로 알릴 및 이들의 조합에서 선택된 치환기를 가질 수 있다.
상기 수광 모이어티 및 상기 발광 모이어티가 스파이로 결합 형성이 가능한 원자를 공유하는 스파이로 결합을 형성하는 경우, 상기 스파이로 결합은 탄소, 실리콘 또는 Ge를 스파이로 원자로 하여 연결될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연결기는 수광 모이어티와 발광 모이어티 간의 최단 거리가 10Å 이내가 되도록 하는 공액 구조이고, 상기 공액 구조의 밴드갭 에너지는 수광 모이어티의 밴드갭 에너지 보다 크다.
예를 들어, 수광 화합물과 발광 화합물을 화학 결합시킴으로써 상기 복합 기능 발광 화합물을 형성할 수 있다. 그 결과, 상기 수광 모이어티는 상기 수광 화합물에서 기인하고, 상기 발광 모이어티는 상기 발광 화합물에서 기인한다. 상기 수광 화합물과 상기 발광 화합물의 화학 결합시, 치환기 등이 적절히 변형되어 상기 수광 모이어티와 상기 발광 모이어티가 유도될 수 있다.
수광 모이어티와 발광 모이어티의 화학적 연결은 수광 모이어티와 발광 모이어티 각각의 전자 상태 (Electronic State)에 크게 영향을 주지 않도록 형성되어야 한다. 여기서 "크게 영향을 주지 않도록"이라 함은 어느 한 모이어티가 다른 모이어티의 HOMO 에너지 준위, LUMO 에너지 준위 또는 HOMO-LUMO 밴드갭 에너지를 0.2eV를 초과하여 변화시키지 않아야 함을 의미한다. 또한 수광 모이어티와 발광 모이어티간에 들뜬 복합체를 형성하지 않아야 한다.
복합 기능 발광 화합물에서 각 모이어티의 전자 상태를 정의하는 기준은 각 모이어티와 연결 부분이 떨어져서 연결 부분을 포함하지 않고 그 부분에 수소 치환된 화합물로서 독립된 화합물 상태일 수 있다. 예를 들어, 스파이로 구조로 연결된 경우, 스파이로 구조로 연결된 각각의 모이어티를 떨어뜨리면서 2개의 수소로 치환된 독립된 화합물 상태와 비교할 수 있다. 이때, 연결하는 부분으로 인하여 각 화합물의 공액 정도가 변하고 이에 따라 전자 상태가 변하는 것은 연결 또는 연결기에 의한 영향으로서, 반대 모이어티의 영향으로 간주하지 않는다.
일 구현예에서, 상기 복합 기능 화합물은 상기 복합 기능 화합물은 적어도 1개 이상의 발광 모이어티 및 적어도 1개 이상의 수광 모이어티를 포함하고, 상기 발광 모이어티 및 상기 수광 모이어티의 조합으로 스파이로 결합을 통해 연결될 수 있다.
예를 들어, 상기 다기능 화합물은 제1 수광 모이어티 및 제2 수광 모이어티 및 발광 모이어티를 포함할 수 있고, 상기 제1 수광 모이어티 및 상기 제2 수광 모이어티에 관한 상세한 설명은 상기 수광 모이어티에 대한 것과 같고, 이들은 서로 같거나 상이할 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 수광 모이어티는 상기 발광 모이어티와 연결되고, 상기 제2 수광 모이어티는 상기 발광 모이어티 또는 상기 제1 수광 모이어티에 연결될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 복합 기능 화합물은 적어도 2개의 발광 모이어티 및 적어도 2개의 수광 모이어티를 포함하고, 상기 발광 모이어티와 상기 수광 모이어티가 교차로 스파이로 결합을 통해 연결될 수 있다.
상기 복합 기능 발광 화합물은 적어도 하나의 수소 원자가 중수소로 치환될 수 있다. 상기 중수소 치환기를 갖는 복합 기능 발광 화합물을 포함하는 에너지 다운 컨버젼 시스템은 물질 안정성 특성이 개선될 수 있다.
도 1은 발광 화합물의 흡수 발광 메커니즘을 모식적으로 나타낸다. 도 1에서는 외부로부터 인가된 에너지(I1)을 발광 화합물의 HOMO에 있는 전자가 흡수도(A1)에 비례하여 에너지를 흡수하고 LUMO로 전이된 후 양자 효율(Q1)에 비례하여 에너지(I2)를 재방출하는 일반적인 흡수 발광 메커니즘을 나타내었다.
도 2는 수광 화합물과 발광 화합물이 혼합된 상태의 흡수 발광 메커니즘을 모식적으로 나타낸다. 도 2에서는 수광 화합물이 발광 화합물과 독립적으로 존재할 경우로 수광 화합물은 도 1의 발광 화합물과 동일한 동작 기재로 에너지(I1)을 흡수(수광 화합물의 흡수도(A2)에 비례)하여 에너지(I3)를 방출(수광 화합물의 양자 효율(Q2)에 비례)하며, 이때 발광 화합물은 외부로부터 인가된 에너지(I1)에 더하여 추가적으로 수광 화합물에서 방출된 에너지(I3)를 흡수한 후, 에너지(I4)를 방출하게 된다. 방출되는 에너지(I4)는 발광 화합물이 단독으로 존재할 경우 방출 에너지(I2)다 항상 크게 된다. 이때 에너지(I4)의 크기는 수광 화합물로부터 발광 화합물로 에너지 전달 효율에 의해 결정이 된다.
에너지 전달 방식에는 하기 수학식 1의 빛에 의한 방법,
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000001
과 하기 수학식 2의 전자에 의한 방법 (Dexter Electron Transfer)이 있다.
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000002
[수학식 1]
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000003
Dexter Electron Transfer
[수학식 2]
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000004
kET : 속도 상수
r : 에너지 주개와 에너지 받개 간의 거리
τD : 에너지 주개의 PL 감쇠 시간 (PL decay time)
κ : 배향 계수 (orientation factor)
QD : 에너지 주개의 PL 양자 효율
NA : 아보가드로 수
n : 굴절율
J : 하기 수학식 3으로 정의된다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000005
fD : 에너지 주개의 발광 스펙트럼
εA : 에너지 받개의 파장에 따른 흡광 계수
L : 반데르발스 반지름의 합 (the sum of Van der Waals radii)
λ : 파장
에너지 전달 방식이 수학식 1의 빛에 인한 방법이든 수학식 2의 전자에 의한 방법이든, 중요한 것은 에너지 주는 물질과 에너지를 받는 물질 간의 거리 (r)이 된다. 빛에 의한 에너지 전달의 수학식 1 에서 거리 (r)이 0에 가깝게 되면 에너지 주개의 양자 (수광 화합물) 효율 및 감쇠 시간 (decay time)은 중요하지 않게 되고, 이론상 에너지 전달 속도는 무한대에 가까워 진다. 반면, 전자의 이동에 의한 에너지 전달 방식의 수학식 2에서는 두 물질간의 거리 (r)이 0에 가까워지면 에너지 전달 속도는 두 물질간의 발광 스펙트럼과 흡수 스펙트럼간의 중첩 (J) 정도에만 영향을 받게 된다.
도 3은 상기 수광 화합물에 기인한 수광 모이어티와 상기 발광 화합물에 기인한 발광 모이어티를 결합시킨 복합 기능 발광 화합물의 흡수 발광 메커니즘을 모식적으로 나타낸다. 도 3에는 복합 기능 발광 화합물로 한 분자 내에 수광 모이어티와 발광 모이어티를 포함하고 있다. 두 모이어티는 각각의 전자 에너지 상태에는 거의 영향을 주지 않도록 결합을 이루도록 하였으므로 각 모이어티가 결합하기 전의 독립적인 화합물로 존재할 경우와 비교하여 흡광 및 발광 특성이 크게 변하지 않는 상태다. 수광 모이어티가 흡수한 에너지는 빠르게 발광 모이어티로 전달이 되고 발광 모이어티는 자신의 전자 에너지 상태를 통하여 빛 방출을 일으킴으로써 방출되는 에너지 I5는 도 1의 I2 및 도 2의 I4보다 크게 된다.
상기 발광 모이어티는 외부에서 인가된 에너지를 흡수하여 빛을 낼 수 있는 발광 재료 (본 명세서에서 발광 화합물이라 칭함)에서 유도될 수 있다.
상기 발광 화합물 (발광 재료)은 통상적으로 원하는 발광 파장 영역에 따라 목적에 맞게 발광 화합물을 선택하고, 이로부터 발광 모이어티를 유도할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 발광 모이어티는 400nm 내지 650nm 가시광선 파장 영역에서 양자 효율 10% 이상의 공액 구조를 가질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 발광 모이어티는 650nm 내지 2500nm 근적외선 파장 영역에서 양자 효율 0.5% 이상의 공액 구조를 가질 수 있다.
상기 발광 화합물 (또는 발광 재료)의 구체적인 예시는 하기 화합물일 수 있고, 이에 한정되지 않는다.
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000006
상기 식들에서, Ar 및 R은, 각각, 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 20의 알킬, 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴, 치환 또는 비치환된 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴, 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴아민일 수 있고, X는 질소, 산소, 황, 탄소, 실리콘, Ge 또는 P의 원소이다.
이와 같이, 상기 발광 화합물은 전술한 구조식의 화합물들과 같이 질소, 산소, 황, 탄소, 실리콘, Ge, P 등이 치환된 보론 화합물, 파이렌 화합물, 질소를 포함하는 공액 구조를 가지는 화합물 등이 될 수 있고, 그러나, 이에 한정되지 않는다.
이외에도, 상기 발광 화합물은 발광 물질로서 알려진 물질이 사용될 수 있다. 예를 들어, 상기 발광 화합물은, 안트라센 (Anthracene), 페릴렌 (Perylene), 테트라센 (Tetracene), 크라이센 (Chrysene), 코마린 (Coumarine), 피로메테인 (Pyrromethene) 등의 공액 구조를 가지는 발광체들이 될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 발광 화합물 및 상기 발광 모이어티는 보론을 포함하여 공액 구조를 가질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 발광 화합물 및 상기 발광 모이어티는 금속을 포함할 수 있다.
상기 발광 모이어티의 발광 메커니즘은 단일항에서 빛이 나오는 형광, 삼중항에서 빛이 나오는 인광, 삼중항에서 단일항으로 에너지가 전달되어 빛이 나오는 지연 형광을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 수광 모이어티의 밴드갭 에너지는 0.5eV 내지 4.7eV이고, 상기 발광 모이어티의 밴드갭 에너지는 0.5eV 내지 3.5eV 일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 수광 모이어티와 상기 발광 모이어티의 밴드갭 에너지 차이는 4eV 이내일 수 있다.
상기 발광 모이어티는 외부에서 인가된 에너지를 흡수하여 빛을 낼 수 있는 발광 재료 (본 명세서에서 발광 화합물이라 칭함)에서 유도될 수 있다.
상기 수광 모이어티는 외부에서 인가된 에너지를 흡수하여 상기 발광 모이어티로 전달하고, 하기 식 1과 발광 모이어티의 파장이 350nm이상 2500nm 미만에서 식 2를 만족하도록 설계될 수 있다.
<식 1>
│ E(1)HOMO - E(1)LUMO │ ≥ │ E(2)HOMO - E(2)LUMO │
식 1에서, E(1)HOMO는 수광 모이어티의 HOMO 에너지를, E(1)LUMO는 수광 모이어티의 LUMO 에너지를 나타내고, E(2)HOMO는 발광 모이어티의 HOMO 에너지, E(2)LUMO는 발광 모이어티의 LUMO 에너지를 나타낸다.
<식 2>
0.2 × [I(E)÷I(A)] ≤ N(2)/N(1)
식 2에서, I(A)는 발광 모이어티가 흡수한 빛의 양을 나타내고, I(E)는 발광 모이어티가 방출한 빛의 양을 나타내고, N(1)는 수광 모이어티가 흡수한 빛의 양을 나타내고, N(2)는 발광 모이어티로 전달되어 발광 모이어티에서 방출된 빛의 양을 나타낸다.
예를 들어, 발광 재료에서 발광 화합물을 선택한 뒤, 적절한 수광 화합물을 상기 발광 화합물에 결합시켜 상기 복합 기능 발광 화합물을 제조함으로써, 상기 수광 모이어티가 상기 수광 화합물로부터 유도된다. 따라서, 상기 수광 화합물은 상기 수광 모이어티의 전구체로 볼 수 있다.
예를 들어, 상기 수광 모이어티를 유도하는 수광 화합물은 원하는 광 흡수 스펙트럼을 가지면서, 상기 식 1 및 발광 모이어티의 파장이 350nm이상 2500nm 미만에서 식 2를 만족하는 화합물로 선정할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 수광 모이어티는 300nm이상에서 최대 흡수 파장에서 몰흡광 계수가 1000 이상일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 수광 모이어티를 유도하는 수광 화합물은 몰흡광 계수가 500 이상이고, 상기 식 1 및 발광 모이어티의 파장이 350nm이상 2500nm 미만에서 식 2를 만족하는 화합물로 선정할 수 있다.
상기 수광 화합물의 양자 효율이 낮더라도, 상기 복합 기능 발광 화합물의 광 전환 효율이 우수할 수 있는 이유는 앞서 도 3에서 설명한 상기 복합 기능 발광 화합물의 흡수 발광 메커니즘을 보면 알 수 있다.
따라서, 상기 복합 기능 발광 화합물을 설계하기 위해 수광 화합물 선정시 수광 화합물의 양자 효율을 고려하지 않을 수 있다.
상기 복합 기능 발광 화합물은 상기 발광 모이어티의 발광 특성에 영향을 미치지 않으면서 흡수도만 증가시킬 수 있는 수광 모이어티를 도입한 것으로서, 이 에너지가 발광 모이어티로 효율적으로 전달되기 때문에 우수한 광 변환 효율을 가질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 에너지 다운 컨버젼 시스템은 단파장 광원을 흡수하여 장파장의 빛을 방출하는 상기 복합 기능 발광 화합물을 적용함으로써, 고효율 광변환 시스템을 구현할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 에너지 다운 컨버젼 시스템은 상기 복합 기능 발광 화합물 적어도 1종을 포함하는 층 또는 필름을 포함할 수 있다.
상기 복합 기능 발광 화합물 적어도 1종을 포함하는 층은, 선택적으로, 매트릭스 형성용 고분자 화합물을 더 포함할 수 있다.
상기 매트릭스 형성용 고분자 화합물은, 예를 들어, Polyimide, Poly acrylate, Polyethylene terephthalate등을 들 수 있다.
상기 복합 기능 발광 화합물 적어도 1종을 포함하는 층은, 선택적으로, 무기 화합물을 더 포함할 수 있다.
상기 무기 화합물은, 예를 들어, 실리콘옥사이드, 알루미늄옥사이드, 티타늄옥사이드, 몰리뷰테늄옥사이드 등을 들 수 있다.
일 구현예에서, 상기 복합 기능 발광 화합물은 용액 공정에 의해 상기 에너지 다운 컨버젼 시스템에 적용될 수 있다. 예를 들어, 상기 층은 용액 공정의 일종인, 스핀코팅 공정, 잉크젯 공정, 슬로다이코팅 공정, 실크스크린프린팅 공정으로 제조될 수 있다.
상기 에너지 다운 컨버젼 시스템은 디스플레이와 조명 분야에서뿐만 아니라 태양 전지 및 의료 분야에서도 응용이 가능하다.
유기 태양 전지는 양극과 음극 사이에 태양 에너지를 흡수할 수 있는 물질들이 위치하여 태양 에너지를 흡수하면 이 물질들이 여기 상태가 되어서 전자는 양극으로 홀은 음극으로 이동하여 전기를 발생시키게 된다. 전기 발생 효율은 광흡수도와 비례하고 광을 흡수한 물질의 여기 상태의 수명에 비례한다. 본 발명의 복합 발광 화합물은 높은 에너지를 흡수하여 발광 효율이 높은 발광 모이어티로 에너지를 이동시킴으로 전자와 홀을 생성시켜서 전기 발생 효율을 높일 수 있다.
의료 분야에서는 복합 발광 기능 화합물은 작은 광원의 에너지로도 높은 효율의 광을 얻을 수 있기 때문에 민감도를 높이어 친수성이 강하도록 변환시키어 적절한 항원이나 항체를 결합시킴으로써 진단용으로 활용이 가능하다. 또한 자연광 또는 가시광 에너지를 이용하여 근적외선으로 에너지를 전환시킴으로써 근적외선이 적용되는 의료 분야에서도 사용할 수 있다
일 구현에서, 상기 에너지 다운 컨버젼 시스템은 광원을 포함하고, 상기 복합 기능 발광 화합물이 상기 광원에 대하여 색변환을 일으킨다. 즉, 발광하는 빛의 색은 일정하도록 하면서도 최대 흡수 파장의 범위를 조절할 수 있다. 이는 기존에는 발광하는 빛의 색으로 진단하였으나, 상기 에너지 다운 컨버젼 시스템은 광원의 파장의 변화시킴으로써 진단할 수 있다는 것을 의미한다.
상기 광원은 OLED 광원 또는 무기 LED 광원일 수 있다.
일 구현에서, 상기 복합 기능 발광 화합물은 생화학 또는 의료 분야의 진단용 형광 물질로서 적용될 수 있다. 적색 발광 모이어티와 450nm 파장 수광 화합물을 결합시켜 상기 복합 기능 발광 화합물로서 적용하는 경우와 적색 발광 모이어티와 500nm 파장 수광 화합물을 결합시켜 상기 복합 기능 발광 화합물로서 적용하는 경우를 예를 들어 설명할 수 있다. 두 물질 모두 적색 발광을 나타내지만 한 물질은 450nm 광원을 조사할 경우 적색이 강하게 나타나고, 다른 물질은 500nm 광원을 조사할 경우 적색이 강하게 나타난다. 따라서 세포분열시 특정 영역에 상기 복합 기능 발광 화합물을 도입할 경우 이 영역이 향후 어떤 기능으로 발현할 지를 측정 광원을 변경시킴으로써 확인이 가능할 수 있다. 또한, 상기 복합 기능 발광 화합물은 상기 수광 모이어티에 의해 흡수도가 증가했으므로 광원의 세기를 감소시킬 수 있어서 세포 파괴를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 일 구현에서, 상기 에너지 다운 컨버젼 시스템이 유기 태양 전지인 에너지 다운 컨버젼 시스템을 제공한다.
일 구현예에서, 상기 유기 태양 전지는 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재된 태양 에너지 흡수 전기 발생층을 포함하고,
상기 태양 에너지 흡수 전기 발생층이 상기 복합 기능 발광 화합물을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극 및 제2 전극은, 각각, 음극 또는 양극이거나, 그 반대일 수 있다.
상기 유기 태양 전지에서, 상기 복합 기능 발광 화합물은 유기 태양 전지의 제1 전극과 제2 전극 사이의 태양 에너지 흡수 전기 발생층에 사용됨으로써 수광 모이어티는 높은 에너지를 갖는 단파장의 태양 에너지의 흡수율을 높이고, 이를 전달받은 발광 모이어티에서 낮은 에너지 상태로 변환됨으로 전자 발생 효율을 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 유기 태양 전지는 기판 및 기판의 상부에 부착된 필름을 포함하고,
상기 기판은 하부에서 상부쪽으로 제1 전극, 태양 에너지 흡수 전기 발생층 및 제2 전극을 순차적으로 포함하고,
상기 필름은 상기 복합 기능 발광 화합물을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극 및 제2 전극은, 각각, 음극 또는 양극이거나, 그 반대일 수 있다.
예를 들어, 상기 복합 기능 발광 화합물을 상기 유기 태양 전지의 기판 위에 필름으로 코팅할 수 있다. 상기 기판 위에 필름으로 형성된 상기 복합 기능 발광 화합물은 높은 에너지를 갖는 단파장의 태양 에너지를 흡수하여 낮은 에너지를 갖는 장파장으로 변화시키고, 변환된 에너지는 유기 태양 전지의 양극과 음극 사이의 태양 에너지 흡수 전기 발생층에서 흡수되도록 함으로써 전자 발생 효율을 증가시킬 수 있다.
이하 본 발명의 실시예 및 비교예를 기재한다. 하기 실시예는 본 발명의 일 실시예일뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
합성예 1
하기 화합물 1-1을 수광 화합물로서, 하기 화합물 1-2를 발광 화합물로서 준비하고, 화합물 1-1에서 유도된 수광 모이어티와 화합물 1-2에서 유도된 발광 모이어티를 스파이로구조로 연결시킨 하기 화합물 1-3을 상기 복합 기능 발광 화합물로서 합성하였다.
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000007
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000008
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000009
도 4는 화합물 1-1, 화합물 1-2 및 화합물 1-3의 흡수 발광 메커니즘을 모식적으로 나타낸다.
화합물 1-3에서 수광 모이어티의 HOMO 에너지 E(1)HOMO, LUMO 에너지 E(1)LUMO, 발광 모이어티의 HOMO 에너지 E(2)HOMO, LUMO 에너지 E(2)LUMO를 측정하여 <식 1>의 │ E(1)HOMO - E(1)LUMO │, │ E(2)HOMO - E(2)LUMO │ 값을 하기 표 1에 나타내었다.
(화합물 1-1의 합성)
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000010
화합물 1-1-1 화합물 1-1-2 화합물 1-1
둥근바닥플라스크 반응기에 화합물 1-1-1 4.45g (10.0mmol), 화합물 1-1-2 2.03g (0.012mol), 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라튬(0) 0.275g (0.3mmol), 소듐터셔리부톡사이드 2.88g (0.03mol), 트리터셔리부틸 포스핀 0.606g (0.3mmol), 톨루엔 60ml을 넣고 2시간 환류 교반하였다.
반응액을 실온까지 냉각 후 냉각된 물을 투입하여 유기층을 에틸 아세테이트를 이용하여 추출하였다. 추출한 유기층의 용매를 MgSO4로 건조한 후, 여과하였다. 여액을 감압 농축시킨 후, 실리카겔 컬럼 크로마토그래피 (DCM/Hexane) 방법을 이용하여 정제하였다.
이 후 DCM/Acetone 혼합 용매로 재결정 정제하여, 상기 화합물 1-1을 60 % 수율로 3.2 g 얻었다.
MS (MALDI-TOF) m/z: 533[M]+
NMR: δH (400 MHz; CDCl3; Me4Si) 8.15 (d, J = 8.0, 2.0 Hz, 1H), 7.79 (d, 1H), 7.72-7.63 (m, 3H), 7.55 (t, 1H), 7.29-7.19 (m, 6H), 7.08 (t, 4H), 7.03 (dd, 1H), 6.98 (t, 1H), 6.93 (d, 4H), 6.91-6.81 (m, 4H), 6.72 (d, 1H),
(화합물 1-2의 합성)
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000011
화합물 1-2-1 화합물 1-2-2 화합물 1-2
상기 (화합물 1-1의 합성)에서와 동일한 몰비로 화합물 1-1-1 대신 화합물 1-2-1 사용하고, 화합물 1-1-2 대신 화합물 1-2-2를 사용한 것을 제외하고는, 동일한 방법으로 진행하였다.
이 후 화합물 1-2을 58 % 수율로 3.26g 얻었다.
MS (MALDI-TOF) m/z: 561[M]+
(화합물 1-3의 합성)
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000012
화합물 1-3-1 화합물 1-3-2 화합물 1-3
상기 (화합물 1-1의 합성)에서 화합물 1-1-1 대신 화합물 1-3-1 사용한 것을 제외하고는, 동일한 방법으로 진행하였다.
이 후 화합물 1-3을 62 % 수율로 4.34g 얻었다.
MS (MALDI-TOF) m/z: 700[M]+
NMR: δH (400 MHz; CDCl3; Me4Si) 8.13 (d, J = 8.0, 2.0 Hz, 1H), 7.77 (d, 1H), 7.68 (t, 2H), 7.38 (d, 1H), 7.30-7.25 (m, 2H), 7.19 (t, 4H), 7.14-7.01 (m, 12H), 7.01-6.84 (m, 12H), 6.69 (d, 1H)
합성예 2
하기 화합물 2-1을 수광 화합물로서, 하기 화합물 2-2를 발광 화합물로서 준비하고, 화합물 2-1에서 유도된 수광 모이어티와 화합물 2-2에서 유도된 발광 모이어티를 스파이로구조로 연결시킨 하기 화합물 2-3을 상기 복합 기능 발광 화합물로서 합성하였다.
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000013
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000014
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000015
도 5는 화합물 2-1, 화합물 2-2 및 화합물 2-3의 흡수 발광 메커니즘을 모식적으로 나타낸다.
화합물 2-3에서 수광 모이어티의 HOMO 에너지 E(1)HOMO, LUMO 에너지 E(1)LUMO, 발광 모이어티의 HOMO 에너지 E(2)HOMO, LUMO 에너지 E(2)LUMO를 <식 1>의 │ E(1)HOMO - E(1)LUMO │, │ E(2)HOMO - E(2)LUMO │ 값을 하기 표 1에 나타내었다.
(화합물 2-1의 합성)
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000016
화합물 2-1-1 화합물2-1-2 화합물 2-1
상기 (화합물 1-1의 합성)에서와 동일한 몰비로 화합물 1-1-1 대신 화합물 2-1-1 사용하고, 화합물 1-1-2 대신 화합물 2-1-2 를 사용한 것을 제외하고는, 동일한 방법으로 진행하였다.
이 후 화합물 2-1을 55 % 수율로 2.65g 얻었다.
MS (MALDI-TOF) m/z: 481[M]+
NMR: δH (400 MHz; CDCl3; Me4Si) 8.04 (d, J = 8.0, 2.0 Hz, 3H), 7.91 (d, 1H), 7.78 (d, 2H), 7.56 (dd, 1H), 7.42 (t, 1H), 7.35 (t, 2H), 7.30-7.26 (m, 2H), 7.19 (t, 4H), 7.14 (t, 3H), 6.89 (sd, 1H), 6.85 (d, 2H), 6.79 (d, 1H)
(화합물 2-2의 합성)
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000017
화합물 2-2-1 화합물2-2-2 화합물 2-2
상기 (화합물 1-1의 합성)에서와 동일한 몰비로 화합물 1-1-1 대신 화합물 2-2-1 사용하고, 화합물 1-1-2 대신 화합물 2-2-2 를 사용한 것을 제외하고는, 동일한 방법으로 진행하였다.
이 후 화합물 2-2을 57 % 수율로 3.70g 얻었다.
MS (MALDI-TOF) m/z: 649[M]+
(화합물 2-3의 합성)
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000018
화합물 2-3-1 화합물 2-3-2 화합물 2-3
상기 (화합물 1-1의 합성)에서와 동일한 몰비로 화합물 1-1-1 대신 화합물 2-3-1 사용하고, 화합물 1-1-2 대신 화합물 2-3-2 를 사용한 것을 제외하고는, 동일한 방법으로 진행하였다.
이 후 화합물 2-3을 60 % 수율로 4.89g 얻었다.
MS (MALDI-TOF) m/z: 814[M]+
NMR: δH (400 MHz; CDCl3; Me4Si) 8.18 (d, J = 8.0, 2.0 Hz, 1H), 8.05 (d, 2H), 8.02 (d, 1H), 7.89 (d, 1H), 7.84 (d, 1H), 7.57 (d, 2H), 7.48 (d, 1H), 7.42 (t, 3H), 7.33 (d, 2H), 7.29-7.27 (m, 2H), 7.23-7.13 (m, 13H), 7.10 (t, 4H), 6.96-6.90 (m, 2H), 6.73 (d, 1H), 1.33 (s, 3H) 1.32 (s, 3H)
합성예 3
하기 화합물 3-1을 수광 화합물로서, 하기 화합물 3-2를 발광 화합물로서 준비하고, 화합물 3-1에서 유도된 수광 모이어티와 화합물 3-2에서 유도된 발광 모이어티를 스파이로구조로 연결시킨 하기 화합물 3-3을 상기 복합 기능 발광 화합물로서 합성하였다.
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000019
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000020
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000021
도 6은 화합물 3-1, 화합물 3-2 및 화합물 3-3의 흡수 발광 메커니즘을 모식적으로 나타낸다.
화합물 3-3에서 수광 모이어티의 HOMO 에너지 E(1)HOMO, LUMO 에너지 E(1)LUMO, 발광 모이어티의 HOMO 에너지 E(2)HOMO, LUMO 에너지 E(2)LUMO를 <식 1>의 │ E(1)HOMO - E(1)LUMO │, │ E(2)HOMO - E(2)LUMO │ 값을 하기 표 1에 나타내었다.
(화합물 3-1의 합성)
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000022
화합물 3-1-1 화합물 3-1-2 화합물 3-1
상기 (화합물 1-1의 합성)에서와 동일한 몰비로 화합물 1-1-1 대신 화합물 2-1-1 사용하고, 화합물 1-1-2 대신 화합물 2-1-2 를 사용한 것을 제외하고는, 동일한 방법으로 진행하였다.
이 후 화합물 2-1을 55 % 수율로 2.65g 얻었다.
MS (MALDI-TOF) m/z: 481[M]+
(화합물 3-2의 합성)
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000023
화합물 3-2-1 화합물 3-2
출발물질 3-2-1 9.52g (10.0mmol)과 터셔리 부틸벤젠 (32 ml)에 녹인 후 0 ℃까지 냉각하였다. 질소 분위기 하에서 2.5M n-부틸리튬 용액 (헥산 내) 8.0mL (20.0mmol)을 첨가하고 실온에서 3시간 교반하였다.
이 후 다시 반응물을 0℃까지 냉각하고 보론 트리브로마이드 1.90 mL (20.0 mmol)를 첨가한 후 상온에서 0.5시간 교반하였다. 다시 반응물을 0℃까지 냉각하고 N,N-디아이소프로필에틸아민 3.51 mL (20.0mmol)를 첨가한 후 60~70℃ 에서 2시간 교반하였다.
반응액을 실온까지 냉각시키고 에틸아세테이트로 유기층을 추출하였다. 추출한 유기층의 용매를 MgSO4로 건조한 후, 여과하였다. 여액을 감압 농축시킨 후, 실리카겔 컬럼 크로마토그래피 (DCM/Hexane) 방법을 이용하여 정제하였다.
이 후 DCM/아세톤 혼합 용매로 재결정 정제하여, 상기 화합물 3-2를 12 % 수율로 1.05g 얻었다.
MS (MALDI-TOF) m/z: 880[M]+
NMR: δH (400 MHz; CDCl3; Me4Si) 9.13(1 H, s), 8.86-8.83 (1 H, m), 7.92-7.90 (1 H, m), 7.78 (1 H, d, J 8.0), 7.73-7.64 (4 H, m), 7.44-7.27 (8 H, m), 7.17-6.86 (11 H, m), 6.80-6.57(5 H, m), 6.49(1 H, d, J 4.0).6.37(1 H, d, J 8.0), 6.12(2 H, t), 5.89(1 H, d, J 8.0), 2.36(3 H, s), 0.96(9 H, s)
(화합물3-3의 합성)
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000024
화합물 3-3-1 화합물 3-3
상기 (화합물 3-2의 합성)에서와 동일한 몰비로 화합물 3-2-1 대신 화합물 3-3-1 사용한 것을 제외하고는, 동일한 방법으로 진행하였다.
이 후 화합물 3-3을 9 % 수율로 1.0g 얻었다.
MS (MALDI-TOF) m/z: 1046[M]+
NMR: δH (400 MHz; CDCl3; Me4Si) 9.13(1 H, s), 8.86-8.83 (1 H, m), 7.92-7.90 (1 H, m), 7.78 (1 H, d, J 8.0), 7.73-7.64 (6 H, m), 7.44-7.27 (11 H, m), 7.17-6.86 (13 H, m), 6.80-6.57(5 H, m), 6.49(1 H, d, J 4.0).6.37(1 H, d, J 8.0), 6.12(2 H, t), 5.89(1 H, d, J 8.0), 2.36(3 H, s), 0.96(9 H, s)
합성예 4
하기 화합물 3-1을 수광 화합물로서, 하기 화합물 3-2를 발광 화합물로서 준비하고, 화합물 3-1에서 유도된 수광 모이어티 2개를 화합물 3-2에서 유도된 발광 모이어티에 각각 스파이로구조로 연결시킨 하기 화합물 3-4를 상기 복합 기능 발광 화합물로서 합성하였다.
도 7은 실시예에서 합성한 화합물 3-4의 흡수 발광 메커니즘을 모식적으로 나타낸다.
(화합물3-4의 합성)
Figure PCTKR2022009856-appb-img-000025
화합물 3-4-1 화합물 3-4
상기 (화합물 3-2의 합성)에서와 동일한 몰비로 화합물 3-2-1 대신 화합물 3-4-1 사용한 것을 제외하고는, 동일한 방법으로 진행하였다.
이 후 화합물 3-4을 10 % 수율로 1.43g 얻었다.
MS (MALDI-TOF) m/z: 1435[M]+
NMR: δH (400 MHz; CDCl3; Me4Si) 9.22-9.15 (m, 2H), 8.07-8.01 (m, J=8.0, 2.0 Hz, 4H), 8.00-7.90 (m, 4H), 7.89-7.78 (m, 2H), 7.60-7.28 (m, 21H), 7.22-7.07 (m, 13H), 7.01-6.91 (m, 2H), 6.87-6.68 (m, 7H), 6.59-6.52 (m, 3H), 6.47-6.28 (m, 1H), 6.26-6.02 (m, 3H), 1.24 (s, 9H)
평가 1: HOMO 에너지 및 LUMO 에너지 측정
상기 합성된 화합물 1-3, 화합물 2-3, 화합물 3-3 및 화합물 3-4의 HOMO 에너지 및 LUMO 에너지를 측정하여 <식 1>의 │ E(1)HOMO - E(1)LUMO │, │ E(2)HOMO - E(2)LUMO │ 값을 하기 표 1에 나타내었다.
HOMO 에너지는 CV, Cyclic Voltametry에 의해 측정하였고, LUMO 에너지는 흡수 스펙트럼에 의해 측정하였고.
구분 │E(1)HOMO - E(1)LUMO│ │E(2)HOMO - E(2)LUMO│
화합물 1-3 3.24 2.83
화합물 2-3 3.24 2.86
화합물 3-3 3.52 2.74
화합물 3-4 3.52 2.62
평가 2: 수광 모이어티의 몰흡광 계수 측정
상기 합성된 화합물 1-3, 화합물 2-3, 화합물 3-3 및 화합물 3-4의 수광 모이어티의 몰흡광 계수 (L mol-1cm-1)SHIMADZU RF5301PC, SHIMADZU UV 2550측정하였다.
구분 300nm 이상에서 최대 흡수 파장 흡수도 농도 수광 모이어티의 몰흡광 계수
(L mol -1 cm -1 )
화합물 1-3 중 화합물 1-1 에서 유도된 수광 모이어티 346nm 0.079 2.5μM 31600
화합물 2-3 중 화합물 2-1 에서 유도된 수광 모이어티 329nm 0.069 2.5μM 27000
화합물 3-3 중 화합물 3-1 에서 유도된 수광 모이어티 329nm 0.069 2.5μM 27000
화합물 3-4 중 화합물 3-1 에서 유도된 수광 모이어티 329nm 0.069 2.5μM 27000
비교예 1
모든 측정 시료는 각 물질들을 톨루엔 용액에 용해하여 2 마이크로몰 농도가 되도록 하였으며 SHIMADZU RF5301PC, SHIMADZU UV 2550으로 측정하였다.
도 8은 화합물 1-1 및 화합물 1-2의 혼합물에 대하여 측정한 흡수 및 발광 스펙트럼이다.
화합물 1-1 및 화합물 1-2를 1:1의 비율로 혼합하여 각각 2 마이크로몰 농도가 되도록 하여 350nm의 에너지를 이용하여 여기시켰다. 도 8에서 보는 바와 같이 화합물 1-1과 화합물 1-2가가 독립적으로 발광하여 에너지 전이가 잘 일어나지 않고 있음을 확인할 수 있었다.
실시예 1
도 9는 화합물 1-1, 1-2 및 1-3에 대하여 측정한 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼이다. 도 1에서, 화합물 1-1, 화합물 1-2 및 화합물 1-3의 에너지 전이 현상을 비교확인한 결과, 화합물 1-3에서 모이어티간 에너지 전이를 확인하였다.
화합물 1-2와 화합물 1-3의 흡수 스펙트럼을 비교하면 화합물 1-3에서 300~350nm영역의 흡수도가 증가한 것을 확인할 수 있는데 이는 화합물 1-3의 수광 모이어티의 흡수에 의한 것이다. 화합물 1-3에서의 350nm에서의 흡수도는 화합물 1-2에 비해 약 4배 증가하였다. 복합 기능 발광 화합물인 화합물 3-3에서 수광 모이어티로부터 발광 모이어티로 에너지가 전달되는 현상은 두 물질의 발광 스펙트럼을 통하여 확인할 수 있다. 화합물 1-2와 화합물 1-3을 350nm로 여기 시켰을 경우 화합물 1-3의 발광 모이어티의 발광도가 화합물 1-2에 비해 약 3.7배 증가하였으며 수광 모이어티의 발광 스펙트럼은 모두 사라졌다. 이를 통하여 도 3에서 설명하고 있는 에너지 전달 현상이 구현되었음을 명확히 확인할 수 있다.
실시예 2
도 10은 화합물 2-1, 화합물 2-2 및 화합물 2-3에 대하여 측정한 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼이다. 도 10에서, 화합물 2-1, 화합물 2-2 및 화합물 2-3의 에너지 전이 현상을 비교확인하여, 화합물 2-3에서 모이어티간 에너지 전이를 확인하였다. 도 10은 화합물 2-1, 2-2 및 2-3에 대하여 측정한 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼이다.
화합물 2-2와 화합물 2-3의 흡수 스펙트럼을 비교하면 화합물 2-3에서 300~350nm영역의 흡수도가 증가한 것을 확인할 수 있는데 이는 화합물 2-3의 수광 모이어티의 흡수에 의한 것이다. 화합물 2-3에서의 330nm에서의 흡수도는 화합물 2에 비해 약 1.8배 증가하였다. 복합 기능 화합물인 화합물 3-3에서 수광 모이어티로부터 발광 모이어티로 에너지가 전달되는 현상은 두물질의 발광 스펙트럼을 통하여 확인할 수 있다. 화합물 2-2와 화합물 2-3을 330nm로 여기 시켰을 경우 화합물 3-3의 발광 모이어티의 발광도가 화합물 2에 비해 약 1.7배 증가하였으며 수광 모이어티의 발광 스펙트럼은 모두 사라졌다. 이를 통하여 도 3에서 설명하고 있는 에너지 전달 현상이 구현되었음을 명확히 확인할 수 있다.
본 실시예 2를 통하여 화학 결합으로 에너지 주개 (수광 화합물)와 에너지 받개 (발광 화합물) 간의 거리가 매우 가깝게 하면 (즉, 화학 결합을 통하여) 에너지 전이가 효율적으로 일어나게 됨을 확인하였다.
실시예 3
도 11은 화합물 3-1, 화합물 3-2 및 화합물 3-3에 대하여 측정한 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼이다. 도 11에서, 화합물 3-1, 화합물 3-2 및 화합물 3-3의 에너지 전이 현상을 비교확인하여, 화합물 3-3에서 모이어티간 에너지 전이를 확인하였다. 도 11은 화합물 3-1, 3-2 및 3-3에 대하여 측정한 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼이다.
화합물 3-2와 화합물 3-3의 흡수 스펙트럼을 비교하면 화합물 3-3에서 300~350nm영역의 흡수도가 증가한 것을 확인할 수 있는데 이는 화합물 3-3의 수광 모이어티의 흡수에 의한 것이다. 화합물 3-3에서의 330nm에서의 흡수도는 화합물 2에 비해 약 2배 증가하였다. 복합 기능 화합물인 화합물 3-3에서 수광 모이어티로부터 발광 모이어티로 에너지가 전달되는 현상은 두 물질의 발광 스펙트럼을 통하여 확인할 수 있다. 화합물 3-2와 화합물 3-3을 330nm로 여기 시켰을 경우 화합물 3-3의 발광 모이어티의 발광도가 화합물 2에 비해 약 1.8배 증가하였으며 수광 모이어티의 발광 스펙트럼은 모두 사라졌다. 이를 통하여 도 3에서 설명하고 있는 에너지 전달 현상이 구현되었음을 명확히 확인할 수 있다.
실시예 3을 통하여 화학 결합으로 에너지 주개 (수광 화합물)와 에너지 받개 (발광 화합물) 간의 거리가 매우 가깝게 하면 (즉, 화학 결합을 통하여) 에너지 전이가 효율적으로 일어나게 됨을 확인하였다.
실시예 4
도 12는 화합물 3-3 및 화합물 3-4에 대하여 측정한 흡수 스펙트럼과 발광 스펙트럼이다. 화합물 3-3 및 화합물 3-4를 통하여 수광 모이어티가 1개가 연결되었을 경우와 수광 모이어티가 2개가 연결되었을 경우의 에너지 전이 현상을 비교확인하였다.
화합물 3-2와 화합물 3-3의 흡수 스펙트럼을 비교하면 화합물 3-3에서 300~350nm영역의 흡수도가 증가한 것을 확인할 수 있는데, 이는 화합물 3-1의 수광 모이어티의 흡수에 의한 것이다. 두개의 수광 모이어티가 존재할 경우의 에너지 전달 현상은 수광 모이어티가 하나인 화합물 3-3과 두개의 수광 모이어티를 가지고 있는 화합물 3-4의 흡수 및 발광 스펙트럼을 통하여 확인할 수 있다. 화합물 3-3과 화합물 3-4를 330nm로 여기 시켰을 경우 화합물 3-4의 발광 모이어티의 발광도가 화합물 3-3에 비하여 약 30%정도 향상하고 있으며 수광 모이어티의 발광 스펙트럼은 모두 사라졌다. 이를 통하여 수광 모이어티가 두개가 존재할 경우에도 도 3에서 설명하고 있는 에너지 전달 현상이 구현되었음을 명확히 확인할 수 있다.
본 실시예 4를 통하여 화학 결합으로 에너지 주개 (수광 화합물)와 에너지 받개 (발광 화합물) 간의 거리가 매우 가깝게 하면 (즉, 화학 결합을 통하여) 에너지 전이가 효율적으로 일어나게 됨을 확인하였다.
< 필름 제작>
상기 복합 기능 발광 화합물을 필름 상태로 에너지 다운 컨번젼 시스템에 적용한 경우에도 광 전환 효율이 향상됨을 확인하였다.
비교예 2
PMMA 1g과 화합물 1-2 0.1g을 클로로벤젠 3 ml에 용해한 후, Quartz Glass 위에 스핀코팅하여 100nm의 필름을 제작하였다. 8W 365nm UV Lamp를 이용하여 청색으로 에너지 컨버젼 현상을 유도하여 PR650 Spectraphotometer로 휘도를 측정하였으며, 약 29 nits 에 CIE x 0.151, y 0.090의 값을 얻었다.
실시예 5
화합물 1-3을 0.1g 사용한 것 이외에 비교예 2와 동일한 방법으로 필름을 제작하여 측정하였으며 약 59 nits에 CIE x 0.148, y 0.094의 값을 얻었다. 화합물 1-2와 화합물 1-3의 분자량비는 약 1.3 이므로 동일한 몰수를 기준으로 환산하면, 화합물 1-3의 광량은 약 76.7 nits가 되며 이는 에너지 다운 컨버젼 효율이 약 2.6배 향상되었음을 의미한다.
도 13은 비교예 2와 실시예 5에서 각각 제조된 필름에 대하여 측정한 발광 스펙트럼이다.
이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

Claims (22)

  1. 외부로부터 에너지를 받아서 낮은 에너지로 변환하는 에너지 다운 컨버젼 시스템에 있어서,
    상기 시스템은 복합 기능 발광 화합물을 포함하고,
    상기 복합 기능 발광 화합물은 발광 모이어티 및 수광 모이어티를 포함하고,
    상기 수광 모이어티는 에너지를 흡수하여 발광 모이어티로 전달하고,
    상기 발광 모이어티는 수광 모이어티로부터 전달받은 에너지를 빛으로 방출하며,
    상기 수광 모이어티의 HOMO 에너지를 E(1)HOMO, LUMO 에너지를 E(1)LUMO라 하고, 상기 발광 모이어티의 HOMO 에너지를 E(2)HOMO, LUMO 에너지를 E(2)LUMO라 할 때 하기 식 1을 만족하고,
    <식 1>
    │ E(1)HOMO - E(1)LUMO │ ≥ │ E(2)HOMO - E(2)LUMO │
    발광 모이어티가 흡수한 빛의 양을 I(A), 발광 모이어티가 방출한 빛의 양을 I(E) 이라 하고, 수광 모이어티가 흡수한 빛의 양을 N(1)이라고 하고 발광 모이어티로 전달되어 발광 모이어티에서 방출된 빛의 양을 N(2)라고 할 때, 발광 모이어티의 파장이 350nm이상 2500nm 미만에서 하기 식 2를 만족하고
    <식 2>
    0.2 × [I(E)÷I(A)] ≤ N(2)/N(1)
    상기 복합 기능 발광 화합물은 상기 발광 모이어티와 상기 수광 모이어티가 화학적으로 연결되어 각 모이어티간의 최단 거리가 10Å 이내인
    에너지 다운 컨버젼 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 수광 모이어티는 300nm이상에서 최대 흡수 파장에서 몰흡광 계수가 1000 이상인
    에너지 다운 컨버젼 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발광 모이어티는 발광 재료로부터 유도된
    에너지 다운 컨버젼 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발광 모이어티는 400nm 내지 650nm 가시광선 파장 영역에서 양자 효율 10% 이상의 공액 구조를 가지는
    에너지 다운 컨버젼 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발광 모이어티는 650nm 내지 2500nm 근적외선 파장 영역에서 양자 효율 0.5% 이상의 공액 구조를 가지는
    에너지 다운 컨버젼 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복합 기능 발광 화합물은 적어도 하나의 중수소 치환기를 포함한
    에너지 다운 컨버젼 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수광 모이어티와 상기 발광 모이어티는 상기 수광 모이어티와 상기 발광 모이어티가 연결기를 매개하여 연결되거나, 연결기 없이 상기 수광 모이어티와 상기 발광 모이어티가 직접 연결되거나, 또는 스파이로결합으로 연결된
    에너지 다운 컨버젼 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 수광 모이어티와 상기 발광 모이어티가 직접 연결되는 경우, 상기 수광 모이어티 내 탄소 원자와 상기 발광 모이어티 내 탄소 원자가 직접 연결되고,
    상기 수광 모이어티와 상기 발광 모이어티는 상기 수광 모이어티와 상기 발광 모이어티가 연결기를 매개하여 연결하여 연결되는 경우, 상기 연결기는 치환된 페닐렌기; 또는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 20의 아릴렌 또는 탄소수 5 내지 20의 헤테로아릴렌일 수 있고, 상기 페닐렌기, 상기 아릴렌 및 상기 헤테로아릴렌이 치환된 경우의 치환기는 중수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시기, 할로겐, 시아노기, 카르복시기, 카르보닐기, 아민기, 탄소수 1 내지 20의 알킬 아민기, 니트로기, 탄소수 1 내지 20의 알킬 실릴기, 탄소수 1 내지 20의 알콕시 실릴기, 탄소수 3 내지 30의 사이클로 알킬 실릴기, 탄소수 6 내지 30의 아릴 실릴기, 탄소수 6 내지 30의 아릴기, 탄소수 6 내지 30의 아릴아민기, 탄소수 5 내지 30의 헤테로아릴기, 탄소수 6 내지 30의 아릴 포스핀옥사이드기, 탄소수 6 내지 30의 아릴 포스피닐기, 탄소수 6 내지 30의 알킬포스핀옥사이드, 탄소수 6 내지 30의 알킬설포닐기 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나일 수 있거나; 또는, 상기 연결기는 탄소 원자, 산소 원자, 질소 원자, 실리콘 원자, Ge 원자, S 원자 또는 P 원자일 수 있고, 상기 연결기가 원자인 경우, 수소, 탄소수 1 내지 20의 알킬, 탄소수 6 내지 20의 아릴, 탄소수 5 내지 20의 헤테로 알릴 및 이들의 조합에서 선택된 치환기를 가질 수 있고,
    상기 수광 모이어티 및 상기 발광 모이어티가 스파이로 결합 형성이 가능한 원자를 공유하는 스파이로 결합을 형성하는 경우, 상기 스파이로 결합은 탄소, 실리콘 또는 Ge를 스파이로 원자로 하여 연결될 수 있는
    에너지 다운 컨버젼 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 연결기는 수광 모이어티와 발광 모이어티 간의 최단 거리가 10Å 이내가 되도록 하는 공액 구조이고, 상기 공액 구조의 밴드갭 에너지는 수광 모이어티의 밴드갭 에너지 보다 큰
    에너지 다운 컨버젼 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 수광 모이어티와 상기 발광 모이어티는 화학적으로 결합됨으로써 서로 간의 HOMO 에너지 준위, LUMO 에너지 준위 또는 HOMO-LUMO 밴드갭 에너지를 0.2eV를 초과하여 변화시키지 않는
    에너지 다운 컨버젼 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 발광 모이어티는 보론을 포함하여 공액 구조를 가지는
    에너지 다운 컨버젼 시스템.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 발광 모이어티는 금속을 포함하는
    에너지 다운 컨버젼 시스템.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 복합 기능 발광 화합물은 적어도 1개의 수광 모이어티를 포함하고, 상기 적어도 1개의 수광 모이어티는 상기 발광 모이어티와 각각 스파이로 결합을 통해 연결된
    에너지 다운 컨버젼 시스템.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 복합 기능 화합물은 적어도 1개의 발광 모이어티를 포함하고, 상기 적어도 1개의 발광 모이어티는 상기 수광 모이어티와 각각 스파이로 결합을 통해 연결된
    에너지 다운 컨버젼 시스템.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 복합 기능 화합물은 적어도 1개 이상의 발광 모이어티 및 적어도 1개 이상의 수광 모이어티를 포함하고, 상기 발광 모이어티 및 상기 수광 모이어티의 조합으로 스파이로 결합을 통해 연결된
    에너지 다운 컨버젼 시스템.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 복합 기능 발광 화합물 적어도 1종을 포함하는 층을 포함한
    에너지 다운 컨버젼 시스템.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 복합 기능 발광 화합물은 용액 공정에 의해 상기 에너지 다운 컨버젼 시스템에 적용될 수 있는
    에너지 다운 컨버젼 시스템.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 다운 컨버젼 시스템은 광원을 포함하고,
    상기 복합 기능 발광 화합물이 상기 광원에 대하여 색변환을 일으키는
    에너지 다운 컨버젼 시스템.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 광원은 OLED 광원 또는 무기 LED 광원인
    에너지 다운 컨버젼 시스템.
  20. 제1항에 있어서,
    상기 복합 기능 발광 화합물은 생화학 또는 의료 분야의 진단용 형광 물질로서 적용된
    에너지 다운 컨버젼 시스템.
  21. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 다운 컨버젼 시스템이 유기 태양 전지이고,
    상기 유기 태양 전지는 제1 전극, 제2 전극 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 개재된 태양 에너지 흡수 전기 발생층을 포함하고,
    상기 태양 에너지 흡수 전기 발생층이 상기 복합 기능 발광 화합물을 포함한
    에너지 다운 컨버젼 시스템.
  22. 제1항에 있어서,
    상기 에너지 다운 컨버젼 시스템이 유기 태양 전지이고,
    상기 유기 태양 전지는 기판 및 기판의 상부에 부착된 필름을 포함하고,
    상기 기판은 하부에서 상부쪽으로 제1 전극, 태양 에너지 흡수 전기 발생층 및 제2 전극을 순차적으로 포함하고,
    상기 필름은 상기 복합 기능 발광 화합물을 포함하는
    에너지 다운 컨버젼 시스템.
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