KR101935466B1 - 유기 전자 소자 - Google Patents
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Abstract
Description
본 기재는 유기 전자 소자에 관한 것이다.
정보화 사회의 발전에 따라, 종래의 CRT(Cathode Ray Tube)가 가지는 무거운 중량과 큰 부피와 같은 단점들을 개선한, 새로운 영상 표시 장치의 개발이 요구되고 있으며, 이에 따라, LCD(Liquid Crystal Display Device, 액정 표시 장치), 유기 발광 다이오드(OLED, Organic Light Emitting Diode), PDP(Plasma Panel Display Device), SED(Surface-conduction Electron-emitter Display Device)등과 같은 여러 가지 평판 표시 장치들이 주목받고 있다.
이와 같은 평판 표시 장치들의 스위칭 소자로 비정질 실리콘(amorphous silicon)을 반도체층으로 이용한 박막 트랜지스터(TFT, Thin Film Transistor)가 널리 사용되고 있다.
비정질 실리콘 박막 트랜지스터는 양호한 균일도를 가지고, 도핑 상태에서는 높은 전기적 특성을 보이면서도 도핑되지 않은 상태에서는 우수한 절연성질을 가지는 특성 등의 이유로 널리 사용되고 있다.
그러나, 종래에 비정질 실리콘 박막 트랜지스터를 기판에 증착하기 위해서는 통상적으로 약 300℃ 정도의 고온의 환경에서 공정을 수행해야 하는 제한이 있어서, 플렉서블 디스플레이(flexible display)를 구현하기 위한 폴리머 기판(polymer substrate) 등에는 적용하기 힘들다는 문제점이 있었다.
이를 해결하기 위하여 유기 반도체 물질을 이용한 유기 박막 트랜지스터(Organic Thin Film Transistor, OTFT)가 제안되었다.
유기 박막 트랜지스터는 일반적으로 기판, 게이트 전극, 절연층, 소스/드레인 전극, 채널 영역을 포함하여 구성되고, 소스와 드레인 전극 상에 채널 영역이 형성되는 바텀 콘택트(BC) 형과 채널 영역 상에 마스크 증착 등으로 금속전극이 뒤에 형성되는 탑 콘택트(TC) 형으로 나눌 수 있다.
유기 박막 트랜지스터(OTFT)의 채널 영역에 채워지는 저분자계 또는 올리고머 유기 반도체 물질로는 멜로시아닌, 프탈로시아닌, 페리렌, 펜타센, C60, 티오펜 올리고머 등이 있으며, 이들 저분자계 또는 올리고머 유기 반도체 물질은 주로 진공 프로세스에 의해 박막으로 채널 영역에 형성된다.
유기 반도체 화합물 재료는, 프린팅 기술과 같은 용액가공으로 저가격 대면적 가공이 가능하다는 가공성 면에서 장점이 있다.
본 발명의 일 구현예는 낮은 밴드갭을 가지며, 우수한 전하이동도를 가지며, 용액공정이 가능한 유기 반도체 화합물을 포함하는 유기 전자 소자를 제공한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1로 표현되는 유기 반도체 화합물을 포함하는 유기 전자 소자를 제공한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 S, Se 또는 NRa(여기에서, Ra는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30의 아릴알킬기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기에서 선택됨)이고,
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 할로겐(-F, -Cl, -Br 또는 -I), 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기, -CORb(여기서 Rb는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30의 아릴알킬기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기에서 선택됨) 및 -C(=O)ORc(여기서 Rc는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30의 아릴알킬기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기에서 선택됨)에서 선택되고,
R5 및 R6는 각각 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C10의 알킬기이고,
p와 q는 각각 1 또는 2의 정수이다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 하기 화학식 2로 표현되는 구조단위를 포함하는 유기 반도체 화합물을 포함하는 유기 전자 소자를 제공한다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서
X1, X2 및 R1 내지 R5 는 화학식 1에서와 동일하고
-D-는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C20의 방향족 환, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C14의 헤테로방향족 환(heteroaromatic ring) 또는 헤테로방향족 환을 포함하는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 축합다환기이고,
a 및 b는 각 구조단위의 몰비를 나타내는 것으로, a 및 b의 합계 100몰%에 대하여 a는 약 1 내지 약 100몰%의 범위에 있고 b는 약 0 몰% 내지 약 99몰%의 범위에 있다.
상기 -D- 구조단위는 하기 화학식 3으로 표현되는 구조단위중 어느 하나일 수 있다.
[화학식 3]
상기 화학식 3에서,
R20 내지 R23는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고,
Q1 및 Q2는 각각 S, CR24R25, NR26 또는 SiR27R28이고, R24 내지 R28은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C15의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C15의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C15의 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된다.
상기 화학식 3의 방향족 환 구조 또는 헤테로 방향족 환 구조에 위치하는 -CH- 또는 -CH2-의 수소는 선택적으로 플루오로기, C1 내지 C10의 플루오로알킬기, C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, C3 내지 C20의 사이클로알킬기, C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기에서 선택되는 치환기로 치환될 수 있다.
상기 -D- 구조단위는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 티오펜 구조단위를 포함하는 하기 화학식 4로 표현되는 구조단위일 수 있다.
[화학식 4]
상기 화학식 4에서,
R30은 수소, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C20의 방향족 환, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30의 아릴알킬기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기에서 선택되고,
k는 1 또는 2의 정수이고,
-Ar-은 치환 또는 비치환된 C4 내지 C20의 방향족 환, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C14의 헤테로방향족 환(heteroaromatic ring) 또는 헤테로방향족 환을 포함하는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 축합다환기이고,
c 및 d는 각 구조단위의 몰비를 나타내는 것으로 c 와 d의 합계 100몰%에 대하여 c는 약 1 내지 약 99 몰%의 범위에 있고 d는 약 1 내지 약 99몰%의 범위에 있다.
상기 화학식 4의 -Ar-은 상기 화학식 3으로 표현되는 구조단위중 어느 하나일 수 있다.
상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표현되는 유기 반도체 화합물은 하기 화학식 5 내지 8중 어느 하나로 표현되는 말단 작용기를 포함할 수 있다.
[화학식 5]
상기 화학식 5에서,
R은 플루오로기 또는 C1 내지 C20의 퍼플루오로알킬기이고 a는 1 내지 5의 정수이다.
[화학식 6]
상기 화학식 6에서,
R은 플루오로기 또는 C1 내지 C20의 퍼플루오로알킬기이고 a는 1 내지 6의 정수이다.
[화학식 7]
상기 화학식 7에서,
R은 플루오로기 또는 C1 내지 C20의 퍼플루오로알킬기이고 a는 1 내지 3의 정수이다.
[화학식 8]
상기 화학식 8에서,
R은 플루오로기 또는 C1 내지 C20의 퍼플루오로알킬기이고 a는 1 내지 3의 정수이다.
상기 화학식 1로 표현되는 유기 반도체 화합물의 구체적인 예로는 하기 화학식 9로 표현되는 유기 반도체 화합물이 있으며, 상기 화학식 2로 표현되는 유기 반도체 화합물의 구체적인 예로는 화학식 10으로 표현되는 구조단위를 포함하는 유기 반도체 화합물이 있다.
[화학식 9]
상기 화학식 9에서,
R1 내지 R4는 화학식 1에서와 동일하며,
Ra1 내지 Ra2는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30의 아릴알킬기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기에서 선택되고,
p와 q는 각각 1 또는 2의 정수이다.
[화학식 10]
상기 화학식 10에서,
R1 내지 R4는 화학식 1에서와 동일하며
R101 및 R102는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C20의 방향족 환, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30의 아릴알킬기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기에서 선택되고,
r 및 s는 각각 1 또는 2의 정수이고,
a 및 b는 각 구조단위의 몰비를 나타내는 것으로, a 및 b의 합계 100몰%에 대하여 a는 약 1 내지 약 100몰%의 범위에 있고 b는 약 0 몰% 내지 약 99몰%의 범위에 있다.
상기 유기 전자 소자는 트랜지스터, 태양 전지, 메모리 소자, 유기 발광 소자(OLED), 광센서 및 레이저 소자에서 선택될 수 있다.
상기 트랜지스터는 기판상에 위치하는 게이트 전극; 서로 대향 위치하여 채널 영역을 정의하는 소스 전극과 드레인 전극; 상기 소스 전극 및 드레인 전극과 게이트 전극을 전기적으로 절연시키는 절연층; 및 상기 채널 영역에 형성된 상기 유기 반도체 화합물을 포함하는 활성층을 포함한다.
기타 본 발명의 구현예들의 구체적인 사항은 이하의 상세한 설명에 포함되어 있다.
상기 화학식 1 또는 화학식 2의 유기 반도체 화합물을 포함하는 유기 전자 소자는 우수한 전하이동도를 가진다. 상기 유기 전자 소자는 트랜지스터, 태양 전지, 메모리 소자, 유기 발광 소자(OLED), 광센서, 레이저 소자 등일 수 있다. 또한 용액 공정으로 박막을 제조할 수 있어 대면적 소자 제작에 유리하며 소자의 제작 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 트랜지스터의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 트랜지스터의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 태양 전지의 개략적인 단면도이다.
도 4는 실시예 1에 따라 제조된 유기 반도체 화합물 (7)의 1H-NMR 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 5는 실시예 2에 따라 제조된 유기 반도체 화합물 (7-1)의 1H-NMR 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 6은 실시예 6에 따라 제조한 유기 반도체 화합물 (11)의 용액상태 및 필름상태에서의 UV 흡수 스펙트럼을 보인 도면이다.
도 7은 실시예 6에 따라 제조한 유기 반도체 화합물 (11)의 DSC(Differential Scanning Calorimetry) 분석결과를 보인 도면이다.
도 8은 실시예 6에 따라 제조한 유기 반도체 화합물 (11)을 포함하는 유기 박막 트랜지스터(OTFT)의 전류 전달 특성을 보인 도면이다.
도 2는 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 트랜지스터의 개략적인 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 태양 전지의 개략적인 단면도이다.
도 4는 실시예 1에 따라 제조된 유기 반도체 화합물 (7)의 1H-NMR 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 5는 실시예 2에 따라 제조된 유기 반도체 화합물 (7-1)의 1H-NMR 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 6은 실시예 6에 따라 제조한 유기 반도체 화합물 (11)의 용액상태 및 필름상태에서의 UV 흡수 스펙트럼을 보인 도면이다.
도 7은 실시예 6에 따라 제조한 유기 반도체 화합물 (11)의 DSC(Differential Scanning Calorimetry) 분석결과를 보인 도면이다.
도 8은 실시예 6에 따라 제조한 유기 반도체 화합물 (11)을 포함하는 유기 박막 트랜지스터(OTFT)의 전류 전달 특성을 보인 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
층, 막, 기판 등의 부분이 다른 구성요소 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 구성요소 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 구성요소가 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
본 명세서에서 "이들의 조합"이란 구성물의 혼합물, 적층물, 복합체, 합금 등을 의미한다.
본 명세서에서, "헤테로" 란, 고리(ring) 내에 N, O, S, Se, Si 및 P에서 선택된 헤테로 원자를 1 내지 4개 포함하고 나머지는 탄소인 것을 의미한다. 고리의 전체 멤버는 3 내지 10일 수 있다. 다중 고리가 존재한다면 각각의 고리는 방향족 고리, 포화 또는 부분 포화 고리 또는 다중 고리(융합링, 펜던트링, 스피로사이클릭 링 또는 이들의 조합)일 수 있다. 헤테로사이클로알킬기는 헤테로원자를 포함하는 적어도 하나의 비방향족 고리(non-aromatic ring)일 수 있고, 헤테로아릴기는 헤테로 원자를 포함하는 적어도 하나의 방향족 고리일 수 있다. 적어도 하나의 고리가 헤테로원자를 포함하는 방향족 고리라면 비방향족 및/또는 카르보사이클릭(carbocyclic) 고리가 헤테로아릴기에 존재할 수 있다.
이하에서 별도의 정의가 없는 한, "알킬기"는 직쇄 또는 분지쇄, 포화, 1가 탄화수소기(예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소부틸기, sec-부틸기, tert-부틸기, 펜틸기, iso-아밀기, 헥실기 등)를 의미한다.
"알콕시기"는 산소를 통하여 연결된 알킬기를 의미하며, 예를 들어 메톡시, 에톡시, 및 sec-부틸옥시기를 의미한다.
"아릴기"는 아렌(arene)의 하나 이상의 링에 존재하는 수소 원자의 제거에 의해 형성되는 1가의 작용기를 의미하며, 예를 들어 페닐 또는 나프틸을 들 수 있다. 상기 아렌은 방향족 고리를 가지는 탄화수소기로, 단일환 및 복수환 탄화수소기를 포함하며, 복수환 탄화수소기의 부가적인 고리는 방향족 고리 또는 비방향족 고리일 수 있다.
"아릴옥시기"는 산소를 통하여 연결된 아릴기를 의미하며, 상기 아릴기는위에서 설명된 바와 같다.
"아릴알킬기"는 상기 정의된 바와 같은 아릴기에서 수소원자 중 일부가 C1 내지 C10의 저급 알킬렌, 예를 들어 메틸렌, 에틸렌, 프로필렌 등으로 치환된 것을 의미한다. 예를 들어 벤질기, 페닐에틸렌기 등이 있다.
"사이클로알킬기"는 모든 멤버가 탄소인 하나 이상의 포화 링을 가지는 1가의 작용기(예를 들어 "사이클로펜틸기 및 사이클로헥실기")를 의미한다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "방향족 환"이란 고리 형태인 작용기의 모든 원소가 p-오비탈을 가지고 있으며, 이들 p-오비탈이 공액(conjugation)을 형성하고 있는 작용기를 의미한다. 예를 들어, 방향족 고리는 C6 내지 C20의 아릴기일 수 있다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "헤테로방향족 환"이란 고리(ring) 내에 N, O 및 S에서 선택된 헤테로 원자를 1 내지 4개 포함하고, 고리 형태인 작용기의 모든 원소가 p-오비탈을 가지고 있으며, 이들 p-오비탈이 공액(conjugation)을 형성하고 있는 작용기를 의미한다. 예를 들어 헤테로방향족 환은 C2 내지 C30의 헤테로아릴기, C3 내지 C30의 헤테로사이클로알케닐기 또는 C3 내지 C30의 헤테로사이클로알키닐기일 수 있다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "축합다환기"는 C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C3 내지 C30의 사이클로알케닐기, C2 내지 C30의 헤테로사이클로알킬기, C2 내지 C30의 헤테로아릴기 및 C3 내지 C30의 헤테로사이클로알케닐기로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 고리와 상기 헤테로방향족 환과 서로 연결된 융합링(fused ring)을 의미한다.
본 명세서에서 "치환"이란 작용기나 화합물 중의 수소가 할로겐(-F, -Cl, -Br 또는 -I), C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 예를 들어 C1 내지 C10의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, C2 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알케닐기, 예를 들어 C2 내지 C10의 직쇄 또는 분지쇄 알케닐기, C2 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알키닐기, 예를 들어 C2 내지 C10의 직쇄 또는 분지쇄 알키닐기, C6 내지 C30의 아릴기, 예를 들어 C6 내지 C12의 아릴기, C2 내지 C30의 헤테로아릴기, 예를 들어 C2 내지 C12의 헤테로아릴기, C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C1 내지 C20의 플루오로알킬기, C1 내지 C20의 퍼플루오로알킬기(CnF2n +1, n은 1 내지 20의 정수), C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, C3 내지 C30의 사이클로알킬옥시기, C2 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시알킬기, C4 내지 C30의 사이클로알킬옥시알킬기, 시아노기, 아미노기(-NRR', 여기에서 R과 R'은 각각 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C10의 알킬기임), 아미디노기(-C(=NH)NH2), 니트로기(-NO2), 아마이드기(-C(=O)N(H)R, 여기에서 R은 수소 또는 C1 내지 C10의 알킬기임), 알데히드기(-C(=O)H), 히드록시기(-OH), 술포닐기(-S(=O)2R, 여기에서 R은 각각 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C10의 알킬기임) 및 카바메이트기(-NH2COOR, 여기에서 R은 C1 내지 C10의 알킬기임)에서 선택되는 작용기로 치환되는 것을 의미한다.
본 발명의 일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1로 표현되는 유기 반도체 화합물을 포함하는 유기 전자 소자를 제공한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 S, Se 또는 NRa(여기에서, Ra는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30의 아릴알킬기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기에서 선택됨)이고,
R1 내지 R4는 각각 독립적으로 할로겐(-F, -Cl, -Br 또는 -I), 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 예를 들어 플루오로(-F)로 치환된 알킬기(fluorinated alkyl group), 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30의 아릴알킬기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기, -CORb(여기서 Rb는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄 C1 내지 C30의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30의 아릴알킬기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기에서 선택됨) 및 -C(=O)ORc(여기서 Rc는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30의 아릴알킬기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기에서 선택됨)에서 선택되고,
R5 및 R6는 각각 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C10의 알킬기이고,
p와 q는 각각 1 또는 2의 정수이다.
상기 p와 q가 2일 경우 복수의 R3 및 R4는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
상기 화학식 1의 유기 반도체 화합물은 벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜(benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene) 구조를 중심으로 양쪽에 N-함유 고리의 방향족 링 구조의 작용기(티아졸릴기(thiazolyl group), 옥사졸릴기(oxazolyl group), 셀레나졸릴기(selenazolyl group) 또는 이미다졸릴기(imidazolyl group)를 대칭적으로 결합한 구조를 가질 수 있다. 이러한 구조를 가지는 유기 반도체 화합물은 공평면성(coplanarity)이 우수하여 분자간 스태킹(stacking)이 강하고, 치밀한 필름을 제공할 수 있다. 이로써 분자내/분자간 전하 이동도(mobility)를 향상시킬 수 있고 에너지 준위를 조절함으로써 차단전류를 낮출 수 있다.
또한 상기 화학식 1에서 R1과 R2중 적어도 하나에 C8 내지 C30의 긴 지방족 불포화 탄화수소 사슬기(예를 들어 치환 또는 비치환된 C8 내지 C30의 알킬기)를 도입함으로써 상기 유기 반도체 화합물의 유기 용매에 대한 용해성을 향상시킬 수 있다. 이러한 용해성 향상으로 상온(약 23℃ 내지 약 25℃) 용액 공정에 의해서도 간단하게 코팅할 수 있을 뿐 아니라, 얇은 대면적의 박막을 형성하기에도 좋아 공정성 및 작업성 면에서 효과적이다. 상기 불포화 탄화수소 사슬기 대신 불포화 탄화수소 사슬기가 존재하게 되면 용매에 대한 용해성이 낮아 필름 형성이 쉽지 않고 빛에 대한 안정성도 저하될 수 있다.
상기 화학식 1에서 R3 및 R4는 각각 독립적으로 티아졸릴기(thiazolyl group), 옥사졸릴기(oxazolyl group), 셀레나졸릴기(selenazolyl group) 또는 이미다졸릴기(imidazolyl group)일 수 있다. 여기에서 이들의 조합이란 상기 티아졸릴기, 옥사졸릴기, 셀레나졸릴기 및 이미다졸릴기에서 선택된 적어도 2개의 작용기가 단일결합으로 연결된 것을 의미한다. 이 경우 공액 구조의 확장으로 밴드갭 에너지를 낮출 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에 따르면, 상기 화학식 1의 유기 반도체 화합물을 중합하여 얻어지는 하기 화학식 2로 표현되는 구조단위를 포함하는 유기 반도체 화합물을 포함하는 유기 전자 소자를 제공한다.
[화학식 2]
상기 화학식 2에서
X1, X2 및 R1 내지 R5는 화학식 1에서와 동일하고
-D-는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20의 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C20의 방향족 환, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C14의 헤테로방향족 환(heteroaromatic ring) 또는 헤테로방향족 환을 포함하는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 축합다환기이고,
a 및 b는 각 구조단위의 몰비를 나타내는 것으로, a 및 b의 합계 100몰%에 대하여 a는 약 1 내지 약 100몰%의 범위에 있고 b는 약 0 몰% 내지 약 99몰%의 범위에 있다.
일 구현예에서, 상기 a는 약 1 내지 약 90몰%의 범위에 있고 b는 약 10 몰% 내지 약 99몰%의 범위에 있을 수 있다. 다른 구현예어서 a는 약 1 내지 약 80 몰%의 범위에 있고 b는 약 20 내지 약 99몰%의 범위에 있을 수 있다.
상기 -D- 구조단위는 하기 화학식 3으로 표현되는 구조단위중 어느 하나일 수 있다.
[화학식 3]
상기 화학식 3에서,
R20 내지 R23은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30의 아릴알킬기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기에서 선택되고,
Q1 및 Q2는 각각 S, CR24R25, NR26 또는 SiR27R28이고, R24 내지 R28은 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C15의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C15의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C15의 헤테로아릴기 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고,
상기 화학식 3의 방향족 환 구조 또는 헤테로 방향족 환 구조에 위치하는 -CH- 또는 -CH2-의 수소는 선택적으로 플루오로기, C1 내지 C10의 플루오로알킬기, C1 내지 C20의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, C3 내지 C20의 사이클로알킬기, C1 내지 C20의 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기에서 선택되는 치환기로 치환될 수 있다.
상기 화학식 2로 표현되는 유기 반도체 화합물은 화학식 1의 유기 반도체 화합물에서 유도된 제1 구조단위와 -D-로 표현되는 제2 구조단위를 포함한다. 상기 제1 구조단위와 제2 구조단위는 교대로 배열되거나, 랜덤하게 배열될 수도 있다.
상기 제2 구조단위는 치환 또는 비치환된 티오펜 구조단위를 포함하는 하기 화학식 4로 표현되는 구조단위일 수 있다.
[화학식 4]
상기 화학식 4에서,
R30은 수소, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C20의 방향족 환, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30의 아릴알킬기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기에서 선택되고,
k는 1 또는 2의 정수이고,
-Ar-은 치환 또는 비치환된 C4 내지 C20의 방향족 환, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C14의 헤테로방향족 환(heteroaromatic ring) 또는 헤테로방향족 환을 포함하는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 축합다환기이고,
c 및 d는 각 구조단위의 몰비를 나타내는 것으로 c 와 d의 합계 100몰%에 대하여 c는 약 1 내지 약 99 몰%의 범위에 있고 d는 약 1 내지 약 99몰%의 범위에 있다. 일 구현예어서 c는 약 1 내지 약 80 몰%의 범위에 있고 d는 약 20 내지 약 99몰%의 범위에 있을 수 있다. 상기 화학식 4의 -Ar-은 상기 화학식 3으로 표현되는 구조단위중 어느 하나일 수 있다.
상기 화학식 4에서, 치환 또는 비치환된 티오펜 구조단위와 -Ar- 구조단위는 교대로 배열되거나, 랜덤하게 배열될 수도 있다.
상기 화학식 1 또는 화학식 2의 유기 반도체 화합물은 하기 화학식 5 내지 8중 어느 하나로 표현되는 말단 작용기를 포함할 수 있다.
[화학식 5]
상기 화학식 5에서,
R은 플루오로기 또는 C1 내지 C20의 퍼플루오로알킬기이고 a는 1 내지 5의 정수이다.
[화학식 6]
상기 화학식 6에서,
R은 플루오로기 또는 C1 내지 C20의 퍼플루오로알킬기이고 a는 1 내지 6의 정수이다.
[화학식 7]
상기 화학식 7에서,
R은 플루오로기 또는 C1 내지 C20의 퍼플루오로알킬기이고 a는 1 내지 3의 정수이다.
[화학식 8]
상기 화학식 8에서,
R은 플루오로기 또는 C1 내지 C20의 퍼플루오로알킬기이고 a는 1 내지 3의 정수이다.
상기 화학식 1로 표현되는 유기 반도체 화합물의 구체적인 예는 하기 화학식 9로 표현되는 유기 반도체 화합물일 수 있다.
[화학식 9]
상기 화학식 9에서,
R1 내지 R4는 화학식 1에서와 동일하며,
Ra1 내지 Ra2는 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30의 아릴알킬기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기에서 선택되고,
p와 q는 각각 1 또는 2의 정수이다.
p와 q가 2일 경우 복수의 R3 및 R4는 각각 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
보다 구체적으로 상기 화학식 1로 표현되는 유기 반도체 화합물의 구체적인 예로는 하기 화학식 9A로 표현되는 유기 반도체 화합물일 수 있다.
[화학식 9A]
상기 화학식 2로 표현되는 유기 반도체 화합물의 구체적인 예는 하기 화학식 10으로 표현되는 구조단위를 포함하는 유기 반도체 화합물일 수 있다.
[화학식 10]
상기 화학식 10에서,
R1 내지 R4는 화학식 1에서와 동일하며,
R101 및 R102는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C20의 방향족 환, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20의 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30의 아릴기, 치환 또는 비치환된 C7 내지 C30의 아릴알킬기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30의 헤테로아릴기에서 선택되고,
r 및 s는 각각 1 또는 2의 정수이고,
a 및 b는 각 구조단위의 몰비를 나타내는 것으로, a 및 b의 합계 100몰%에 대하여 a는 약 1 내지 약 100몰%의 범위에 있고 b는 약 0 몰% 내지 약 99몰%의 범위에 있다.
r 및 s가 2일 경우 복수의 R101 및 R102는 각각 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
보다 구체적으로 상기 화학식 2로 표현되는 유기 반도체 화합물의 구체적인 예로는 하기 화학식 10A으로 표현되는 유기 반도체 화합물일 수 있다.
[화학식 10A]
상기 화학식 10A에서, n은 고분자의 중합도(degree of polymerization)를 의미하는 것으로 구체적으로는 5 내지 100의 범위에 있다.
상기 화학식 2로 표현되는 유기 반도체 화합물은 약 5,000 내지 약 100,000 의 수평균분자량(Mn)을 가지는 유기 반도체 올리고머이거나 고분자일 수 있다. 상기 유기 반도체 화합물의 수평균분자량이 상기 범위에 있는 경우 유기 용매에 대한 용해성을 우수하게 조절할 수 있고 우수한 특성을 가지는 박막을 제공할 수 있다.
상기 화학식 1의 유기 반도체 화합물은 하기 반응식 1에서와 같이 세 개의 모노머 (1), 모노머 (2) 그리고 모노머 (3)을 반응시켜 얻을 수 있다.
[반응식 1]
상기 반응식 1에서,
X1, X2, R1 내지 R5, p 및 q는 화학식 1에서와 동일하고
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 Sn(CH3)3, -Sn(C4H9)3 또는 -B(OR)2(여기에서 R은 수소 또는 C1 내지 C10의 알킬기임)이고,
Z 1 및 Z2는 각각 독립적으로 Sn(CH3)3, -Sn(C4H9)3 또는 -B(OR)2(여기에서 R은 수소 또는 C1 내지 C10의 알킬기임), -Br 또는 -I이다.
상기 화학식 2로 표현되는 구조단위를 포함하는 유기 반도체 화합물은 하기 반응식 2에서와 같이 Stille et al (Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 1986, Vol. 25, pp. 508-524), Suzuki et al (J. Am. Chem. Soc. 1989, Vol. 111, pp. 314-321), McCullough et al (US 6,166,172, 1999) 또는 Yamamoto et al. (Macromolecules 1992, Vol. 25, pp. 1214-1226)에 기재된 방법에 따라 합성될 수 있다.
[반응식 2]
상기 반응식 2에서,
X1, X2 및 R1 내지 R5 는 화학식 1에서와 동일하고,
-D-, a 및 b는 화학식 2에서와 동일하고
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 -Sn(CH3)3, -Sn(C4H9)3 또는 -B(OR)2(여기에서 R은 수소 또는 C1 내지 C10의 알킬기임)이고,
Z 1 및 Z2는 각각 독립적으로 -Sn(CH3)3, -Sn(C4H9)3 또는 -B(OR)2(여기에서 R은 수소 또는 C1 내지 C10의 알킬기임), -Br 또는 -I이고,
n은 중합도를 나타낸다.
상기 화학식 1의 유기 반도체 화합물과 상기 화학식 2의 유기 반도체 화합물은 유기 박막 형태로 제조되어 유기 전자 소자의 유기 반도체층, 채널층과 같은 캐리어 수송층으로 사용가능하며, 이를 포함하는 유기 전자 소자는 우수한 공정성 및 작업성과 함께 높은 전하이동도의 우수한 전기적 특성을 나타낼 수 있다.
이때, 상기 화학식 1의 유기 반도체 화합물 또는 상기 화학식 2의 유기 반도체 화합물을 유기 용매에 용해시켜 기판 상에 통상의 방법으로 증착하거나 또는 통상의 상온(약 23℃ 내지 약 25℃) 용액 공정에 의해 코팅함으로써 유기 박막으로 제조될 수 있다. 필요에 따라 상기 증착 또는 코팅 후 열처리하는 과정을 수행함으로써 박막의 치밀성 및 균일성을 보다 높일 수 있다.
구체적으로 상기 유기 용매로는 통상의 유기용매를 1종 이상 사용할 수 있는데, 예를 들면 헥산, 헵탄 등의 지방족 탄화수소 용매; 톨루엔, 피리딘, 퀴놀린, 아니솔, 메시틸렌(mesitylene), 자일렌 등의 방향족 탄화수소 용매; 메틸 이소부틸 케톤, 1-메틸-2-피롤리디논, 시클로헥산온, 아세톤 등의 케톤계 용매; 테트라하이드로퓨란, 이소프로필 에테르 등의 에테르계 용매; 에틸 아세테이트, 부틸 아세테이트, 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트 등의 아세테이트계 용매; 이소프로필 알코올, 부틸 알코올 등의 알코올계 용매; 디메틸아세트아미드, 디메틸포름아마이드 등의 아미드계 용매; 실리콘(silicone)계 용매; 및 상기 용매들의 혼합물에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다. 상기 유기 용매 중에 용해되는 유기 반도체 화합물의 함량은 당업자가 적절히 선택하여 결정할 수 있으나, 바람직하게는 용해성 및 코팅성 면에서 전체 용액 중 약 0.01 내지 50 중량%의 범위일 수 있다.
또한 상기 유기 박막의 형성방법으로는 열증착, 진공증착, 레이저 증착, 스크린 인쇄, 프린팅, 임프린팅(imprinting), 스핀 캐스팅, 딥핑, 잉크젯팅, 롤코팅, 흐름코팅(flow coating), 드롭캐스팅, 스프레이 코팅, 롤 프린팅 등을 이용할 수 있으나, 반드시 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 열처리 과정은 약 80℃ 내지 약 250℃에서 약 1분 내지 약 2시간 동안 수행 될 수 있으나, 역시 이에 특별히 제한되는 것은 아니다.
상기 유기 박막의 두께는 당업자가 사용된 화합물의 종류 및 용매의 종류 등을 고려하여 용도 및 경우에 따라 적절히 조절할 수 있으나, 바람직하게는 약 200 Å 내지 약 10,000Å 범위일 수 있다.
상기 유기 전자 소자는 트랜지스터, 태양 전지, 메모리 소자, 유기 발광 소자(OLED), 광센서 및 레이저 소자에서 선택될 수 있다.
도 1과 도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 트랜지스터의 개략 단면도이다. 상기 본 발명의 일 구현예에 따른 트랜지스터는 박막트랜지스터 일 수 있다. 박막 트랜지스터일 경우 박막의 두께는 수 ㎚ 내지 수 ㎛일 수 있다.
도 1을 참조하면, 트랜지스터(10)는 기판(12) 위에 게이트 전극(14)이 형성되고, 상기 게이트 전극(14)을 덮는 절연층(16)이 형성되어 있다. 상기 절연층(16)에 채널 영역을 정의하는 소스 전극(17a) 및 드레인 전극(17b)이 형성되어 있고, 채널 영역에 활성층(18)이 형성되며, 이 활성층(18)은 유기 반도체 화합물을 포함한다.
도 2를 참조하면 트랜지스터는(20)는 기판(22) 위에 채널 영역을 정의하는 소스 전극(27a) 및 드레인 전극(27b)이 형성되어 있고, 채널 영역에 활성층(28)이 형성되며, 이 활성층(28)은 유기 반도체 화합물을 포함한다. 상기 소스 전극(27a), 드레인 전극(27b) 및 활성층(28)을 덮으면서 절연층(26)이 형성되고 이 위에 게이트 전극(24)가 형성되어 있다.
상기 기판(12, 22)은 무기물, 유기물 또는 무기물과 유기물의 복합체를 포함하는 것일 수 있다. 상기 유기물로는 예컨대 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylenenaphtnalate, PEN), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate; PET), 폴리카보네이트, 폴리비닐알코올, 폴리아크릴레이트, 폴리이미드, 폴리노르보넨(polynorbornene), 폴리에테르설폰(polyethersulfone, PES) 등의 플라스틱을 들 수 있으며, 상기 무기물로는 예컨대 유리 또는 금속을 들 수 있다.
또한 상기 게이트 전극(14, 24), 소스 전극(17a, 27a) 및 드레인 전극(17b, 27b)으로서는 통상적으로 사용되는 금속이 사용될 수 있으며, 구체적으로는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 니켈(Ni) 인듐틴산화물(ITO) 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 절연층(16, 26)으로는 통상적으로 사용되는 유전율이 큰 절연체를 사용할 수 있으며, 구체적으로는 BaO . 33SrO.66TiO3(BST, Barium Strontium Titanate), Al2O3, Ta2O5, La2O5, Y2O3, TiO2와 강유전성의 절연체 계열과 PbZrO . 33TiO.66O3(PZT), Bi4Ti3O12, BaMgF4, SrBi2(TaNb)2O9, Ba(ZrTi)O3(BZT), BaTiO3, SrTiO3, SiO2, SiNx, AlON 등의 무기절연체와 폴리이미드(polyimide), BCB(benzocyclobutane), 파릴렌(parylene), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리비닐페놀(polyvinylphenol) 등의 유기 절연체를 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 이상에서 언급되지 않았으나 미국특허 제5,946,551호에 설명된 무기 절연체와 미국특허 제6,232,157호에 설명된 유기 절연체 등도 절연층(16, 26)으로 사용이 가능하다.
상기 유기 반도체 화합물은 태양전지, 메모리 소자, 유기 발광 소자(OLED), 광센서, 레이저 소자 등에 적용될 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 유기 태양 전지를 도 3을 참조하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 유기 태양 전지의 개략적인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 유기 태양 전지(30)은 기판(31) 위에 애노드(anode)(32)가 위치한다.
상기 기판(31)은 외부광의 입사가 가능하도록 투명성을 갖는 물질이라면 특별히 한정됨 없이 사용할 수 있다. 이에 따라 상기 기판(31)은 유리 또는 플라스틱으로 이루어질 수 있다. 상기 플라스틱의 구체적인 예로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리이미드(polyimide, PI), 트리아세틸 셀룰로오스(triacetyl cellulose, TAC) 또는 이들의 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 애노드(32)는 정공의 주입이 가능하도록 높은 일 함수(work function)를 갖는 물질로 이루어지는 것이 바람직한데, 인듐주석 산화물(ITO), 플루오르틴산화물(fluorine tin oxide, FTO), 인듐 산화물 등의 투명산화물이 사용될 수 있다.
상기 애노드(32) 위에는 정공 수송층(33)이 위치할 수 있다. 상기 정공 수송층(33)은 폴리(스티렌설포네이트)(PSS)로 도핑된 폴리(3,4-에틸렌디옥시-티오펜)(PEDOT)(PEDOT:PSS), 폴리(스티렌술폰산)으로 도핑된 폴리아닐린(PAni:PSS), 폴리피롤, 폴리(p-페닐렌비닐렌), MEH-PPV(poly[2-methoxy-5-(2'-ethyl-hexyloxy)-1,4-phenylene vinylene), MDMO-PPV(poly(2-methoxy-5-(3,7-dimethyloctyloxy)-1,4-phenylene-vinylene), 폴리(3-알킬티오펜), 폴리티오펜 등의 전도성 폴리머; 펜타센; CuPc; 또는 트리페닐디아민 유도체(TPD)를 포함할 수 있다.
상기 정공 수송층(33) 위에는 광활성층(34)이 위치할 수 있다. 상기 광활성층은 전자 공여체(electron donor, p형 반도체) 물질 및 전자 수용체(electron accepter, n형 반도체) 물질을 포함한다. 상기 전자 공여체로는 상기 설명된 유기 반도체 화합물이 사용될 수 있으며, 전자 수용체로는 전자 친화도가 큰 플러렌(C60, C70, C74, C76, C78, C82, C84, C720, C860); 1-(3-메톡시-카르보닐)프로필-1-페닐(6,6)C61(1-(3-methoxy-carbonyl)propyl-1-phenyl(6,6)C61: PCBM)와 같은 플러렌 유도체들; 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것을 사용할 수 있다.
상기 유기 반도체 화합물과 전자 수용체는 광활성층(34)에 혼합되어 존재할 수도 있고 별도의 박막으로 형성되어 이층막(bilayer) 구조의 광활성층(34)을 제공할 수도 있다. 상기 유기 반도체 화합물과 탄소계 물질은 약 1:0.5 내지 약 1:4의 중량비로 혼합될 수 있다. 상기 혼합 범위에서 유기 태양 전지의 효율을 향상시킬 수 있다. 상기 광활성층(34)은 유기 반도체 화합물과 전자 수용체의 혼합물을 일반적인 코팅 방법, 예를 들어 스프레이, 스핀 코팅, 딥핑, 프린팅, 닥터 블레이딩, 스퍼터링 등의 방법을 이용하여 형성될 수 있으며, 그 두께는 5nm 내지 2000 nm가 바람직하다.
상기 광활성층(34) 위에는 캐소드(35)가 위치한다. 상기 캐소드(35)로는 리튬(Li), 나트륨(Na) 등의 알칼리 금속; 베릴륨(Be), 마그네슘(Mg) 등의 알칼리 토금속; 알루미늄(Al); 은(Ag), 금(Au), 코발트(Co), 이리듐(Ir), 니켈(Ni), 오스뮴(Os), 팔라듐(Pd), 백금(Pt) 등의 전이금속; 희토류 원소; 셀렌(Se) 등의 반금속; 나트륨-칼륨 합금, 마그네슘-인듐 합금, 알루미늄-리튬 합금 등의 금속 합금; LiF/Al 등이 사용될 수 있다. 도면에 도시되지는 않았지만 상기 광활성층(34)과 캐소드(35) 사이에는 전자 수송층이 더 위치할 수 있다.
상기 광활성층(34)에 흡수된 빛에 의해 여기된 전자-정공 쌍이 확산을 통해 전자 수용체와 전자 공여체의 계면에 도달하면 그 계면을 이루는 두 물질의 전자 친화도 차이에 의하여 전자와 정공으로 분리되고, 전자는 전자 수용체를 통해 캐소드(35)로 이동하고 정공은 전자 공여체를 통해 애노드(32)로 이동하여 광 전류(photocurrent)를 발생시킨다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
실시예 1: 유기 반도체 화합물 (7)(모노머)의 합성
[반응식 3]
합성예 1A: 화합물 (2)(4,8-bis(2-ethylhexyloxy)benzo[1,2-b:4,5-b’]dithiophene)의 합성
화합물 (1) (2.2 g, 10 mmol), Zn 분말 (1,5 g, 22 mmol), 그리고 물 50ml 혼합물에 NaOH (6 g)을 넣어준다. 얻어진 혼합물을 1 시간 동안 100 ℃에서 교반한 후, 1-브로모-2-에틸헥산 (30 mmol)과 촉매량(모노머 100몰 대비 1몰)의 테트라부틸암모늄 브로마이드(tetrabutylammonium bromide)를 첨가한 후, 6시간 더 반응을 시킨다. 얻어진 반응 혼합물을 차가운 물에 넣고, 디에틸에테르로 2회 추출(exraction)하고 얻어진 유기층을 MgSO4를 이용하여 건조한 후, 에탄올에서 재결정하여 무색 결정의 화합물 (2)를 얻는다. 화합물 (2)의 1H NMR 결과는 다음과 같다.
1H NMR (CDCl3, 300 MHz), δ/ppm : 7.45 (d, 2H), 7.43 (2H, d), 3.92 (4H, m), 1.53 (2H, m),1.27 (16H, m), 0.88 (12H, m).
합성예 1B: 화합물 (3)(2,6-dibromo-4,8-di(2-ethylhexyloxy)benzo[1,2-b:4,5-b’]dithiophene)의 합성
화합물 (2) (5.58 g, 10 mmol)를 100 mL의 메틸렌 클로라이드에 녹인 후, 얼음 물에 넣어 둔다. 여기에 브롬(3.2 g, 20 mmol)이 녹아있는 60 mL의 메틸렌 클로라이드 용액을 서서히 적가한다. 반응 혼합물을 공기 중에서 브롬색깔이 없어질 때까지 5시간 반응한 후, 헥산에서 재결정하여 흰색 고체의 화합물 (3) (5.5 g)을 얻는다.
상기 화합물 (3)의 1H NMR 결과는 다음과 같다.
1H NMR (CDCl3, 300 MHz), δ/ppm : 7.48 (2H, s), 3.92 (4H, m), 1.55 (2H, m),1.27 (12H, m), 0.89 (12H, m).
합성예 1C: 화합물 (4)(2,6-bis(trimethyltin)-4,8-di(2-ethylhexyloxy)benzo[1,2-b:4,5- b']dithiophene)의 합성
100 mL의 테트라하이드로퓨란(THF)에 화합물 (3) (4.3 g, 6 mmol)을 질소분위기하에서 녹인 후, -70 ℃까지 낮춘다. n-부틸리튬(13.2 mmol)을 천천히 넣고, -70 ℃에서 한 시간 정도 반응시킨다. 여기에 트리메틸틴클로라이드(14 mmol)를 첨가한 후, 온도를 서서히 올려준다. 실온(25℃)에서 2 시간 정도 반응한 후, 차가운 물에 넣어 반응을 멈추고, 에테르로 2회 추출하여 얻은 유기층을 물로 씻는다. 에테르를 진공에서 제거한 후, 에탄올에서 재결정하여 화합물 (4)를 무색 바늘모양의 결정으로 얻는다(수율 40 %).
상기 화합물 (4)의 1H NMR 결과는 다음과 같다.
1H NMR (CDCl3, 300 MHz), δ/ppm : 7.50 (2H, s), 4.19 (4H,m),1.54 (4H, m), 1.53 (18H, m),1.10 (12H, m).
합성예 1D: 화합물 (6)(2-trimetyltin-4-tetradecylthiazole)의 합성
[반응식 4]
100 mL의 테트라하이드로퓨란(THF)에 화합물 (5)(2-브로모-4-테트라데실티아졸)(12 g, 34.1 mmol )을 질소분위기하에서 녹인 후, -75 ℃까지 낮춘다. n-부틸리튬(24 mL, 38.8 mmol)를 천천히 넣고, -75 ℃에서 한 시간 정도 반응시킨다. 여기에 트리메틸틴클로라이드(Me3SnCl)(9.0 g, 45 mmol)를 첨가한 후, 온도를 서서히 올려준다. 실온(25℃)에서 2 시간 정도 반응한 후, 차가운 물에 넣어 반응을 멈추고, 에테르로 2회 추출하여 얻은 유기층을 물로 씻는다. 얻어진 에테르를 진공에서 제거한 후, 에탄올에서 재결정하여 화합물 (6)(2-트리메틸틴-4-테트라데실티아졸(2-trimetyltin-4-tetradecylthiazole)을 무색 바늘모양의 결정으로 얻는다(6.0 g, 13.6 mmol, 수율 40 %).
상기 화합물 (6)의 1H NMR 결과는 다음과 같다.
1H NMR (CDCl3, 300 MHz), δ/ppm : 7.03 (1H, s), 2.87 (2H,t),2.52 (2H, m), 1.23 (22H, m), 0.82 (3H, m), 0.43 (9H, m)
합성예 1E: 화합물 (7)의 합성
[반응식 5]
질소 분위기의 반응기에 상기 반응식 3에서 얻은 화합물 (4)(0.33 g, 0.43 mmol)와 상기 반응식 4에서 얻은 화합물 (5) (0.39 g, 1.08 mmol)을 넣어, 약하게 가열하면서 무수 디메틸포름아미드(DMF)에 완전히 용해시킨 후에 중합촉매로서 팔라디움(0) 화합물인 테트라키스트리페닐포스핀 팔라디움(0) (tetrakis(triphenylphosphine) palladium(0), Pd(PPh3)4) (50 mg, 10 mol%)을 넣은 후에, 85℃에서 24시간 반응시킨다. 반응 후에 실온까지 식은 반응 혼합물을 물에 넣어 반응을 멈추고 클로로포름으로 2회 추출한 후, 클로로포름 층을 MgSO4로 제거하여 농축하여 컬럼 정제(클로로포름/헥산 = 1/4의 부피비)로 화합물 (7) (0.33 g, 0.25 mmol, 수율 60 %)을 얻는다.
얻어진 화합물 (7)의 1H NMR 결과는 다음과 같다(도 4).
1H NMR (CDCl3, 300 MHz), δ/ppm : 7.82 (2H, s), 6.90 (2H, s), 4.23(4H, d), 1.84-1.51(12H, m), 1.45-1.25 (52H, broad), 1.05-0.87 (18H, m)
합성예 1F: 화합물 (7)의 합성
하기 반응식 6에서와 같이 상기 반응식 3에서 얻은 화합물 (3)과 상기 반응식 4에서 얻은 화합물 (6)을 반응시켜 유기 반도체 화합물 (7)을 얻는다.
1H NMR (CDCl3, 300 MHz), δ/ppm : 7.82 (2H, s), 6.90 (2H, s), 4.23(4H, d), 1.84-1.51(12H, m), 1.45-1.25 (52H, broad), 1.05-0.87 (18H, m).
[반응식 6]
실시예 2: 유기 반도체 화합물 (7-1)(모노머)의 합성
상기 실시예 1에서 얻어진 화합물 (7)을 클로로포름 용매 내에서 NBS(N-브로모석신이미드)와 반응시켜 화합물 (7-1)을 얻는다(수율 = 76%). 얻어진 화합물 (7-1)의 1H NMR 결과는 다음과 같다(도 2).
1H NMR (CDCl3, 300 MHz), δ/ppm : 7.74 (2H, s), 4.22(4H, d), 1.84-1.52(12H, m), 1.06-1.25 (52H, broad), 1.05-0.85 (18H, m)
[반응식 7]
실시예 3: 유기 반도체 화합물 (8)(모노머)의 합성
[반응식 8]
질소 분위기의 반응기에 2,6-비스(트리메틸틴)-4,8-디(2-옥틸)벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜(2,6-bis(trimethyltin)-4,8-di(2-octyl)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene)(1.08 g, 1.5 mmol)와 2-브로모-4-옥틸티아졸(2-bromo-4-octylthiazole) (1.0 g, 3.6 mmol)를 약하게 가열하면서 무수 디메틸포름아미드(DMF)에 완전히 용해시킨 후에 중합촉매로서 팔라디움(0) 화합물인 테트라키스트리페닐포스핀 팔라디움(0) (tetrakis(triphenylphosphine) palladium(0), Pd(PPh3)4) (0.17 g, 1.5 mmol)을 넣은 후에, 90℃에서 48 시간 반응시킨다. 반응 후에 실온(25℃)까지 식은 반응 혼합물을 물에 넣어 반응을 멈추고 클로로포름으로 2회 추출한 후, 클로로포름층을 MgSO4로 제거하여 농축하여 컬럼 정제(클로로포름/헥산 = 1/4의 부피비)로 화합물 (8)를 얻는다(0.69 g, 0.84 mmol, 수율 56 %).
1H NMR (CDCl3, 300 MHz), δ/ppm : 7.82 (2H, s), 6.89 (2H, s), 3.20 (4H, t), 2.87 (4H,t), 1.84-1.51(16H, m), 1.45-1.25 (32H, broad), 1.05-0.87 (12H, m).
실시예 4 : 유기 반도체 화합물 (9)(모노머)의 합성
[반응식 9]
질소 분위기의 반응기에 2,6-비스(트리메틸틴)-4,8-디(2-데실옥시)벤조[1,2-b:4,5-b']디티오펜[1,2-b:4,5-b']디티오펜(2,6-bis(trimethyltin)-4,8-di(2-decylloxy)benzo[1,2-b:4,5-b']dithiophene)(1.77 g, 2.0 mmol)과 2-트리메틸틴-4-테트라데실티아졸(2-trimetyltin-4-tetradecylthiazole)(0.9 g, 2.5 mmol)을 약하게 가열하면서 무수 디메틸포름아미드(DMF)에 완전히 용해시킨 후에 중합촉매로서 팔라디움(0) 화합물인 테트라키스트리페닐포스핀 팔라디움(0) (tetrakis(triphenylphosphine) palladium(0), Pd(PPh3)4) (0.23 g, 0.2 mmol)을 넣은 후에, 95 ℃에서 48 시간 반응시킨다. 반응 후에 실온(25℃)까지 식은 반응 혼합물을 물에 넣어 반응을 멈추고 클로로포름으로 2회 추출하여 얻은 클로로포름층을 MgSO4로 건조한 후, 농축하여 컬럼 정제(클로로포름/헥산 = 1/4의 부피비)로 화합물 (9)을 얻는다(1.1 g, 1.03 mmol, 수율 52 %).
1H NMR (CDCl3, 300 MHz), δ/ppm : 7.82 (2H, s), 6.90 (2H, s), 4.23(4H, t), 1.54(16H, m), 1.45-1.25 (76H, broad), 0.89 (12H, m).
실시예 5: 유기 반도체 화합물(10)(고분자)의 합성
[반응식 10]
상기 반응식 10에서, n은 중합도를 의미하며 분자량에 따라 결정된다.
상기 실시예 3의 화합물 (8)을 실시예 2와 동일한 방법으로 클로로포름 용매 내에서 NBS(N-브로모석신이미드)와 반응시켜 화합물 (8-1)을 얻는다. 질소 분위기의 반응기에 니켈(0) 화합물(Ni(cod)2)(0.5 g, 1.9 mmol), 비피리딘(bpy, 0.3 g, 1.9 mmol) 및 사이클로옥타디엔(0.22 g)을 무수 DMF(10 mL)에 넣고 60℃에서 30분 정도 교반한 후, 화합물 (8-1)(1.6 g, 1.3 mmol)을 넣은 후에 약 80℃에서, 48시간 정도 교반한다. 반응 후, 실온(25℃)까지 식힌 반응용액을 암모니아수/메탄올(1/2 부피비) 혼합액 약 1.2L에 넣고 12시간 정도 교반하여 종료한 후, 감압하여 여과한다. 얻어진 반응물을 클로로포름에 녹인 후 염산 수용액, 암모니아수 및 물로 각각 12시간씩 세척하여 얻은 클로로포름 용액을 농축하여 메탄올에서 재침전하고, 24시간 정도 건조함으로써 유기 반도체 화합물 (10)을 얻는다(수율 = 75%, 수평균분자량 = 약 15,000(GPC(gel permeation chromatography)로 측정함).
상기 유기 반도체 화합물 (10)의 1H NMR 결과는 다음과 같다.
1H NMR (CDCl3, 300 MHz), δ/ppm : 7.08, 4.24, 2.95, 1.85-1.6, 1.59-1.2, 1.19-0.85.
실시예 6: 유기 반도체 화합물 (11)(고분자)의 합성
[반응식 11]
상기 반응식 11에서, n은 중합도를 의미하며 분자량에 따라 결정된다.
질소 분위기의 반응기에 실시예 2에 따른 화합물 (7-1)(0.5g, 0.38 mmol)과 비스(트리메틸스텐닐)비티오펜(0.19 g, 0.38 mmol)을 넣어, 약하게 가열하면서 무수 DMF에 완전히 용해시킨 후에 중합촉매로서 팔라디움(0) 화합물인 테트라키스트리페닐포스핀 팔라디움(0) (tetrakis(triphenylphosphine) palladium(0), Pd(PPh3)4) (44 mg, 10 mol%)을 넣은 후에, 85℃에서 5시간 반응시킨다. 여기에, 화합물 (7-1)에 대하여 과량(1.4 g, 3.8 mmol)의 2-트리부틸스텐닐티오펜(2-tributylthiophene)을 추가한 후, 24시간 반응시킨다. 반응 후에 실온(25℃)까지 식은 반응 혼합액을 여과해서 수득한 고분자 고체를 염산수용액/클로로포름으로 2회, 암모니아수용액/클로로포름으로 2회, 그리고 물/클로로포름으로 2회 순으로 세척한 후, 메탄올, 아세톤, 메틸렌클로라이드 및 클로로포름을 이용한 속실렛 추출법(Soxhlet extraction)으로 고분자를 회수한다. 건조하여 유기 반도체 화합물 (11)을 얻는다(수율 = 46%, 수평균분자량= 약 20,000, GPC(gel permeation chromatography)로 측정함).
상기 유기 반도체 화합물 (11)의 1H NMR 결과는 다음과 같다.
1H NMR (CDCl3, 300 MHz), δ/ppm : 7.08, 6.60, 4.24, 2.95, 1.85-1.6, 1.59-1.2, 1.19-0.85,
실시예 7: 유기 반도체 화합물 (12)(고분자)의 합성
[반응식 12]
상기 반응식 12에서, n은 중합도를 의미하며 분자량에 따라 결정된다.
상기 실시예 4의 화합물 (9)를 실시예 2와 동일한 방법으로 클로로포름 용매 내에서 NBS(N-브로모석신이미드)와 반응시켜 화합물 (9-1)을 얻는다. 질소 분위기의 반응기에 화합물 (9-1)(0.4 g, 0.32 mmol)과 2,6-비스(보론산 피나콜 에스테르)티에노[3,2-b]티오펜 (2,6-bis(boronic acid pinacol ester)thieno[3,2-b]thiophene) (0.12 g, 0.32 mmol)을 넣어, 약하게 가열하면서 톨루엔에 완전히 용해시킨 후에 중합촉매로서 팔라디움(0) 화합물인 테트라키스트리페닐포스핀 팔라디움(0) (tetrakis(triphenylphosphine) palladium(0), Pd(PPh3)4) (36 mg, 10 mol%), Aliquat 336 (Starks' catalyst)(60 mg)을 톨루엔에 녹인 용액 5 mL, 2M Na2CO3 수용액 (4 mL)을 넣은 후에, 90 ℃에서 24 시간 반응시킨다. 반응 후에 실온(25℃)까지 식은 반응혼합액을 여과해서 수득한 고분자 고체를 염산수용액/클로로포름으로 2회, 암모니아수용액/클로로포름으로 2회, 그리고 물/클로로포름으로 2회 순으로 세척한 후, 메탄올, 아세톤, 메틸렌클로라이드 및 클로로포름을 이용한 속실렛 추출법(Soxhlet extraction)으로 고분자를 회수한다. 건조하여 유기 반도체 화합물 (12)를 얻는다(수율=46%, 수평균분자량= 약 20,000(GPC(gel permeation chromatography)로 측정함)).
제조한 유기 반도체 화합물 (12)의 1H NMR 결과는 다음과 같다.
1H NMR (CDCl3, 300 MHz), δ/ppm : 7.16 (2H), 6.88 (2H), 4.23(4H), 1.54(8H), 1.45-1.25 (36H), 0.89 (6H).
실시예 8: 유기 박막 트랜지스터(OTFT)의 제조
먼저 세정된 유리기판에 게이트 전극으로 사용되는 크롬을 스퍼터링법으로 1000Å 증착한 후 SiO2를 CVD법으로 3000Å 증착하여 게이트 절연막으로 형성한다. 그 위에 소스-드레인 전극으로 사용되는 Au를 스퍼터링법으로 700Å 증착한다. 기판은 유기 반도체 화합물을 증착하기 전 이소프로필알코올을 이용하여 10분간 세척하여 건조한 후 사용한다.
SiO2 게이트 절연막은 UV/O3로 30분 동안 처리한다. 이후 n-헥산에 10mM 농도로 희석시킨 옥틸트리클로로실란 용액에 30분간 담구었다가 헥산 및 알코올로 세척 후 건조시킨다. 그런 다음 상기 실시예 6에 따른 유기 반도체 화합물 (11)을 클로로포름 용매에 1.0 중량% 농도로 용해시켜 스핀-코팅법으로 도포한 후 질소 분위기 하에서 150℃에서, 1 시간 동안 베이킹하여 활성층을 형성함으로써 도 1에 도시된 구조의 유기 박막 트랜지스터(OTFT)를 제작한다.
실시예 6에서 제조된 유기 반도체 화합물 (11)을 클로로포름 용매에 1.0 중량% 농도로 용해시켜 스핀-코팅법으로 도포하여 질소 분위기 하에서 100℃, 1시간 동안 베이킹하여 필름을 제조한다. 실시예 6에서 제조된 유기 반도체 화합물 (11)이 클로로포름 용매에 용해되었을 경우와 필름으로 제조한 경우의 UV-Vis 흡수 스펙트럼을 도 6에 도시한다. 도 6에서 보는 바와 같이 필름 상태로 제조한 경우 장파장으로 이동(shift)되었음을 확인할 수 있다. 이로부터 필름 상태로 제조한 경우 분자간의 정렬과 스태킹이 잘 이루어졌음을 알 수 있다.
도 7은 실시예 6에서 제조된 유기 반도체 화합물 (11)의 DSC 분석결과를 보인 도면이다. 도 7로부터 상기 유기 반도체 화합물 (11)의 열안정성이 우수함을 알 수 있다.
실시예 8에서 제조된 OTFT에 대해 KEITHLEY사의 Semiconductor Characterization System(4200-SCS)을 이용하여 전류전달특성을 측정한 후, 도 8에 도시한다. 도 8에 도시된 바와 같이 실시예 8에서 제조된 OTFT의 전하 이동도(0.193 cm2/Vs)가 우수함을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
10, 20: 트랜지스터 12, 22, 31: 기판
14, 24: 게이트 전극 16, 26: 절연층
17a, 27a: 소스 전극 17b, 27b: 드레인 전극
18, 28: 활성층 30: 유기 태양 전지
32: 애노드 33: 정공 수송층
34: 활성층 35: 캐소드
14, 24: 게이트 전극 16, 26: 절연층
17a, 27a: 소스 전극 17b, 27b: 드레인 전극
18, 28: 활성층 30: 유기 태양 전지
32: 애노드 33: 정공 수송층
34: 활성층 35: 캐소드
Claims (6)
- 하기 화학식 2로 표현되는 구조단위를 포함하는 유기 반도체 화합물을 포함하는 유기 전자 소자:
[화학식 2]
상기 화학식 2에서
X1 및 X2는 각각 독립적으로 S 또는 Se이고,
R1 내지 R4는 수소, C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, -CORb(여기서 Rb는 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기임) 및 -C(=O)ORc(여기서 Rc는 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기임)에서 선택되고,
R5 및 R6는 각각 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C10의 알킬기이고,
-D-는 하기 화학식 3으로 표현되는 구조단위중 어느 하나이고,
a 및 b는 각 구조단위의 몰비를 나타내는 것으로, a 및 b의 합계 100몰%에 대하여 a는 1 내지 100몰%의 범위에 있고 b는 0 몰%보다 크고 99몰% 이하의 범위에 있음:
[화학식 3]
상기 화학식 3에서, R20은 수소 또는 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기임.
- 하기 화학식 2로 표현되는 구조단위를 포함하는 유기 반도체 화합물을 포함하는 유기 전자 소자:
[화학식 2]
상기 화학식 2에서
X1 및 X2는 각각 독립적으로 S 또는 Se이고,
R1 내지 R4는 수소, C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, -CORb(여기서 Rb는 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기임) 및 -C(=O)ORc(여기서 Rc는 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기임)에서 선택되고,
R5 및 R6는 각각 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C10의 알킬기이고,
-D- 구조단위는 화학식 4로 표현되는 구조단위이고:
[화학식 4]
상기 화학식 4에서,
R30은 수소 또는 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기이고,
k는 1 또는 2의 정수이고,
-Ar-은 제1항의 화학식 3으로 표현되는 구조단위중 어느 하나이고,
c 및 d는 각 구조단위의 몰비를 나타내는 것으로 c 와 d의 합계 100몰%에 대하여 c는 1 내지 99 몰%의 범위에 있고 d는 1 내지 99몰%의 범위에 있다.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 화학식 2로 표현되는 유기 반도체 화합물은 하기 화학식 5 내지 8중 어느 하나로 표현되는 말단 작용기를 포함하는 유기 전자 소자:
[화학식 5]
상기 화학식 5에서,
R은 플루오로기 또는 C1 내지 C20의 퍼플루오로알킬기이고 a는 1 내지 5의 정수이다.
[화학식 6]
상기 화학식 6에서,
R은 플루오로기 또는 C1 내지 C20의 퍼플루오로알킬기이고 a는 1 내지 6의 정수이다.
[화학식 7]
상기 화학식 7에서,
R은 플루오로기 또는 C1 내지 C20의 퍼플루오로알킬기이고 a는 1 내지 3의 정수이다.
[화학식 8]
상기 화학식 8에서,
R은 플루오로기 또는 C1 내지 C20의 퍼플루오로알킬기이고 a는 1 내지 3의 정수이다.
- 하기 화학식 10의 구조단위중 어느 하나를 포함하는 유기 반도체 화합물을 포함하는 유기 전자 소자:
[화학식 10]
상기 화학식 10에서,
R1 내지 R4는 수소, C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, -CORb(여기서 Rb는 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기임) 및 -C(=O)ORc(여기서 Rc는 C1 내지 C30의 직쇄 또는 분지쇄 알킬기임)에서 선택되고,
R101 내지 R104는 각각 독립적으로 수소이고,
r 및 s는 1 또는 2의 정수이고,
a 및 b는 각 구조단위의 몰비를 나타내는 것으로, a 및 b의 합계 100몰%에 대하여 a는 1 내지 100몰%의 범위에 있고 b는 0 몰%보다 크고 99몰% 이하의 범위에 있다.
- 제1항, 제2항 또는 제4항에 있어서,
트랜지스터, 태양 전지, 메모리 소자, 유기 발광 소자(OLED), 광센서 및 레이저 소자에서 선택되는 유기 전자 소자.
- 제5항에 있어서,
상기 트랜지스터는 기판상에 위치하는 게이트 전극; 서로 대향 위치하여 채널 영역을 정의하는 소스 전극과 드레인 전극; 상기 소스 전극 및 드레인 전극과 게이트 전극을 전기적으로 절연시키는 절연층; 및 상기 채널 영역에 형성된 상기 유기 반도체 화합물을 포함하는 활성층을 포함하는 유기 전자 소자.
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