KR102316068B1 - 화합물 및 이를 포함하는 유기 전자 소자 - Google Patents

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Abstract

본 명세서는 화학식 1로 표시되는 화합물 및 이를 포함하는 유기 전자 소자에 관한 것이다.

Description

화합물 및 이를 포함하는 유기 전자 소자{POLYMER AND ORGANIC ELECTRONIC DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 명세서는 화합물 및 이를 포함하는 유기 전자 소자에 관한 것이다.
유기 전자 소자란 정공 및/또는 전자를 이용한 전극과 유기물 사이에서의 전하 교류를 필요로 하는 소자를 의미한다. 유기 전자 소자는 동작 원리에 따라 하기와 같이 크게 두 가지로 나눌 수 있다. 첫째는 외부의 광원으로부터 소자로 유입된 광자에 의하여 유기물층에서 엑시톤(exiton)이 형성되고 이 엑시톤이 전자와 정공으로 분리되고, 이 전자와 정공이 각각 다른 전극으로 전달되어 전류원(전압원)으로 사용되는 형태의 전기소자이다. 둘째는 2개 이상의 전극에 전압 또는 전류를 가하여 전극과 계면을 이루는 유기물 반도체에 정공 및/또는 전자를 주입하고, 주입된 전자와 정공에 의하여 동작하는 형태의 전자소자이다.
유기 전자 소자의 예로는 유기 광전 소자, 유기 발광 소자, 유기 태양 전지, 유기 트랜지스터 등이 있으며, 이하에서는 주로 유기 광전 소자에 대하여 구체적으로 설명하지만, 상기 유기 전자 소자들에서는 정공의 주입 또는 수송 물질, 전자의 주입 또는 수송 물질, 또는 발광 물질이 유사한 원리로 작용한다.
유기 광전 소자는 광전 효과를 이용하여 빛을 전기 신호로 변환시키는 소자로, 광 다이오드 및 광 트랜지스터 등을 포함하며, 이미지 센서 등에 적용될 수 있다. 광 다이오드를 포함하는 이미지 센서는 날이 갈수록 해상도가 높아지고 있으며, 이에 따라 화소 크기가 작아지고 있다. 현재 주로 사용하는 실리콘 광 다이오드의 경우 화소의 크기가 작아지면서 흡수 면적이 줄어들기 때문에 감도 저하가 발생할 수 있다. 이에 따라 실리콘을 대체할 수 있는 유기 물질이 연구되고 있다.
유기 물질은 흡광 계수가 크고 분자 구조에 따라 특정 파장 영역의 빛을 선택적으로 흡수할 수 있으므로, 광 다이오드와 색 필터를 동시에 대체할 수 있어서 감도 개선 및 고집적에 매우 유리하다.
Polymer photovoltiac cells: Enhanced Efficiencies via Network of Internal Donor-Acceptor Heterojunctions(G. Yu, J. Gao, J. C. Hummelen, F. Wudl, A. J. Heeger, Science, 270, 1789. (1995))
본 명세서는 화합물 및 이를 포함하는 유기 전자 소자를 제공한다.
본 명세서는 하기 화학식 1로 표시되는 단위를 포함하는 중합체를 제공한다.
[화학식 1]
Figure 112017054206087-pat00001
상기 화학식 1에 있어서,
a, b, c 및 d는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 1 내지 5의 정수이고,
a가 2 이상인 경우, R1은 서로 같거나 상이하며,
b가 2 이상인 경우, R2는 서로 같거나 상이하고,
c가 2 이상인 경우, R3은 서로 같거나 상이하며,
d가 2 이상인 경우, R4는 서로 같거나 상이하고,
R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
X1 내지 X4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 O, S, CRR', SiRR', NR, C=O, C=S, C=CRR' 또는 C=NR이고,
R 및 R'은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이고,
Q1은 치환 또는 비치환된 단환 또는 다환의 방향족 고리이고,
n은 0 또는 1이다.
또한, 본 명세서는 제1 전극;
상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 전자 소자로서,
상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물은 질소의 비공유 전자쌍을 풀 물질(pull moiety)에 전달함으로써 보다 효과적인 푸시-풀(push-pull) 시스템을 이루고, 이를 통해 HOMO/LUMO 에너지 레벨을 자유롭게 조절 가능하다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물은 유기 전자 소자에 적용시 전하 균형(charge balance)을 조절할 수 있어, 우수한 성능을 나타낼 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물은 분자 구조가 간단하여 증착공정이 가능하여, 소자 적용에 유리하다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 광전 소자를 나타낸 단면도 이다.
도 2 내지 5는 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 트랜지스터를 나타낸 단면도 이다.
도 6은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 광 다이오드의 성능 측정 결과를 나타낸 도이다.
이하, 본 명세서에 대하여 상세히 설명한다.
명세서의 일 실시상태는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
상기 치환기의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 "치환"이라는 용어는 화합물의 탄소 원자에 결합된 수소 원자가 다른 치환기로 바뀌는 것을 의미하며, 치환되는 위치는 수소 원자가 치환되는 위치 즉, 치환기가 치환 가능한 위치라면 한정하지 않으며, 2 이상 치환되는 경우, 2 이상의 치환기는 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 알킬기; 알케닐기; 알콕시기; 에스터기; 카보닐기; 카복실기; 히드록시기; 시클로알킬기; 실릴기; 아릴알케닐기; 아릴옥시기; 알킬티옥시기; 알킬술폭시기; 아릴술폭시기; 붕소기; 알킬아민기; 아랄킬아민기; 아릴아민기; 헤테로고리기; 아릴아민기; 아릴기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 및 N, O, S 원자 중 1개 이상을 포함하는 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1개 이상의 치환기로 치환되었거나 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다.
상기 치환기들은 추가의 치환기로 치환 또는 비치환될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기는 불소, 염소, 브롬 또는 요오드가 될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 이미드기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 25인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112017054206087-pat00002
본 명세서에 있어서, 아미드기는 아미드기의 질소가 수소, 탄소수 1 내지 25의 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄 알킬기 또는 탄소수 6 내지 25의 아릴기로 1 또는 2 치환될 수 있다. 구체적으로, 하기 구조식의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure 112017054206087-pat00003
본 명세서에 있어서, 상기 알킬기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 1 내지 50인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 메틸, 에틸, 프로필, n-프로필, 이소프로필, 부틸, n-부틸, 이소부틸, tert-부틸, sec-부틸, 1-메틸-부틸, 1-에틸-부틸, 펜틸, n-펜틸, 이소펜틸, 네오펜틸, tert-펜틸, 헥실, n-헥실, 1-메틸펜틸, 2-메틸펜틸, 4-메틸-2-펜틸, 3,3-디메틸부틸, 2-에틸부틸, 헵틸, n-헵틸, 1-메틸헥실, 시클로펜틸메틸, 시클로헥틸메틸, 옥틸, n-옥틸, tert-옥틸, 1-메틸헵틸, 2-에틸헥실, 2-프로필펜틸, n-노닐, 2,2-디메틸헵틸, 1-에틸-프로필, 1,1-디메틸-프로필, 이소헥실, 4-메틸헥실 및 5-메틸헥실 등이 있으나, 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 시클로알킬기는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 3 내지 60인 것이 바람직하며, 구체적으로 시클로프로필, 시클로부틸, 시클로펜틸, 3-메틸시클로펜틸, 2,3-디메틸시클로펜틸, 시클로헥실, 3-메틸시클로헥실, 4-메틸시클로헥실, 2,3-디메틸시클로헥실, 3,4,5-트리메틸시클로헥실, 4-tert-부틸시클로헥실, 시클로헵틸 및 시클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 상기 알콕시기는 직쇄, 분지쇄 또는 고리쇄일 수 있다. 알콕시기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 20인 것이 바람직하다. 구체적으로, 메톡시, 에톡시, n-프로폭시, 이소프로폭시, i-프로필옥시, n-부톡시, 이소부톡시, tert-부톡시, sec-부톡시, n-펜틸옥시, 네오펜틸옥시, 이소펜틸옥시, n-헥실옥시, 3,3-디메틸부틸옥시, 2-에틸부틸옥시, n-옥틸옥시, n-노닐옥시, n-데실옥시, 벤질옥시 및 p-메틸벤질옥시 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 알케닐기는 직쇄 또는 분지쇄일 수 있고, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 2 내지 40인 것이 바람직하다. 구체적인 예로는 비닐, 1-프로페닐, 이소프로페닐, 1-부테닐, 2-부테닐, 3-부테닐, 1-펜테닐, 2-펜테닐, 3-펜테닐, 3-메틸-1-부테닐, 1,3-부타디에닐, 알릴, 1-페닐비닐-1-일, 2-페닐비닐-1-일, 2,2-디페닐비닐-1-일, 2-페닐-2-(나프틸-1-일)비닐-1-일, 2,2-비스(디페닐-1-일)비닐-1-일, 스틸베닐기 및 스티레닐기 등이 있으나 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 구체적으로 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기 및 페닐실릴기 등이 있으나 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 붕소기는 -BR100R101일 수 있으며, 상기 R100 및 R101은 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 탄소수 3 내지 30의 단환 또는 다환의 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 1 내지 30의 직쇄 또는 분지쇄의 알킬기; 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 단환 또는 다환의 아릴기; 및 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 단환 또는 다환의 헤테로아릴기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 포스핀옥사이드기는 구체적으로 디페닐포스핀옥사이드기, 디나프틸포스핀옥사이드 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아릴기는 단환식 아릴기 또는 다환식 아릴기일 수 있으며, 탄소수 1 내지 25의 알킬기 또는 탄소수 1 내지 25의 알콕시기가 치환되는 경우를 포함한다. 또한, 본 명세서 내에서의 아릴기는 방향족고리를 의미할 수 있다.
상기 아릴기가 단환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 25인 것이 바람직하다. 구체적으로 단환식 아릴기로는 페닐기, 바이페닐기 및 터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아릴기가 다환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나. 탄소수 10 내지 24인 것이 바람직하다. 구체적으로 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기 및 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 플루오레닐기는 2개의 고리 유기화합물이 1개의 원자를 통하여 연결된 구조이다.
본 명세서에 있어서, 상기 플루오레닐기는 치환될 수 있으며, 인접한 치환기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
상기 플루오레닐기가 치환되는 경우,
Figure 112017054206087-pat00004
,
Figure 112017054206087-pat00005
,
Figure 112017054206087-pat00006
및
Figure 112017054206087-pat00007
등이 될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴기는 이종 원소로 O, N 및 S 중 1개 이상을 포함하는 헤테로아릴기로서, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 헤테로아릴기의 예로는 싸이오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 피리딜기, 비피리딜기, 피리미딜기, 트리아진기, 트리아졸기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸린기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤조옥사졸기, 벤조이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조싸이오펜기, 디벤조싸이오펜기, 벤조퓨라닐기, 페난쓰롤린기(phenanthroline), 티아졸릴기, 이소옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기, 벤조티아디아졸릴기, 벤조티아졸릴기, 페노티아지닐기 및 디벤조퓨라닐기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 단환 또는 다환일 수 있으며, 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족의 축합고리일 수 있으며, 상기 헤테로아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아릴아민기의 예로는 치환 또는 비치환된 모노아릴아민기, 치환 또는 비치환된 디아릴아민기, 또는 치환 또는 비치환된 트리아릴아민기가 있다. 상기 아릴아민기 중의 아릴기는 단환식 아릴기일 수 있고, 다환식 아릴기일 수 있다. 상기 아릴기가 2 이상을 포함하는 아릴아민기는 단환식 아릴기, 다환식 아릴기, 또는 단환식아릴기와 다환식 아릴기를 동시에 포함할 수 있다.
아릴 아민기의 구체적인 예로는 페닐아민, 나프틸아민, 비페닐아민, 안트라세닐아민, 3-메틸-페닐아민, 4-메틸-나프틸아민, 2-메틸-비페닐아민, 9-메틸-안트라세닐아민, 디페닐 아민기, 페닐 나프틸 아민기, 디톨릴 아민기, 페닐 톨릴 아민기, 카바졸 및 트리페닐 아민기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴아민기 중의 헤테로 아릴기는 전술한 헤테로고리기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아릴옥시기, 아릴티옥시기, 아릴술폭시기 및 아랄킬아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다. 구체적으로 아릴옥시기로는 페녹시, p-토릴옥시, m-토릴옥시, 3,5-디메틸-페녹시, 2,4,6-트리메틸페녹시, p-tert-부틸페녹시, 3-비페닐옥시, 4-비페닐옥시, 1-나프틸옥시, 2-나프틸옥시, 4-메틸-1-나프틸옥시, 5-메틸-2-나프틸옥시, 1-안트릴옥시, 2-안트릴옥시, 9-안트릴옥시, 1-페난트릴옥시, 3-페난트릴옥시, 9-페난트릴옥시 등이 있고, 아릴티옥시기로는 페닐티옥시기, 2－메틸페닐티옥시기, 4－tert－부틸페닐티옥시기 등이 있으며, 아릴술폭시기로는 벤젠술폭시기, p－톨루엔술폭시기 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 알킬티옥시기, 알킬술폭시기 중의 알킬기는 전술한 알킬기의 예시와 같다. 구체적으로 알킬티옥시기로는 메틸티옥시기, 에틸티옥시기, tert－부틸티옥시기, 헥실티옥시기, 옥틸티옥시기 등이 있고, 알킬술폭시기로는 메실, 에틸술폭시기, 프로필술폭시기, 부틸술폭시기 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 인접한 기가 서로 결합하여 형성되는 치환 또는 비치환된 고리에서, "고리"는 치환 또는 비치환된 탄화수소고리; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 탄화수소고리는 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족의 축합고리일 수 있으며, 상기 1가가 아닌 것을 제외하고 상기 시클로알킬기 또는 아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 방향족고리는 단환 또는 다환일 수 있으며, 1가가 아닌 것을 제외하고 상기 아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리는 탄소가 아닌 원자, 이종원자를 1 이상 포함하는 것으로서, 구체적으로 상기 이종 원자는 O, N, Se 및 S 등으로 이루어진 군에서 선택되는 원자를 1 이상 포함할 수 있다. 상기 헤테로고리는 단환 또는 다환일 수 있으며, 방향족, 지방족 또는 방향족과 지방족의 축합고리일 수 있으며, 1가가 아닌 것을 제외하고 상기 헤테로아릴기 또는 헤테로고리기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-1 내지 1-5 중 어느 하나이다.
[화학식 1-1]
Figure 112017054206087-pat00008
[화학식 1-2]
Figure 112017054206087-pat00009
[화학식 1-3]
Figure 112017054206087-pat00010
[화학식 1-4]
Figure 112017054206087-pat00011
[화학식 1-5]
Figure 112017054206087-pat00012
상기 화학식 1-1 내지 1-5에 있어서,
a, b, c, d, R1 내지 R4 및 X1 내지 X4의 정의는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하고,
Y1 내지 Y16은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 a는 1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 b는 1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 c는 1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 d는 1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1은 하기 화학식 1-11 내지 1-13 중 어느 하나이다.
[화학식 1-11]
Figure 112017054206087-pat00013
[화학식 1-12]
Figure 112017054206087-pat00014
[화학식 1-13]
Figure 112017054206087-pat00015
상기 화학식 1-11 내지 화학식 1-13에 있어서,
R1 내지 R4, X1 내지 X4, n 및 Q1의 정의는 상기 화학식 1에서 정의한 바와 동일하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 X1 내지 X4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 O 또는 C=O이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소 또는 치환 또는 비치환된 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 30의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 20의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소 또는 탄소수 1 내지 10의 알콕시기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 OCH3이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화합물 중에서 선택되는 어느 하나이다.
Figure 112017054206087-pat00016
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화합물은 500nm 내지 800nm에서 흡수단(absorption edge)을 가진다.
본 명세서의의 실시상태에 따른 화합물은 상기 범위의 흡수단을 가지므로, 밴드갭이 줄어들며, 가시광선 전 영역대의 빛을 흡수하는 효과가 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 화합물은 필름 상태에서 50nm 내지 100nm의 반치폭을 가지는 흡광 곡선을 나타낸다.
본 명세서의의 실시상태에 따른 화합물은 상기 범위의 반치폭을 가지므로, 가시광선 전 영역대의 빛을 흡수하는 효과가 있다.
본 명세서에 있어서, "필름 상태"라는 것은 용액 상태가 아니고, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물 단독으로 또는 반치폭, 양자 효율을 측정하는데 영향을 미치지 않는 다른 성분과 혼합하여 필름 형태로 제조한 상태를 의미한다.
본 명세서에 있어서, 상기 반치폭은 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로부터 발광한 빛의 최대 발광 피크에서 최대 높이의 절반일 때의 발광 피크의 폭을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화합물은 -4.0eV 내지 -6.0eV의 HOMO 에너지 준위를 가질 수 있으며, 1.0eV 내지 3eV 의 밴드갭(band gap)을 가진다. 상기 범위의 HOMO 레벨 및 에너지 밴드갭을 가짐으로써 전 파장 영역에서 광을 효과적으로 흡수하는 p형 유기물층으로 적용될 수 있고 그에 따라 높은 외부 양자 효율(external quantumefficiency, EQE)을 가질 수 있어 유기 전자 소자의 성능을 개선할 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화합물은 -5.0eV 내지 -6.0eV의 HOMO 에너지 준위를 가질 수 있으며, 1.2eV 내지 2eV의 밴드갭을 가진다.
본 명세서의 일 실시상태는 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 전자 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 전자 소자는 유기 광전 소자, 유기 트랜지스터, 유기 태양 전지, 및 유기 발광 소자로 이루어진 군에서 선택된다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 전자 소자는 유기 광전 소자일 수 있다. 구체적으로, 상기 유기 전자 소자는, 제1 전극; 상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 광전 소자로서, 상기 유기물층 중 1층 이상이 상기 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기물층은 광활성층을 포함하고, 상기 광활성층은 전자 주개 물질 및 전자 받개 물질을 포함하고, 상기 전자 주개 물질은 상기 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 받개 물질 및 n형 유기물층은 플러렌, 플러렌 유도체, 바소쿠프로인, 반도체성 원소, 반도체성 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. 구체적으로 플러렌(fullerene), 플러렌 유도체(PCBM((6,6)-phenyl-C61-butyric acid-methylester) 또는 PCBCR((6,6)-phenyl-C61-butyric acid-cholesteryl ester), 페릴렌(perylene) PBI(polybenzimidazole), 및 PTCBI(3,4,9,10-perylene-tetracarboxylic bis-benzimidazole)로 이루어진 군에서 선택되는 1 또는 2 이상의 화합물이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 전자 주개 및 전자 받개는 벌크 헤테로 정션(BHJ)을 구성한다.
본 명세서에 있어서, 벌크 헤테로 정션이란 광활성층에서 전자 주개 물질과 전자 받개 물질이 서로 섞여 있는 것을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 광전 소자는 유기 광전 소자의 광활성층으로 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용하는 것을 제외하고는 당 기술분야의 재료 및/또는 방법을 한정하지 않고 사용할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기물층은 p형 반도체층 및 n형 반도체층을 포함하고, 상기 p형 반도체층은 상기 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 광전 소자는 유기 광 다이오드일 수 있다. 구체적으로 상기 유기 광전 소자는 제1 전극; 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 상이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 광 다이오드로서, 상기 유기물층 중 1층 이상이 상기 화합물을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 유기 광전 소자는 제1 전극, 광활성층 및 제2 전극을 포함한다. 상기 유기 광전 소자는 기판, 정공주입층, 정공수송층, 정공저지층, 전자저지층, 전자주입층 및/또는 전자수송층이 더 포함될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 광전 소자는 부가적인 유기물층을 더 포함할 수 있다. 상기 유기 광전 소자는 여러 기능을 동시에 갖는 유기물을 사용하여 유기물층의 수를 감소시킬 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 제1 전극은 애노드이고, 상기 제2 전극은 캐소드이다. 또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 제1 전극은 캐소드이고, 상기 제2 전극은 애노드이다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 유기 광전 소자는 캐소드, 광활성층 및 애노드 순으로 배열될 수도 있고, 애노드, 광활성층 및 캐소드 순으로 배열될 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.
또 하나의 실시상태에 있어서, 상기 유기 광전 소자는 애노드, 정공수송층, 광활성층, 전자수송층 및 캐소드 순으로 배열될 수도 있고, 캐소드, 전자수송층, 광활성층, 정공수송층 및 애노드 순으로 배열될 수도 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 광전 소자는 노멀(Normal)구조이다. 상기 노멀구조에서 기판, 애노드, 광활성층을 포함하는 유기물층 및 캐소드의 순서로 적층될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 광전 소자는 인버티드(Inverted) 구조이다. 상기 인버티드 구조에서는 기판, 캐소드, 광활성층을 포함하는 유기물층 및 애노드의 순서로 적층될 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 광전 소자(100)을 나타낸 도이며, 도 1에 따르면, 유기 광전 소자(100)는 제1 전극(10) 및/또는 제2 전극(20) 측으로부터 빛이 입사되어 활성층(30)이 전 파장 영역의 빛을 흡수하면 내부에서 엑시톤이 생성될 수 있다. 엑시톤은 활성층(30)에서 정공과 전자로 분리되고, 분리된 정공은 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 중 하나인 애노드 측으로 이동하고 분리된 전자는 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 중 다른 하나인 캐소드 측으로 이동하여 유기 광전 소자에 전류가 흐를 수 있게 된다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기 광전 소자는 탠덤 (tandem) 구조이다.
본 명세서에서 상기 기판은 투명성, 표면평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리기판 또는 투명 플라스틱 기판이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 유기 전자 소자에 통상적으로 사용되는 기판이면 제한되지 않는다. 구체적으로 유리 또는 PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PP(polypropylene), PI(polyimide), TAC(triacetyl cellulose) 등이 있으나. 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 애노드 전극은 투명하고 전도성이 우수한 물질이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 금과 같은 금속 또는 이들의 합금; 아연 산화물, 인듐 산화물, 인듐주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물(IZO)과 같은 금속 산화물; ZnO:Al 또는 SnO2 : Sb와 같은 금속과 산화물의 조합; 및 폴리(3-메틸싸이오펜), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)싸이오펜](PEDOT), 폴리피롤 및 폴리아닐린과 같은 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 애노드 전극의 형성 방법은 특별히 한정되지 않으나, 예컨대 스퍼터링, E-빔, 열증착, 스핀코팅, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅, 닥터 블레이드 또는 그라비아 프린팅법을 사용하여 기판의 일면에 도포되거나 필름형태로 코팅됨으로써 형성될 수 있다.
상기 애노드 전극을 기판 상에 형성하는 경우, 이는 세정, 수분제거 및 친수성 개질 과정을 거칠 수 있다.
예컨대, 패터닝된 ITO 기판을 세정제, 아세톤, 이소프로필 알코올(IPA)로 순차적으로 세정한 다음, 수분 제거를 위해 가열판에서 100℃ 내지 150℃에서 1분 내지 30분간, 바람직하게는 120℃에서 10분간 건조하고, 기판이 완전히 세정되면 기판 표면을 친수성으로 개질한다.
상기와 같은 표면 개질을 통해 접합 표면 전위를 광활성층의 표면 전위에 적합한 수준으로 유지할 수 있다. 또한, 개질 시 애노드 전극 위에 고분자 박막의 형성이 용이해지고, 박막의 품질이 향상될 수도 있다.
애노드 전극의 위한 전처리 기술로는 a) 평행 평판형 방전을 이용한 표면 산화법, b) 진공상태에서 UV 자외선을 이용하여 생성된 오존을 통해 표면을 산화하는 방법, 및 c) 플라즈마에 의해 생성된 산소 라디칼을 이용하여 산화하는 방법 등이 있다.
애노드 전극 또는 기판의 상태에 따라 상기 방법 중 한가지를 선택할 수 있다. 다만, 어느 방법을 이용하든지 공통적으로 애노드 전극 또는 기판 표면의 산소이탈을 방지하고 수분 및 유기물의 잔류를 최대한 억제하는 것이 바람직하다. 이 때, 전처리의 실질적인 효과를 극대화할 수 있다.
구체적인 예로서, UV를 이용하여 생성된 오존을 통해 표면을 산화하는 방법을 사용할 수 있다. 이 때, 초음파 세정 후 패터닝된 ITO 기판을 가열판(hot plate)에서 베이킹(baking)하여 잘 건조시킨 다음, 챔버에 투입하고, UV 램프를 작용시켜 산소 가스가 UV 광과 반응하여 발생하는 오존에 의하여 패터닝된 ITO 기판을 세정할 수 있다.
그러나, 본 명세서에 있어서의 패터닝된 ITO 기판의 표면 개질 방법은 특별히 한정시킬 필요는 없으며, 기판을 산화시키는 방법이라면 어떠한 방법도 무방하다.
상기 캐소드 전극은 일함수가 작은 금속이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 구체적으로 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 은, 주석 및 납과 같은 금속 또는 이들의 합금; 또는 LiF/Al, LiO2/Al, LiF/Fe, Al:Li, Al:BaF2, Al:BaF2:Ba와 같은 다층 구조의 물질이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 캐소드 전극은 5x10- 7torr 이하의 진공도를 보이는 열증착기 내부에서 증착되어 형성될 수 있으나, 이 방법에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공주입층은 전극으로부터 정공을 주입하는 층으로, 박막 형성 능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 정공 주입 물질의 HOMO(highest occupied molecular orbital)가 전극 물질의 일함수와 주변 유기물층의 HOMO 사이인 것이 바람직하다. 이때의 전극은 구조에 따라 애노드 또는 캐소드일 수 있다. 정공 주입 물질의 구체적인 예로는 금속 포피린(porphyrin), 올리고티오펜, 아릴아민 계열의 유기물, 헥사니트릴헥사아자트리페닐렌 계열의 유기물, 퀴나크리돈(quinacridone)계열의 유기물, 페릴렌(perylene) 계열의 유기물, 안트라퀴논 및 폴리아닐린과 폴리티오펜 계열의 전도성 고분자 등이 있으나, 이들에만 한정 되는 것은 아니다.
상기 정공수송층은 정공주입층 또는 전극으로부터 정공을 수취하여 광활성층까지 정공을 수송하는 층으로, 정공 수송 물질로는 정공에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 이때의 전극은 구조에 따라 애노드 또는 캐소드일 수 있다. 정공 수송 물질의 구체적인 예로는 아릴아민 계열의 유기물, 전도성 고분자, 및 공액 부분과 비공액 부분이 함께 있는 블록 공중합체, 금속산화물 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 구체적으로, 상기 정공수송층 물질로는 BCP(bathocuproine), PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenediocythiophene) doped with poly(styrenesulfonic acid)), 몰리브데늄 산화물(MoOx); 바나듐 산화물(V2O5); 니켈 산화물(NiO); 및 텅스텐 산화물(WOx) 등이 될 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공저지층은 정공이 광활성층으로부터 전자주입층 또는 전자주입재료로 이동하는 것을 방지하며, 당업계에서 사용되는 물질이 사용될 수 있다. 구체적으로, TAPC(4,4′-cyclohexylidenebis[N,N-bis(4-methylphenyl)benzenamine]가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 전자주입층은 전극으로부터 전자를 주입하는 층으로, 전자를 수송하는 능력을 갖고, 박막형성능력이 우수한 화합물이 바람직하다. 이때의 전극은 구조에 따라 애노드 또는 캐소드일 수 있다. 전자 주입 물질의 구체적으로는 플루오레논, 안트라퀴노다이메탄, 다이페노퀴논, 티오피란 다이옥사이드, 옥사졸, 옥사다이아졸, 트리아졸, 이미다졸, 페릴렌테트라카복실산, 프레오레닐리덴 메탄, 안트론 등과 그들의 유도체, 금속 착체 화합물 및 함질소 5원환 유도체 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 금속 착체 화합물로서는 8-하이드록시퀴놀리나토 리튬, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)아연, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)구리, 비스(8-하이드록시퀴놀리나토)망간, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(2-메틸-8-하이드록시퀴놀리나토)알루미늄, 트리스(8-하이드록시퀴놀리나토)갈륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)베릴륨, 비스(10-하이드록시벤조[h]퀴놀리나토)아연, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)클로로갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(o-크레졸라토)갈륨, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(1-나프톨라토)알루미늄, 비스(2-메틸-8-퀴놀리나토)(2-나프톨라토)갈륨 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 전자수송층은 전극 또는 전자주입층으로부터 전자를 수취하여 광활성층까지 전자를 수송하는 층으로 전자 수송 물질로는 전자에 대한 이동성이 큰 물질이 적합하다. 이때의 전극은 구조에 따라 애노드 또는 캐소드일 수 있다. 전자 수송 물질의 구체적인 예로는 8-히드록시퀴놀린의 금속착물; Alq3를 포함한 착물; 유기 라디칼 화합물; 히드록시플라본-금속 착물, Liq를 포함한 금속착물; LiF; Ca; 티타늄 산화물(TiOx); 아연 산화물(ZnO); 및 세슘 카보네이트(Cs2CO3) 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다. 전자 수송층은 종래기술에 따라 사용된 바와 같이 임의의 원하는 전극 물질과 함께 사용할 수 있다.
상기 전자저지층은 전자가 정공주입층 또는 정공주입재료로 이동하는 것을 방지하는 층으로, 당업계에서 사용되는 물질이 사용될 수 있다.
광활성층은 전자 주개 물질 및/또는 전자 받개 물질과 같은 광활성 물질을 유기용매에 용해시킨 후 용액을 스핀 코팅, 딥코팅, 스크린 프린팅, 스프레이 코팅, 닥터 블레이드, 브러쉬 페인팅 등의 방법으로 형성할 수 있으나, 이들 방법에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 전자 소자는 유기 트랜지스터일 수 있다. 구체적으로, 상기 유기 전자 소자는, 게이트 전극; 소스 전극; 드레인 전극; 및 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 트랜지스터로서, 상기 유기물층 중 1층 이상이 상기 화합물을 포함한다.
구체적으로, 본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 유기 전자 소자는 게이트 전극; 소스 전극; 드레인 전극; 1층의 유기물층을 포함하는 유기트랜지스터로서, 상기 유기물층이 상기 화합물을 포함할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 유기트랜지스터는 상부 게이트(top gate) 구조일 수 있다. 구체적으로, 기판(40) 상에 소스 전극(70) 및 드레인 전극(80)이 먼저 형성되고 그 후에 유기물층(90), 절연층(60) 및 게이트 전극(50)이 순차적으로 형성될 수 있다. 도 2에는 이에 따른 유기트랜지스터 구조를 나타내었다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 유기트랜지스터는 하부 게이트(bottom gate) 구조 중 하부 접촉(bottom contact) 구조일 수 있다. 구체적으로, 기판(40) 상에 게이트 전극(50) 및 절연층(60)이 순차적으로 형성되고 그 후에 절연층(60) 상에 소스 전극(70) 및 드레인 전극(80)이 형성되며 마지막으로 소스 전극(70) 및 드레인 전극(80) 상에 유기물층(90)이 형성될 수 있다. 도 3 및 도 4에는 이에 따른 유기트랜지스터 구조를 나타내었다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 유기트랜지스터는 하부 게이트(bottom gate) 구조 중 상부 접촉(top contact) 구조일 수 있다. 구체적으로, 기판(40) 상에 게이트 전극(50) 및 절연층(60)이 순차적으로 형성되고 그 후에 절연층(60) 상에 유기물층(90)이 형성되며, 마지막으로 유기물층(90) 상에 소스 전극(70) 및 드레인 전극(80)이 형성될 수 있다. 도 5에는 이에 따른 유기트랜지스터 구조를 나타내었다.
본 명세서에 있어서, 상기 게이트 전극은 패턴형태일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 게이트 전극은 금(Au), 니켈(Ni), 구리(Cu), 은(Ag), 알루미늄(Al), 알루미늄 합금(Al-alloy), 몰리브덴(Mo), 몰리브덴 합금(Mo-alloy) 중에서 선택되는 어느 하나로 형성할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 게이트 전극은 포토리소그래피법, 오프셋 인쇄법, 실크스크린 인쇄법, 잉크젯 인쇄법, 열증착법 및 쉐도우 마스크(Shadow Mask)를 이용한 방법 중에서 선택되는 방법을 이용하여 형성될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 게이트 전극의 두께는 10nm 내지 300nm일 수 있으며, 바람직하게는 10nm 내지 50nm이다.
본 명세서에 있어서, 상기 절연층은 유기절연막 또는 무기절연막의 단일막 또는 다층막으로 구성되거나 유-무기 하이브리드막으로 구성된다. 상기 무기절연막으로는 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, Al2O3, Ta2O5, BST, PZT 중에서 선택되는 어느 하나 또는 다수개를 사용할 수 있다. 상기 유기절연막으로는 CYTOPTM, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, polymethylmethacrylate), 폴리스타이렌(PS, polystyrene), 페놀계 고분자, 아크릴계 고분자, 폴리이미드와 같은 이미드계 고분자, 아릴에테르계 고분자, 아마이드계 고분자, 불소계 고분자, p-자이리렌계 고분자, 비닐알콜계 고분자, 파릴렌(parylene) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 다수 개를 사용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 절연층은 용액공정을 통해서 형성할 수 있으며, 스핀코팅, 바코팅, 슬릿다이 코팅, 닥터 블레이드 등을 통해서 대면적으로 도포될 수 있다. 바람직하게는 스핀코팅을 통하여 절연층을 형성할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 절연층 형성시 100℃ 내지 150℃ 에서 30분 이상 열처리를 하여서 사용한 용매가 완전히 증발되도록 할 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 소스 전극 및 드레인 전극은 도전성 물질로 이루어질 수 있으며, 예컨대, 탄소, 알루미늄, 바나듐, 크롬, 구리, 아연, 은, 금, 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 티타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 주석, 납, 네오디뮴(neodymium), 백금, 니켈, 금속 유사물(similar metals) 및 이들의 합금; p- 또는 n- 도프된(doped) 실리콘; 산화아연, 산화인듐, 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐아연 산화물, 주석 유사 산화물(similar tin oxide) 및 주석 산화물 인듐계 복합 화합물(tin oxide indium-based complex compounds); ZnO:Al, SnO2:Sb와 같은 산화물과 금속의 혼합물; 및 폴리(3-메틸티오펜)(poly(3-methylthiophene)), 폴리[3,4-(에틸렌-1,2-디옥시)티오펜] (poly[3,4-(ethylene-1,2-dioxy) thiophene]), 폴리피롤(polypyrrole) 및 폴리아닐린(polyaniline)과 같은 도전성 고분자 등이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 유기물층은 용액공정을 통하여 형성될 수 있다. 이때 유기물층은 통상적으로 스핀코팅, 바코팅, 슬릿다이 코팅, 닥터 블레이드, 잉크젯 코팅 등을 통해서 대면적으로 도포할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 기판 상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성할 경우, 소스 전극 및 드레인 전극은 열증착 방법을 이용해서 형성할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니며, 당업계에서 공지된 다른 방법에 의하여 형성 할 수 있다. 이때 소스 전극과 드레인 전극간의 간격은 통상적으로 2㎛ 내지 수백㎛의 채널 길이를 지니고 있고 채널 넓이는 채널 길이의 10배 내지 1000배 정도로 구성될 수 있다. 소스 전극과 드레인 전극은 통상적으로 금 및 니켈로 제작되어 있으나 은, 구리, 몰리브덴 등 다른 전극을 사용하기도 한다.
본 명세서에 있어서, 상기 유기물층 상에 소스 전극 및 드레인 전극을 형성할 경우, 소스 전극 및 드레인 전극은 광식각 공정이나 쉐도우 마스크 공정을 이용해서 형성할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니며, 당업계에서 공지된 다른 방법에 의하여 형성 할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태는 상기 유기 전자 소자를 포함하는 유기 이미지 센서를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 이미지 센서는 전자 장치에 적용될 수 있으며, 예컨대 모바일 폰, 디지털 카메라 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 화합물의 제조 방법 및 이를 포함하는 유기 전자 소자의 제조는 이하 제조예 및 실시예에서 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것이며, 본 명세서의 범위가 이들에 의하여 한정되는 것은 아니다.
제조예 1. 화합물 1의 제조
Figure 112017054206087-pat00017
500mL 둥근 플라스크에 화합물 A 1g, 화합물 B 1.93g(2.5eq), 트리스(디벤질리덴아세톤)디팔라듐(0)(Tris(dibenzylideneacetone)dipalladium(0), Pd2dba3) 15mg(0.05eq), 트리-터트-부틸포스핀(tri-tert-butylphosphine, P(t-Bu)3) 15mg(0.05eq), 및 소듐 터트-부톡사이드(sodium tert-butoxide, NaOt-Bu) 0.8g(2.5eq)을 톨루엔 150mL에 주입 후 110℃에서 12시간 동안 환류시킨다. 그 후 에틸아세테이트(ethyl acetate)와 증류수를 통해 유기 용매를 추출한 후 화합물 1을 수득하였다. [(1H NMR 500MHz, CDCl3): 7.168 (d, 4H), 7.135 (d, 4H), 6.987 (d, 4H), 6.945 (d, 4H), 3.575 (s, 12H)]
제조예 2. 화합물 2의 제조
Figure 112017054206087-pat00018
500mL 둥근 플라스크에 화합물 A 1g, 화합물 C 1.93g (2.5eq), Pd2dba3 15mg(0.05eq), P(t-Bu)3 15mg(0.05eq) 및 NaOt-Bu 0.8g(2.5eq)을 톨루엔 150mL 에 주입 후 110℃에서 12시간 동안 환류시킨다. 그 후 에틸아세테이트와 증류수를 통해 유기 용매를 추출한 후 화합물 2를 수득하였다. [(1H NMR 500MHz, CDCl3): 7.325 (d, 2H), 7.314 (d, 2H), 7.305 (d, 2H), 7.257 (d, 2H), 7.214 (d, 4H), 7.206 (d, 4H), 3.573 (s, 12H)]
제조예 3. 화합물 3의 제조
Figure 112017054206087-pat00019
500mL 둥근 플라스크에 화합물 A 1g, 화합물 D 1.93g(2.5eq), Pd2dba3 15mg(0.05eq), P(t-Bu)3 15mg(0.05eq) 및 NaOt-Bu 0.8g(2.5eq)을 톨루엔 150mL 에 주입 후 110℃에서 12시간 동안 환류시킨다. 그 후 에틸아세테이트와 증류수를 통해 유기 용매를 추출 한 후 화합물 3을 수득하였다. [(1H NMR 500MHz, CDCl3): 7.412 (d, 2H), 7.395 (t, 2H), 7.384 (t, 2H), 7.333 (d, 2H), 7.260 (d, 4H), 7.154 (d, 4H), 3.475 (s, 12H)]
실험예 1.
ITO는 바타입(bar type)으로 1.5cm × 1.5cm가 코팅된 유리 기판(11.5 Ω/□, ITO glass)을 증류수, 아세톤, 2-프로판올을 이용하여 초음파 세척하고, ITO 표면을 10분 동안 오존 처리하였다. 그 후 ITO glass에 TAPC(4,4′-cyclohexylidenebis[N,N-bis(4-methylphenyl)benzenamine], sigma Aldrich 사)를 1.0 Å/s의 속도로 30nm 증착 후 상기 제조예 1에서 제조된 화합물 1과 C60(fullerene)을 25:75 비율로 동시 증착(co-deposition)하였다. 이때 증착은 화합물 1과 C60의 증착 속도비가 0.5:1.5Å/s가 되도록 진행하였으며, 박막 두께는 100nm로 형성하였다. 그 후 BCP(bathocuproine, sigma Aldrich 사)를 1.0Å/s의 속도로 8nm 증착하고, 마지막으로 Al을 1.0Å/s의 속도로 100nm 증착하여 유기 광 다이오드를 제작하였다.
실험예 2.
ITO는 바타입(bar type)으로 1.5cm × 1.5cm가 코팅된 유리 기판(11.5 Ω/□, ITO glass)을 증류수, 아세톤, 2-프로판올을 이용하여 초음파 세척하고, ITO 표면을 10분 동안 오존 처리하였다. 그 후 ITO glass에 TAPC를 1.0 Å/s의 속도로 30nm 증착 후 상기 제조예 2에서 제조된 화합물 2와 C60을 25:75 비율로 동시 증착(co-deposition)하였다. 이때 증착은 화합물 2와 C60의 증착 속도비가 0.5:1.5Å/s가 되도록 진행하였으며, 박막 두께는 100nm로 형성하였다. 그 후 BCP를 1.0Å/s의 속도로 8nm 증착하고, 마지막으로 Al을 1.0Å/s의 속도로 100nm 증착하여 유기 광 다이오드를 제작하였다.
비교예 1.
ITO는 바타입(bar type)으로 1.5cm × 1.5cm가 코팅된 유리 기판(11.5 Ω/□, ITO glass)을 증류수, 아세톤, 2-프로판올을 이용하여 초음파 세척하고, ITO 표면을 10분 동안 오존 처리하였다. 그 후 ITO glass에 TAPC를 1.0 Å/s의 속도로 30nm 증착 후 하기 화합물 Q와 C60을 25:75 비율로 동시 증착(co-deposition)하였다. 화합물 Q와 C60의 증착 속도비가 0.5:1.5Å/s가 되도록 진행하였으며, 박막 두께는 100nm로 형성하였다. 그 후 BCP를 1.0Å/s의 속도로 8nm 증착하고, 마지막으로 Al을 1.0Å/s의 속도로 100nm 증착하여 유기 광 다이오드를 제작하였다.
Figure 112017054206087-pat00020
상기 실시예 1 및 2와 비교예 1에서 제작된 유기 광 다이오드의 성능 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
Max EQE(%)
@0V 0V
λ(nm) 		@-1V 1V
λ(nm) 		@-3V -3V
λ(nm)
실시예 1 19.69 360 55.40 360 78.86 360
실시예 2 5.16 370 35.26 370 62.93 370
비교예 1 1.00 380 19.69 380 54.02 380
상기 표 1은 역바이러스를 가한 상태에서 EQE 값을 측정한 결과이다.
상기 표 1에서 @0V는 0V의 역바이러스를 가한 상태에서의 최대 EQE 값을, 0V λ는 이때의 흡수 파장을, @-1V는 -1V의 역바이러스를 가한 상태에서의 최대 EQE 값을, -1V λ는 이때의 흡수 파장을, @-3V는 -3V의 역바이러스를 가한 상태에서의 최대 EQE 값을, -3V λ는 이때의 흡수 파장을 의미한다. 예컨대, 실시예 1의 경우, 0V일 때 최대 높은 EQE 값이 19.69% 이고, 이때의 흡수 파장이 360nm이다. 또한 같은 소자에 -3V의 역바이러스를 가한 상태에서의 EQE 값은 78.86% 이고 이때의 최대 높은 파장은 360nm 임을 알 수 있다.
상기 표 1의 결과로부터 실시예 1과 2 는 비교예 1 소자에 비해 높은 EQE 값을 나타내고 있으므로 우수한 소자를 구현하였음을 알 수 있다.
도 6에는 실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 성능 측정결과를 나타내었다. 구체적으로 -3V의 전압조건에서 측정한 외부양자효율곡선을 나타내었다.
상기 표 1 및 도 6으로부터, 3,6-dibromofuro[3,2-b]furan-2,5-dione와 N 사이에 아릴기를 포함하지 않는 화합물을 적용한 실시예가 3,6-dibromofuro[3,2-b]furan-2,5-dione와 N 사이에 아릴기를 포함하는 비교예에 비하여 성능이 우수함을 확인할 수 있다.
10: 제1 전극
20: 제2 전극
30: 광활성층
40: 기판
50: 게이트 전극
60: 절연층
70: 소스 전극
80: 드레인 전극
90: 유기물층
100: 유기 광전 소자

Claims (14)

  1. 하기 화학식 1-1로 표시되는 화합물:
    [화학식 1-1]
    Figure 112021060128116-pat00037

    상기 화학식 1-1에 있어서,
    a, b, c 및 d는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 1 내지 5의 정수이고,
    a가 2 이상인 경우, R1은 서로 같거나 상이하며,
    b가 2 이상인 경우, R2는 서로 같거나 상이하고,
    c가 2 이상인 경우, R3은 서로 같거나 상이하며,
    d가 2 이상인 경우, R4는 서로 같거나 상이하고,
    R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 이미드기; 아미드기; 히드록시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 아릴옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬티옥시기; 치환 또는 비치환된 아릴티옥시기; 치환 또는 비치환된 알킬술폭시기; 치환 또는 비치환된 아릴술폭시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 실릴기; 치환 또는 비치환된 붕소기; 치환 또는 비치환된 알킬아민기; 치환 또는 비치환된 아랄킬아민기; 치환 또는 비치환된 아릴아민기; 치환 또는 비치환된 헤테로아릴아민기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이며,
    X1 내지 X4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 O 또는 C=O이다.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소 또는 치환 또는 비치환된 알콕시기인 것인 화합물.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 화학식 1-1로 표시되는 화합물은 하기 화합물 중에서 선택되는 어느 하나인 것인 화합물:
    Figure 112021060128116-pat00038
    .
  7. 제1 전극;
    상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 전자 소자로서,
    상기 유기물층 중 1층 이상은 청구항 1, 3 및 6 중 어느 하나의 항에 따른 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 유기 전자 소자는 유기 광전 소자, 유기 트랜지스터, 유기 태양 전지, 및 유기 발광 소자로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 유기 전자 소자.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 유기 전자 소자는 제1 전극;
    상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 광전 소자로서,
    상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 유기물층은 광활성층을 포함하고,
    상기 광활성층은 전자 주개 물질 및 전자 받개 물질을 포함하며,
    상기 전자 주개 물질은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 전자 주개 및 전자 받개는 벌크 헤테로 정션(BHJ)을 구성하는 것인 유기 전자 소자.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 유기 광전 소자는 제1 전극;
    상기 제1 전극과 대향하여 구비되는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 구비되는 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 광 다이오드로서,
    상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자.
  13. 청구항 7에 있어서,
    상기 유기 전자 소자는 게이트 전극; 소스 전극; 드레인 전극; 및 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기트랜지스터로서,
    상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자.
  14. 청구항 7에 따른 유기 전자 소자를 포함하는 유기 이미지 센서.
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