KR20150115477A - 유기 광전 소자 및 이미지 센서 - Google Patents

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Abstract

서로 마주하는 애노드와 캐소드, 그리고 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 위치하는 유기층을 포함하고, 상기 유기층은 가시광 흡수체로서 단독으로 포함되는 화학식 1로 표현되는 화합물, 그리고 2.8eV 이상의 에너지 밴드갭 및 상기 애노드의 일 함수와 화학식 1로 표현되는 화합물의 HOMO 레벨 사이의 HOMO 레벨을 가지는 정공 버퍼 물질 및 2.8eV 이상의 에너지 밴드갭 및 상기 캐소드의 일 함수와 상기 화학식 1로 표현되는 화합물의 LUMO 레벨 사이의 LUMO 레벨을 가지는 전자 버퍼 물질 중 적어도 하나를 포함하는 유기 광전 소자 및 상기 유기 광전 소자를 포함하는 이미지 센서에 관한 것이다.

Description

유기 광전 소자 및 이미지 센서{ORGANIC PHOTOELECTRONIC DEVICE AND IMAGE SENSOR}
유기 광전 소자 및 이미지 센서에 관한 것이다.
광전 소자는 빛과 전기 신호를 변환시키는 소자로, 광 다이오드 및 광 트랜지스터 등을 포함하며, 이미지 센서, 태양 전지, 유기발광소자 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.
일 구현예는 높은 광전변환 효율 및 파장 선택성이 높은 유기 광전 소자를 제공한다.
다른 구현예는 상기 유기 광전 소자를 포함하는 이미지 센서를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 서로 마주하는 애노드와 캐소드, 그리고 상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 위치하는 유기층을 포함하고, 상기 유기층은 가시광 흡수체로서 단독으로 포함되는 하기 화학식 1로 표현되는 화합물, 그리고 2.8eV 이상의 에너지 밴드갭 및 상기 애노드의 일 함수와 상기 화학식 1로 표현되는 화합물의 HOMO 레벨 사이의 HOMO 레벨을 가지는 정공 버퍼 물질 및 2.8eV 이상의 에너지 밴드갭 및 상기 캐소드의 일 함수와 상기 화학식 1로 표현되는 화합물의 LUMO 레벨 사이의 LUMO 레벨을 가지는 전자 버퍼 물질 중 적어도 하나를 포함하는 유기 광전 소자를 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기 또는 이들의 조합이고,
X는 음이온이다.
상기 정공 버퍼 물질 및 상기 전자 버퍼 물질은 각각 약 450nm 내지 800nm의 파장 영역의 가시광을 실질적으로 흡수하지 않을 수 있다.
상기 유기층은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 활성층, 그리고 상기 활성층의 적어도 일면에 위치하는 전하 버퍼층을 포함할 수 있고, 상기 전하 버퍼층은 상기 정공 버퍼 물질을 포함하는 정공 버퍼층 및 상기 전자 버퍼 물질을 포함하는 전자 버퍼층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 활성층은 약 2.8eV 이상의 에너지 밴드갭 및 상기 애노드의 일 함수와 상기 화학식 1로 표현되는 화합물의 HOMO 레벨 사이의 HOMO 레벨을 가지는 정공 버퍼 물질을 더 포함할 수 있다.
상기 활성층에 포함된 상기 정공 버퍼 물질은 상기 활성층에 대하여 약 50 부피% 이하로 포함될 수 있다.
상기 활성층은 약 2.8eV 이상의 에너지 밴드갭 및 상기 캐소드의 일 함수와 상기 화학식 1로 표현되는 화합물의 LUMO 레벨 사이의 LUMO 레벨을 가지는 전자 버퍼 물질을 더 포함할 수 있다.
상기 활성층에 포함된 상기 전자 버퍼 물질은 상기 활성층에 대하여 약 50부피% 이하로 포함될 수 있다.
상기 유기층은 활성층을 포함할 수 있고, 상기 활성층은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물, 그리고 상기 정공 버퍼 물질과 상기 전자 버퍼 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 정공 버퍼 물질의 HOMO 레벨과 상기 화학식 1로 표현되는 화합물의 HOMO 레벨의 차이는 약 0.01 내지 0.89 eV 일 수 있다.
상기 정공 버퍼 물질의 HOMO 레벨은 약 4.7 eV 초과 5.6 eV 미만일 수 있다.
상기 전자 버퍼 물질의 LUMO 레벨과 상기 화학식 1로 표현되는 화합물의 LUMO 레벨의 차이는 약 0.01 내지 0.89 eV 일 수 있다.
상기 전자 버퍼 물질의 LUMO 레벨은 약 3.6 eV 초과 4.3 eV 미만일 수 있다.
상기 화학식 1로 표현되는 화합물은 하기 화학식 1a 내지 1e로 표현되는 화합물 중 하나일 수 있다:
[화학식 1a] [화학식 1b] [화학식 1c]
Figure pat00002
Figure pat00003
Figure pat00004
[화학식 1d] [화학식 1e]
Figure pat00005
Figure pat00006
상기 유기 광전 소자는 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다.
상기 유기 광전 소자는 약 500nm 내지 600nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가질 수 있다.
상기 유기 광전 소자는 50nm 내지 150nm의 반치폭(full width at half maximum, FWHM)을 가지는 흡광 곡선을 나타낼 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 유기 광전 소자를 포함하는 이미지 센서를 제공한다.
상기 이미지 센서는 청색 파장 영역의 광을 감지하는 복수의 제1 광 감지 소자 및 적색 파장 영역의 광을 감지하는 복수의 제2 광 감지 소자가 집적되어 있는 반도체 기판, 상기 반도체 기판의 상부에 위치하고 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 청색 필터와 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 적색 필터를 포함하는 색 필터 층, 그리고 상기 색 필터 층의 상부에 위치하고 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 상기 유기 광전 소자를 포함할 수 있다.
상기 이미지 센서는 상기 유기 광전 소자인 녹색 광전 소자, 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 청색 광전 소자 및 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 적색 광전 소자가 적층되어 있을 수 있다.
높은 광전변환 효율 및 파장 선택성이 높은 유기 광전 소자와 높은 감도를 가지는 소형화 구현 가능한 이미지 센서를 제공한다.
도 1은 일 구현예에 따른 유기 광전 소자를 도시한 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 유기 광전 소자의 예들을 도시한 단면도이고,
도 5는 도 2의 유기 광전 소자의 에너지 레벨을 보여주는 다이아그램이고,
도 6은 도 3의 유기 광전 소자의 에너지 레벨을 보여주는 다이아그램이고,
도 7은 실시예 1 내지 3에 따른 유기 광전 소자의 파장에 따른 포토루미네선스 세기(photoluminescence intensity)를 보여주는 그래프이다.
도 8은 3V에서의 실시예 1 내지 3에 따른 유기 광전 소자의 파장에 따른 외부양자효율(EQE)을 보여주는 그래프이고,
도 9는 최대 흡수 파장(λmax)에서 실시예 1 내지 3에 따른 유기 광전 소자의 인가 전압에 따른 외부양자효율(EQEmax)을 보여주는 그래프이고,
도 10은 3V에서의 실시예 2, 4 및 5에 따른 유기 광전 소자의 파장에 따른 외부양자효율(EQE)을 보여주는 그래프이고,
도 11은 최대 흡수 파장(λmax)에서 실시예 2, 4 및 5에 따른 유기 광전 소자의 인가 전압에 따른 외부양자효율(EQEmax)을 보여주는 그래프이고,
도 12는 실시예 2, 4 및 5에 따른 유기 광전 소자의 반치폭을 보여주는 그래프이고,
도 13은 최대 흡수 파장(λmax)에서 실시예 6 내지 10에 따른 유기 광전 소자의 역바이어스 전압에 따른 외부양자효율(EQEmax)을 보여주는 그래프이고,
도 14는 실시예 11에 따른 유기 광전 소자의 파장에 따른 포토루미네선스 세기를 보여주는 그래프이고,
도 15는 일 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 16은 도 15의 유기 CMOS 이미지 센서의 단면도이고,
도 17은 다른 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 개략적으로 도시한 평면도이다.
이하, 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.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, '치환된'이란, 화합물 중의 수소 원자가 할로겐 원자(F, Br, Cl 또는 I), 히드록시기, 알콕시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20 알케닐기, C2 내지 C20 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C4 알콕시기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C2 내지 C20 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, '헤테로'란, N, O, S 및 P에서 선택된 헤테로 원자를 1 내지 3개 함유한 것을 의미한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
도면에서 본 구현예를 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성 요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하였다.
이하 도면을 참고하여 일 구현예에 따른 유기 광전 소자를 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 유기 광전 소자를 도시한 단면도이다.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 유기 광전 소자(100)는 서로 마주하는 제1 전극(10)과 제2 전극(20), 그리고 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 위치하는 유기층(30)을 포함한다.
제1 전극(10)과 제2 전극(20) 중 어느 하나는 애노드(anode)이고 다른 하나는 캐소드(cathode)이다. 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 중 적어도 하나는 투광 전극일 수 있고, 상기 투광 전극은 예컨대 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide, ITO) 또는 인듐 아연 옥사이드(indium zinc oxide, IZO)와 같은 투명 도전체, 또는 얇은 두께의 단일층 또는 복수층의 금속 박막으로 만들어질 수 있다. 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 중 하나가 불투광 전극인 경우 예컨대 알루미늄(Al)과 같은 불투명 도전체로 만들어질 수 있다.
유기층(30)은 가시광선의 소정 파장 영역의 광을 흡수하는 가시광 흡수체와 가시광선 영역의 광을 실질적으로 흡수하지 않으면서 상기 가시광 흡수체에 의해 발생한 엑시톤을 정공과 전자로 분리시키는 전하 버퍼 물질을 포함한다.
상기 가시광 흡수체는 n형 반도체 또는 p형 반도체로서, 가시광선 영역 중에서 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있으며 약 500nm 내지 600nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 물질일 수 있다.
상기 가시광 흡수체는 하기 화학식 1로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1]
Figure pat00007
상기 화학식 1에서,
R1 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기 또는 이들의 조합이고,
X는 음이온이다.
상기 화학식 1로 표현되는 화합물은 약 500nm 내지 600nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 가시광 흡수체로, 녹색 파장 영역에서 파장 선택성이 높다.
상기 화학식 1로 표현되는 화합물은 n형 반도체 또는 p형 반도체로서 작용할 수 있으며, pn 접합을 형성하기 위한 별도의 p형 반도체 또는 n형 반도체 없이 가시광 흡수체로서 단독으로 포함될 수 있다.
상기 화학식 1로 표현되는 화합물은 예컨대 하기 화학식 1a 내지 1e로 표현되는 화합물 중 하나일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 1a] [화학식 1b] [화학식 1c]
Figure pat00008
Figure pat00009
Figure pat00010
[화학식 1d] [화학식 1e]
Figure pat00011
Figure pat00012
상기 전하 버퍼 물질은 약 450nm 내지 800nm의 파장 영역의 가시광을 실질적으로 흡수하지 않으므로 가시광 흡수체는 아니고, 상기 가시광 흡수체에 의해 발생한 엑시톤을 정공과 전자로 분리시키는 엑시톤 소광제(exciton quencher)로서 역할을 할 수 있다. 상기 전하 버퍼 물질에 의해 엑시톤을 소광시켜 정공과 전자로 분리시킴으로써 애노드로 이동하는 정공 및 캐소드로 이동하는 전자의 개수를 높여 유기 광전 소자의 효율을 높일 수 있다.
상기 전하 버퍼 물질은 투명한 정공 버퍼 물질 및 투명한 전자 버퍼 물질 중 적어도 하나일 수 있다.
일 예로, 상기 전하 버퍼 물질은 약 2.8eV 이상의 에너지 밴드갭을 가져 빛을 투과할 수 있는 투명성을 가지는 동시에 상기 애노드의 일 함수(workfunction)와 상기 제1 화합물의 HOMO 레벨 사이의 HOMO 레벨을 가짐으로써 정공을 분리 및 이동시킬 수 있는 정공 버퍼 물질일 수 있다. 여기서 HOMO 레벨은 진공 레벨(vacuum level)을 0 eV라고 할 때 HOMO 레벨의 절대값을 말한다.
상기 정공 버퍼 물질의 에너지 밴드갭은 예컨대 약 2.8 내지 4.0 eV 일 수 있다.
상기 정공 버퍼 물질의 HOMO 레벨과 상기 화학식 1로 표현되는 화합물의 HOMO 레벨의 차이는 예컨대 약 0.01 내지 0.89 eV일 수 있다. 상기 정공 버퍼 물질의 HOMO 레벨은 예컨대 4.7 eV 초과 5.6 eV 미만일 수 있다.
상기 정공 버퍼 물질은 예컨대 아민계 화합물일 수 있으며, 예컨대 4,4',4"-트리스(N-(2-나프틸)-N-페닐-아미노)-트리페닐아민)(4,4',4"-Tris(N-(2-naphthyl)-N-phenyl-amino)-triphenylamine), N,N-디페닐-N,N-비스(9-페닐-9H-카바졸-3-일)바이페닐-4,4'-디아민)(N,N-diphenyl-N,N-bis(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)biphenyl-4,4'-diamine), N(바이페닐-4-일)9,9-디메틸-N-(4(9-페닐-9H-카바졸-3-일)페닐)-9H-플루오렌-2-아민(N(diphenyl-4-yl)9,9-dimethyl-N-(4(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluorene-2-amine), 디-[4-(N,N-디-p-톨릴-아미노)-페닐]사이클로헥산(Di-[4-(N,N -di-p -tolyl-amino)-phenyl]cyclohexane), 9,9-비스[4-N,N-비스-바이페닐-4-일-아미노페닐]-9H-플루오렌(9,9-Bis[4-N,N-bis-biphenyl-4-yl-amino)phenyl]-9H-fluorene)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 상기 전하 버퍼 물질은 약 2.8eV 이상의 에너지 밴드갭을 가져 빛을 투과할 수 있는 투명성을 가지는 동시에 상기 캐소드의 일 함수와 상기 제1 화합물의 LUMO 레벨 사이의 LUMO 레벨을 가지는 전자 버퍼 물질일 수 있다. 여기서 LUMO 레벨은 진공 레벨(vacuum level)을 0 eV라고 할 때 LUMO 레벨의 절대값을 말한다.
상기 전자 버퍼 물질의 에너지 밴드갭은 예컨대 약 2.8 내지 4.0 eV 일 수 있다.
상기 전자 버퍼 물질의 LUMO 레벨과 상기 화학식 1로 표현되는 화합물의 LUMO 레벨의 차이는 예컨대 약 0.01 내지 0.89 eV일 수 있다. 상기 전자 버퍼 물질의 LUMO 레벨은 예컨대 약 3.6 eV 초과 4.3 eV 미만일 수 있다.
상기 전자 버퍼 물질은 예컨대 카르복실산 무수물일 수 있으며, 예컨대 1,4,5,8-나프탈렌테트라카르복실릭 이무수물(1,4,5,8-Naphthalenetetracarboxylic dianhydride)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 상기 전하 버퍼 물질은 상기 정공 버퍼 물질과 상기 전자 버퍼 물질을 함께 포함할 수도 있다.
상기 가시광 흡수체와 상기 전하 버퍼 물질은 단일층에 혼합물의 형태로 포함될 수도 있고 별개의 층에 각각 포함될 수도 있고 이들의 조합일 수도 있다.
도 2 내지 도 4는 도 1의 유기 광전 소자의 예들을 도시한 단면도이고, 도 5는 도 2의 유기 광전 소자의 에너지 레벨을 보여주는 다이아그램이고, 도 6은 도 3의 유기 광전 소자의 에너지 레벨을 보여주는 다이아그램이다.
도 2를 참고하면, 본 구현예에 따른 유기 광전 소자(100)는 전술한 구현예와 마찬가지로 서로 마주하는 제1 전극(10)과 제2 전극(20), 그리고 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 위치하는 유기층(30)을 포함한다.
제1 전극(10)이 애노드이고 제2 전극(20)이 캐소드일 때, 유기층(30)은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물을 가시광 흡수체로 단독으로 포함하는 활성층(30a)과 활성층(30a)의 일면에 위치하는 정공 버퍼층(30b)을 포함한다. 정공 버퍼층(30b)은 전술한 정공 버퍼 물질을 포함할 수 있다.
도 5를 참고하면, 정공 버퍼층(30b)의 HOMO 레벨은 애노드인 제1 전극(10)의 일 함수와 활성층(30a)의 HOMO 레벨 사이의 HOMO 레벨을 가질 수 있으며, 일 예로 정공 버퍼층(30b)의 HOMO 레벨과 활성층(30a)의 HOMO 레벨의 차이(Δd1)는 예컨대 약 0.01 내지 0.89 eV일 수 있다.
활성층(30a)은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물 외에 정공 버퍼 물질을 더 포함할 수 있다. 활성층(30a)에 포함된 정공 버퍼 물질은 약 2.8eV 이상의 에너지 밴드갭 및 상기 애노드의 일 함수와 상기 화학식 1로 표현되는 화합물의 HOMO 레벨 사이의 HOMO 레벨을 가지는 물질일 수 있으며, 정공 버퍼층(30b)에 포함된 정공 버퍼 물질과 동일한 물질이거나 다른 물질일 수 있다.
활성층(30a)에 포함된 정공 버퍼 물질은 활성층(30a)에 대하여 약 50부피% 이하로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서 약 0.01부피% 내지 20부피%로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 약 0.01부피% 내지 10부피%로 포함될 수 있다.
도 3을 참고하면, 본 구현예에 따른 유기 광전 소자(100)는 전술한 구현예와 마찬가지로 서로 마주하는 제1 전극(10)과 제2 전극(20), 그리고 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 위치하는 유기층(30)을 포함한다.
제1 전극(10)이 애노드이고 제2 전극(20)이 캐소드일 때, 유기층(30)은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물을 가시광 흡수체로 단독으로 포함하는 활성층(30a)과 활성층(30a)의 일면에 위치하는 전자 버퍼층(30c)을 포함한다. 전자 버퍼층(30c)은 전술한 전자 버퍼 물질을 포함할 수 있다.
도 6을 참고하면, 전자 버퍼층(30c)의 LUMO 레벨은 캐소드인 제2 전극(20)의 일 함수와 활성층(30a)의 LUMO 레벨 사이의 LUMO 레벨을 가질 수 있으며, 일 예로 전자 버퍼층(30c)의 LUMO 레벨과 활성층(30a)의 LUMO 레벨의 차이(Δd2)는 예컨대 약 0.01 내지 0.89 eV일 수 있다.
활성층(30a)은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물 외에 전자 버퍼 물질을 더 포함할 수 있다. 활성층(30a)에 포함된 전자 버퍼 물질은 약 2.8eV 이상의 에너지 밴드갭 및 상기 캐소드의 일 함수와 상기 화학식 1로 표현되는 화합물의 LUMO 레벨 사이의 LUMO 레벨을 가지는 물질일 수 있으며, 전자 버퍼층(30c)에 포함된 전자 버퍼 물질과 동일한 물질이거나 다른 물질일 수 있다.
활성층(30a)에 포함된 전자 버퍼 물질은 활성층(30a)에 대하여 약 50부피% 이하로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서 약 0.01부피% 내지 20부피%로 포함될 수 있고, 상기 범위 내에서 약 0.01부피% 내지 10부피%로 포함될 수 있다.
도 4를 참고하면, 본 구현예에 따른 유기 광전 소자(100)는 전술한 구현예와 마찬가지로 서로 마주하는 제1 전극(10)과 제2 전극(20), 그리고 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 위치하는 유기층(30)을 포함한다.
제1 전극(10)이 애노드이고 제2 전극(20)이 캐소드일 때, 유기층(30)은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물을 가시광 흡수체로 단독으로 포함하는 활성층(30a), 활성층(30a)의 일면에 위치하는 정공 버퍼층(30b), 그리고 활성층(30a)의 다른 일면에 위치하는 전자 버퍼층(30c)을 포함한다. 정공 버퍼층(30b)은 전술한 정공 버퍼 물질을 포함할 수 있고, 전자 버퍼층(30c)은 전술한 전자 버퍼 물질을 포함할 수 있다.
활성층(30a)은 약 500nm 내지 600nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 녹색 파장의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다.
활성층(30a)은 약 50nm 내지 150nm의 비교적 작은 반치폭(FWHM)을 가지는 흡광 곡선을 나타낼 수 있다. 여기서 반치폭은 최대 흡광 지점의 반(half)에 대응하는 파장의 폭(width)으로, 반치폭이 작으면 좁은 파장 영역의 빛을 선택적으로 흡수하여 파장 선택성이 높다는 것을 의미한다. 상기 범위의 반치폭을 가짐으로써 녹색 파장 영역에 대한 선택성을 높일 수 있다.
유기 광전 소자(100)는 제1 전극(10) 및/또는 제2 전극(20) 측으로부터 빛이 입사되어 활성층(30a)이 소정 파장 영역의 빛을 흡수하면 내부에서 엑시톤이 생성될 수 있다. 엑시톤은 활성층(30a)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.
상기 유기 광전 소자는 태양 전지, 이미지 센서, 광 검출기, 광 센서 및 유기발광다이오드 등에 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하 상기 유기 광전 소자를 적용한 이미지 센서의 일 예에 대하여 도면을 참고하여 설명한다. 여기서는 이미지 센서의 일 예로 유기 CMOS 이미지 센서에 대하여 설명한다.
도 15는 일 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 16은 도 15의 유기 CMOS 이미지 센서의 단면도이다.
도 15 및 도 16을 참고하면, 일 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서(200)는 광 감지 소자(50B, 50R), 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있는 반도체 기판(110), 하부 절연층(60), 색 필터(70), 상부 절연층(80) 및 유기 광전 소자(100)를 포함한다.
반도체 기판(110)은 실리콘 기판일 수 있으며, 광 감지 소자(50), 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있다. 광 감지 소자(50)는 광 다이오드일 수 있다.
광 감지 소자(50B, 50R), 전송 트랜지스터 및/또는 전하 저장소(55)는 각 화소마다 집적되어 있을 수 있으며, 일 예로 도면에서 보는 바와 같이 광 감지 소자(50B, 50R)는 청색 화소 및 적색 화소에 포함될 수 있고 전하 저장소(55)는 녹색 화소에 포함될 수 있다.
광 감지 소자(50B, 50R)는 빛을 센싱하고 센싱된 정보는 전송 트랜지스터에 의해 전달될 수 있고, 전하 저장소(55)는 후술하는 유기 광전 소자(100)와 전기적으로 연결되어 있고 전하 저장소(55)의 정보는 전송 트랜지스터에 의해 전달될 수 있다.
반도체 기판(110) 위에는 또한 금속 배선(도시하지 않음) 및 패드(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 금속 배선 및 패드는 신호 지연을 줄이기 위하여 낮은 비저항을 가지는 금속, 예컨대 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(g) 및 이들의 합금으로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그러나 상기 구조에 한정되지 않고, 금속 배선 및 패드가 광 감지 소자(50B, 50R)의 하부에 위치할 수도 있다.
금속 배선 및 패드 위에는 하부 절연층(60)이 형성되어 있다. 하부 절연층(60)은 산화규소 및/또는 질화규소와 같은 무기 절연 물질 또는 SiC, SiCOH, SiCO 및 SiOF와 같은 저유전율(low K) 물질로 만들어질 수 있다. 하부 절연층(60)은 전하 저장소(55)를 드러내는 트렌치를 가진다. 트렌치는 충전재로 채워져 있을 수 있다.
하부 절연막(60) 위에는 색 필터(70)가 형성되어 있다. 색 필터(70)는 청색 화소에 형성되어 있는 청색 필터(70B)와 적색 화소에 형성되어 있는 적색 필터(70R)를 포함한다. 본 구현예에서는 녹색 필터를 구비하지 않은 예를 설명하지만, 경우에 따라 녹색 필터를 구비할 수도 있다.
색 필터(70) 위에는 상부 절연층(80)이 형성되어 있다. 상부 절연층(80)은 색 필터(50)에 의한 단차를 제거하고 평탄화한다. 상부 절연층(80) 및 하부 절연층(60)은 패드를 드러내는 접촉구(도시하지 않음)와 녹색 화소의 전하 저장소(55)를 드러내는 관통구(85)를 가진다.
상부 절연층(80) 위에는 전술한 유기 광전 소자(100)가 형성되어 있다. 유기 광전 소자(100)는 전술한 바와 같이 제1 전극(10), 유기층(30) 및 제2 전극(20)을 포함한다.
제1 전극(10)과 제2 전극(20)은 모두 투명 전극일 수 있으며, 유기층(30)은 전술한 바와 같이 가시광선의 소정 파장 영역의 광을 흡수하는 가시광 흡수체와 가시광선 영역의 광을 실질적으로 흡수하지 않으면서 상기 가시광 흡수체에 의해 발생한 엑시톤을 정공과 전자로 분리시키는 전하 버퍼 물질을 포함할 수 있다.
상기 가시광 흡수체와 상기 전하 버퍼 물질은 단일층에 혼합물의 형태로 포함될 수도 있고 별개의 층에 각각 포함될 수도 있고 이들의 조합일 수도 있으며, 예컨대 유기층(30)은 전술한 바와 같이 활성층(30a), 정공 버퍼층(30b)/활성층(30a), 활성층(30a)/전자 버퍼층(30c) 또는 정공 버퍼층(30b)/활성층(30a)/전자 버퍼층(30c) 일 수 있다.
상기 가시광 흡수체를 포함하는 활성층은 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있고 녹색 화소의 색 필터를 대체할 수 있다.
제2 전극(20) 측으로부터 입사된 광은 활성층에서 녹색 파장 영역의 빛이 주로 흡수되어 광전 변환될 수 있고 나머지 파장 영역의 빛은 제1 전극(10)을 통과하여 광 감지 소자(50)에 센싱될 수 있다.
상기와 같이 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 소자가 적층된 구조를 가짐으로써 이미지 센서의 크기를 줄여 소형화 이미지 센서를 구현할 수 있는 동시에 감도를 높이고 크로스토크를 줄일 수 있다.
도 17은 다른 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 개략적으로 도시한 평면도이다.
본 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서는 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 녹색 광전 소자, 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 청색 광전 소자 및 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 적색 광전 소자가 적층되어 있는 구조이다.
도면에서는 적색 광전 소자, 녹색 광전 소자 및 청색 광전 소자가 차례로 적층된 구조를 도시하였지만, 이에 한정되지 않고 적층 순서는 다양하게 바뀔 수 있다.
상기 녹색 광전 소자는 전술한 유기 광전 소자(100)일 수 있고, 상기 청색 광전 소자는 서로 마주하는 전극들과 그 사이에 개재되어 있는 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 물질을 포함하는 활성층을 포함할 수 있으며, 상기 적색 광전 소자는 서로 마주하는 전극들과 그 사이에 개재되어 있는 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 물질을 포함하는 활성층을 포함할 수 있다.
상기와 같이 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 소자, 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 소자 및 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 소자가 적층된 구조를 가짐으로써 이미지 센서의 크기를 더욱 줄여 소형화 이미지 센서를 구현할 수 있는 동시에 감도를 높이고 크로스토크를 줄일 수 있다.
이하 실시예를 통하여 상술한 본 발명의 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
유기 광전 소자의 제작
실시예 1
유리 기판 위에 ITO (일 함수: 4.7eV)를 스퍼터링으로 적층하여 약 100nm 두께의 애노드를 형성하고 그 위에 BPAPF (9,9-Bis[4-N,N-bis-biphenyl-4-yl-amino)phenyl]-9H-fluorene)(LUMTEC) (HOMO: 5.56eV, LUMO: 2.4eV)을 증착하여 50nm 두께의 정공 버퍼층을 형성한다. 이어서 정공 버퍼층 위에 하기 화학식 1a로 표현되는 화합물(HOMO: 5.6eV. LUMO: 3.6eV)을 증착하여 50nm 두께의 활성층을 형성한다. 이어서 활성층 위에 알루미늄 도핑된 몰리브덴산화물(MoOx:Al, Al도핑량: 50wt%)을 증착하여 5nm 두께의 보조층을 형성하고, 상기 보조층 위에 알루미늄(Al)을 열증착하여 70nm 두께의 캐소드를 형성하여 유기 광전 소자를 제작한다.
[화학식 1a]
Figure pat00013

실시예 2
정공 버퍼층으로 BPAPF 대신 HT211 (N(diphenyl-4-yl)9,9-dimethyl-N-(4(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluorene-2-amine) (HOMO: 5.4eV, LUMO: 2.4eV)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
실시예 3
정공 버퍼층으로 BPAPF 대신 HT01 (N,N-diphenyl-N,N-bis(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)biphenyl-4,4'-diamine) (HOMO: 5.2eV, LUMO: 2.2eV)을 증착한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
실시예 4
정공 버퍼층으로 BPAPF 대신 HT211 (N(diphenyl-4-yl)9,9-dimethyl-N-(4(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)phenyl)-9H-fluorene-2-amine) (HOMO: 5.4eV, LUMO: 2.4eV)을 사용하고 활성층으로 상기 화학식 1a로 표현되는 화합물 대신 상기 화학식 1a로 표현되는 화합물에 HT211이 10 부피% 도핑되어 있는 혼합물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
실시예 5
정공 버퍼층으로 BPAPF 대신 HT01 (N,N-diphenyl-N,N-bis(9-phenyl-9H-carbazol-3-yl)biphenyl-4,4'-diamine)) (HOMO: 5.2eV, LUMO: 2.2eV)을 사용하고 활성층으로 상기 화학식 1a로 표현되는 화합물 대신 상기 화학식 1a로 표현되는 화합물에 HT01이 10 부피% 도핑되어 있는 혼합물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
실시예 6
실시예 6은 실시예 1과 달리 인버스(inversed) 타입의 유기 광전 소자이다.
유리 기판 위에 ITO (일 함수: 4.7eV)를 스퍼터링으로 적층하여 약 100nm 두께의 캐소드를 형성하고 그 위에 알루미늄 도핑된 몰리브덴산화물(MoOx:Al, Al도핑량: 50wt%)을 증착하여 5nm 두께의 보조층을 형성한다. 이어서 상기 화학식 1a로 표현되는 화합물(HOMO: 5.6eV. LUMO: 3.6eV)을 증착하여 50nm 두께의 활성층을 형성한다. 이어서 상기 활성층 위에 HT211 (HOMO: 5.4eV, LUMO: 2.4eV)을 증착하여 50nm 두께의 정공 버퍼층을 형성한다. 이어서 정공 버퍼층 위에 알루미늄(Al)을 열증착하여 80nm 두께의 애노드를 형성하여 유기 광전 소자를 제작한다.
실시예 7
활성층으로 상기 화학식 1a로 표현되는 화합물 대신 상기 화학식 1a로 표현되는 화합물에 HT211 (HOMO: 5.4eV, LUMO: 2.4eV) 10 부피%를 도핑하여 형성한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
실시예 8
활성층으로 상기 화학식 1a로 표현되는 화합물 대신 상기 화학식 1a로 표현되는 화합물에 HT211 (HOMO: 5.4eV, LUMO: 2.4eV) 20 부피%를 도핑하여 형성한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
실시예 9
활성층으로 상기 화학식 1a로 표현되는 화합물 대신 상기 화학식 1a로 표현되는 화합물에 HT211 (HOMO: 5.4eV, LUMO: 2.4eV) 30 부피%를 도핑하여 형성한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
실시예 10
활성층으로 상기 화학식 1a로 표현되는 화합물 대신 상기 화학식 1a로 표현되는 화합물에 HT211 (HOMO: 5.4eV, LUMO: 2.4eV) 50 부피%를 도핑하여 형성한 것을 제외하고는 실시예 6과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
실시예 11
유리 기판 위에 ITO (일 함수: 4.7eV)를 스퍼터링으로 적층하여 약 100nm 두께의 애노드를 형성하고 그 위에 상기 화학식 1a로 표현되는 화합물(HOMO: 5.6eV. LUMO: 3.6eV)을 증착하여 50nm 두께의 활성층을 형성한다. 이어서 활성층 위에 NTCDA (1,4,5,8-Naphthalenetetracarboxylic dianhydride) 20nm 두께로 증착하여 전자 버퍼층을 형성한다. 이어서 전자 버퍼층 위에 알루미늄 도핑된 몰리브덴산화물(MoOx:Al, Al도핑량: 50wt%)을 증착하여 5nm 두께의 보조층을 형성하고, 상기 보조층 위에 알루미늄(Al)을 열증착하여 70nm 두께의 캐소드를 형성하여 유기 광전 소자를 제작한다.
평가
평가 1
실시예 1 내지 3에 따른 유기 광전 소자의 파장에 따른 포토루미네선스 세기(photoluminescence intensity)를 평가한다.
포토루미네선스 세기는 F-7000 Fluorescence Spectrophotometer (Hitachi)를 사용하여 평가한다.
도 7은 실시예 1 내지 3에 따른 유기 광전 소자의 파장에 따른 포토루미네선스 세기를 보여주는 그래프이다.
포토루미네선스 세기는 엑시톤이 소광되어 정공과 전자로 분리된 정도를 보여줄 수 있으며, 포토루미네선스 세기가 낮을수록 정공과 전자로 잘 분리된 것을 의미한다.
도 7을 참고하면, 실시예 1 내지 3에 따른 유기 광전 소자는 비교적 낮은 포토루미네선스 세기를 나타내는 것을 확인할 수 있으며, 예컨대 최대 포토루미네선스 세기가 300 a.u 보다 낮은 것을 확인할 수 있다.
이로부터 실시예 1 내지 3에 따른 유기 광전 소자는 정공과 전자가 효과적으로 분리되어 높은 효율을 가질 수 있음을 예상할 수 있다.
평가 2
실시예 1 내지 5에 따른 유기 광전 소자의 외부양자효율(EQE) 및 반치폭(FHWM)을 평가한다.
외부양자효율(EQE)은 IPCE measurement system (McScience사, 한국) 설비를 이용하여 측정한다. 먼저, Si 광 다이오드 (Hamamatsu사, 일본)를 이용하여 설비를 보정(calibration)한 후 실시예 1 내지 3에 따른 유기 광전 소자를 설비에 장착하고 파장범위 약 350 내지 800nm 영역에서 외부양자효율을 측정한다.
반치폭(FHWM)은 외부양자효율 그래프에서 최대 흡광 지점의 반(half)에 대응하는 파장의 폭(width)을 측정한다.
도 8은 3V에서의 실시예 1 내지 3에 따른 유기 광전 소자의 파장에 따른 외부양자효율(EQE)을 보여주는 그래프이고, 도 9는 최대 흡수 파장(λmax)에서 실시예 1 내지 3에 따른 유기 광전 소자의 인가 전압에 따른 외부양자효율(EQEmax)을 보여주는 그래프이고, 도 10은 3V에서의 실시예 2, 4 및 5에 따른 유기 광전 소자의 파장에 따른 외부양자효율(EQE)을 보여주는 그래프이고, 도 11은 최대 흡수 파장(λmax)에서 실시예 2, 4 및 5에 따른 유기 광전 소자의 인가 전압에 따른 외부양자효율(EQEmax)을 보여주는 그래프이고, 도 12는 실시예 2, 4 및 5에 따른 유기 광전 소자의 반치폭을 보여주는 그래프이다.
도 8 내지 도 11을 참고하면, 실시예 1 내지 5에 따른 유기 광전 소자는 약 500nm 내지 600nm의 녹색 파장 영역에서 양호한 외부양자효율(EQE)을 보이는 것을 확인할 수 있다.
도 12를 참고하면, 실시예 2, 4 및 5에 따른 유기 광전 소자는 150nm 이하의 비교적 작은 반치폭을 가짐을 확인할 수 있다. 이로부터 녹색 파장 영역의 광에 대한 파장 선택성이 높음을 확인할 수 있다.
평가 3
실시예 6 내지 10에 따른 유기 광전 소자의 외부양자효율(EQE)을 평가한다.
도 13은 최대 흡수 파장(λmax)에서 실시예 6 내지 10에 따른 유기 광전 소자의 역바이어스 전압에 따른 외부양자효율(EQEmax)을 보여주는 그래프이다.
도 13을 참고하면, 실시예 6 내지 10에 따른 유기 광전 소자는 녹색 파장 영역에서 양호한 외부양자효율(EQE)을 보이는 것을 확인할 수 있다.
평가 4
실시예 11에 따른 유기 광전 소자의 포토루미네선스 세기를 평가한다.
도 14는 실시예 11에 따른 유기 광전 소자의 파장에 따른 포토루미네선스 세기를 보여주는 그래프이다.
포토루미네선스 세기는 엑시톤이 소광되어 정공과 전자로 분리된 정도를 보여줄 수 있으며, 포토루미네선스 세기가 낮을수록 정공과 전자로 잘 분리된 것을 의미한다.
도 14를 참고하면, 실시예 11에 따른 유기 광전 소자는 매우 낮은 포토루미네선스 세기를 나타내는 것을 확인할 수 있으며, 예컨대 거의 0에 가까운 포토루미네선스 세기를 가지는 것을 확인할 수 있다.
이로부터 실시예 11에 따른 유기 광전 소자는 정공과 전자가 효과적으로 분리되어 높은 효율을 가질 수 있음을 예상할 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: 제1 전극 20: 제2 전극
30: 유기층 30a: 활성층
30b: 정공 버퍼층 30c: 전자 버퍼층
100: 유기 광전 소자
200: 유기 CMOS 이미지 센서

Claims (19)

  1. 서로 마주하는 애노드와 캐소드, 그리고
    상기 애노드와 상기 캐소드 사이에 위치하는 유기층
    을 포함하고,
    상기 유기층은
    가시광 흡수체로서 단독으로 포함되는 하기 화학식 1로 표현되는 화합물, 그리고
    2.8eV 이상의 에너지 밴드갭 및 상기 애노드의 일 함수와 상기 화학식 1로 표현되는 화합물의 HOMO 레벨 사이의 HOMO 레벨을 가지는 정공 버퍼 물질 및 2.8eV 이상의 에너지 밴드갭 및 상기 캐소드의 일 함수와 상기 화학식 1로 표현되는 화합물의 LUMO 레벨 사이의 LUMO 레벨을 가지는 전자 버퍼 물질 중 적어도 하나
    를 포함하는 유기 광전 소자.
    [화학식 1]
    Figure pat00014

    상기 화학식 1에서,
    R1 내지 R12는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐 원자, 할로겐 함유기 또는 이들의 조합이고,
    X는 음이온이다.
  2. 제1항에서,
    상기 정공 버퍼 물질 및 상기 전자 버퍼 물질은 각각 450nm 내지 800nm의 파장 영역의 가시광을 실질적으로 흡수하지 않는 유기 광전 소자.
  3. 제1항에서,
    상기 유기층은
    상기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 활성층, 그리고
    상기 활성층의 적어도 일면에 위치하는 전하 버퍼층
    을 포함하고,
    상기 전하 버퍼층은 상기 정공 버퍼 물질을 포함하는 정공 버퍼층 및 상기 전자 버퍼 물질을 포함하는 전자 버퍼층 중 적어도 하나를 포함하는
    유기 광전 소자.
  4. 제3항에서,
    상기 활성층은 2.8eV 이상의 에너지 밴드갭 및 상기 애노드의 일 함수와 상기 화학식 1로 표현되는 화합물의 HOMO 레벨 사이의 HOMO 레벨을 가지는 정공 버퍼 물질을 더 포함하는
    유기 광전 소자.
  5. 제4항에서,
    상기 활성층에 포함된 상기 정공 버퍼 물질은 상기 활성층에 대하여 50 부피% 이하로 포함되는 유기 광전 소자.
  6. 제3항에서,
    상기 활성층은 2.8eV 이상의 에너지 밴드갭 및 상기 캐소드의 일 함수와 상기 화학식 1로 표현되는 화합물의 LUMO 레벨 사이의 LUMO 레벨을 가지는 전자 버퍼 물질을 더 포함하는
    유기 광전 소자.
  7. 제6항에서,
    상기 활성층에 포함된 상기 전자 버퍼 물질은 상기 활성층에 대하여 50부피% 이하로 포함되는 유기 광전 소자.
  8. 제1항에서,
    상기 유기층은 활성층을 포함하고,
    상기 활성층은
    상기 화학식 1로 표현되는 화합물, 그리고
    상기 정공 버퍼 물질과 상기 전자 버퍼 물질 중 적어도 하나
    를 포함하는 유기 광전 소자.
  9. 제1항에서,
    상기 정공 버퍼 물질의 HOMO 레벨과 상기 화학식 1로 표현되는 화합물의 HOMO 레벨의 차이는 0.01 내지 0.89 eV인 유기 광전 소자.
  10. 제1항에서,
    상기 정공 버퍼 물질의 HOMO 레벨은 4.7 eV 초과 5.6 eV 미만인 유기 광전 소자.
  11. 제1항에서,
    상기 전자 버퍼 물질의 LUMO 레벨과 상기 화학식 1로 표현되는 화합물의 LUMO 레벨의 차이는 0.01 내지 0.89 eV인 유기 광전 소자.
  12. 제1항에서,
    상기 전자 버퍼 물질의 LUMO 레벨은 3.6eV 초과 4.3eV 미만인 유기 광전 소자.
  13. 제1항에서,
    상기 화학식 1로 표현되는 화합물은 하기 화학식 1a 내지 1e로 표현되는 화합물 중 하나인 유기 광전 소자:
    [화학식 1a] [화학식 1b] [화학식 1c]
    Figure pat00015
    Figure pat00016
    Figure pat00017

    [화학식 1d] [화학식 1e]
    Figure pat00018
    Figure pat00019

  14. 제1항에서,
    녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 소자.
  15. 제1항에서,
    500nm 내지 600nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 유기 광전 소자.
  16. 제1항에서,
    50nm 내지 150nm의 반치폭(full width at half maximum, FWHM)을 가지는 흡광 곡선을 나타내는 유기 광전 소자.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 유기 광전 소자를 포함하는 이미지 센서.
  18. 제17항에서,
    청색 파장 영역의 광을 감지하는 복수의 제1 광 감지 소자 및 적색 파장 영역의 광을 감지하는 복수의 제2 광 감지 소자가 집적되어 있는 반도체 기판,
    상기 반도체 기판의 상부에 위치하고 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 청색 필터와 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 적색 필터를 포함하는 색 필터 층, 그리고
    상기 색 필터 층의 상부에 위치하고 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 상기 유기 광전 소자
    를 포함하는 이미지 센서.
  19. 제17항에서,
    상기 유기 광전 소자인 녹색 광전 소자, 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 청색 광전 소자 및 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 적색 광전 소자가 적층되어 있는 이미지 센서.


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