KR20190013529A - 화합물 및 이를 포함하는 유기 전자 소자 - Google Patents

화합물 및 이를 포함하는 유기 전자 소자 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 화합물 및 이를 포함하는 유기 전자 소자에 관한 것이다.

Description

화합물 및 이를 포함하는 유기 전자 소자{COMPOUND AND ORGANIC ELECTRONIC DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 출원은 2017년 7월 28일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제 10-2017-0096136호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
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.
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 제공하고자 한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에 있어서,
n은 0 내지 3의 정수이고,
L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 직접결합; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기이거나, 인접한 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,
L11 및 L12는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 치환 또는 비치환된 2가의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 알킬렌기; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기이고,
R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접한 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,
R5 내지 R8은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 티오알콕시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접한 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
m1 및 m2는 각각 1 내지 9의 정수이며,
m1 및 m2가 각각 2 이상인 경우, 2 이상의 L11 및 L12는 각각 서로 같거나 상이하고,
A1 및 A2는 서로 같거나 상이하고, 각각 전자 받개로서 작용하는 구조이다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 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 전술한 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물은 유기 광전 소자를 비롯한 유기 전자 소자에 사용되어, 낮은 암전류를 제공할 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물은 유기 광전 소자를 비롯한 유기 전자 소자에 사용되어, 높은 흡광계수를 제공할 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물은 유기 광전 소자를 비롯한 유기 전자 소자에 사용되어, 소자의 수명 특성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물은 2개의 전자 주개로 작용하는 N의 비공유전자쌍이 코어구조로 전달이 되면 이를 양쪽 말단의 전자 받개 작용기가 효과적으로 끌어주어, 유효 공액 길이(effective conjugation length)를 늘리며 효과적인 push-pull-push 시스템을 이룰 수 있다.
도 1은 본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 광전 소자를 도시한 것이다.
도 2는 상기 화합물 1의 FT-NMR 데이터를 나타낸 도이다.
도 3은 상기 화합물 2의 FT-NMR 데이터를 나타낸 도이다.
도 4는 상기 실시예 1 및 2에서 제조된 유기 광전 소자의 광전류 및 암전류에서의 전압에 따른 전류 밀도 그래프이다.
도 5는 상기 실시예 1에서 제조된 유기 광전 소자의 파장 및 전압에 따른 외부 양자 효율(EQE)을 나타낸 그래프이다.
이하, 본 명세서에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 명세서는 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 제공한다.
본 명세서의 화학식 1로 표시되는 화합물은 특정 파장을 흡수하는 종래의 화합물과 달리 전 파장을 흡수할 수 있는 팬크로(panchromatic) 화합물이다.
본 명세서의 화학식 1로 표시되는 화합물은 양 끝에 위치하는 아민기가 전자 주개로 작용함으로써, 분자 간의 쌍극자 모멘트(dipole moment)가 증가되어 밴드갭(band gap)을 줄이고, 분자 간 상호작용을 증가시켜 전 파장의 빛을 흡수할 수 있다. 또한, 상기 아민기의 N의 비공유 전자쌍이 분자의 π-시스템과 효과적인 컨쥬게이션을 이룰 수 있게 하므로, 분자간 상호작용이 효과적으로 이루어지게 되어, 흡수하는 빛의 파장 폭도 넓다.
또한, 본 명세서의 화학식 1로 표시되는 화합물은 2개의 전자 주개로 작용하는 N의 비공유전자쌍이 코어구조로 전달이 되면, 양쪽 말단의 전자 받개로 작용하는 A1 및 A2가 이를 효과적으로 끌어주어, 유효 공액 길이(effective conjugation length)를 늘리며 효과적인 push-pull-push 시스템을 이룰 수 있다.
또한, 본 명세서의 화학식 1로 표시되는 화합물은 코어구조를 기준으로 일정의 dihedral angle을 지니며 twist되어 있기 때문에, 분자간 상호작용을 이루는 정도의 조절, 즉 분자간 stacking을 이루는 정도의 조절이 가능하므로, crystallinity의 조절이 가능하여 소자에서의 암전류를 컨트롤 할 수 있다.
따라서, 본 명세서의 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하는 유기 전자 소자는 전 파장의 빛을 흡수하여, 소자의 효율을 개선할 수 있다.
본 명세서에서 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.
본 명세서에서 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 명세서에서 치환기의 예시들은 아래에서 설명하나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서,
Figure pat00002
는 연결되는 부위를 의미한다.
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 같거나 상이할 수 있다.
본 명세서에서 "치환 또는 비치환된" 이라는 용어는 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 니트로기; 히드록시기; 카보닐기; 에스테르기; 실릴기; 붕소기; 알콕시기; 티오알콕시기; 포스핀옥사이드기; 아릴티옥시기; 알케닐기; 알킬기; 시클로알킬기; 아민기; 아릴기; 및 N, O, S, Se 및 Si 원자 중 1개 이상을 포함하는 헤테로고리기로 이루어진 군에서 선택된 1 또는 2 이상의 치환기로 치환되었거나 상기 예시된 치환기 중 2 이상의 치환기가 연결된 치환기로 치환되거나, 또는 어떠한 치환기도 갖지 않는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서, 할로겐기의 예로는 불소, 염소, 브롬, 또는 요오드가 있다.
본 명세서에 있어서, 카보닐기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 50인 것이 바람직하다. 구체적으로 하기와 같은 구조의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00003
본 명세서에 있어서, 에스테르기의 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 1 내지 50인 것이 바람직하다. 구체적으로, 하기 구조식의 화합물이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
Figure pat00004
본 명세서에 있어서, 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, 시클로헥실메틸, 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, 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, 시클로옥틸 등이 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 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, 스티레닐기 등이 있으나 이들에 한정되지 않는다.
본 명세서에 있어서, 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, p-메틸벤질옥시 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 실릴기는 Si를 포함하고 상기 Si 원자가 라디칼로서 직접 연결되는 치환기이며, -SiR201R202R203로 표시되고, R201 내지 R203은 서로 같거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 알킬기; 알케닐기; 알콕시기; 시클로알킬기; 아릴기; 및 헤테로고리기 중 적어도 하나로 이루어진 치환기일 수 있다. 실릴기의 구체적인 예로는 트리메틸실릴기, 트리에틸실릴기, t-부틸디메틸실릴기, 비닐디메틸실릴기, 프로필디메틸실릴기, 트리페닐실릴기, 디페닐실릴기, 페닐실릴기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 붕소기는 -BR204R205일 수 있으며, 상기 R204 및 R205는 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐; 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 헤테로고리기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본 명세서에서 아릴기가 단환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 탄소수 6 내지 50인 것이 바람직하다. 구체적으로 단환식 아릴기로는 페닐기, 비페닐기, 터페닐기, 쿼터페닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 아릴기가 다환식 아릴기인 경우 탄소수는 특별히 한정되지 않으나. 탄소수 10 내지 50인 것이 바람직하다. 구체적으로 다환식 아릴기로는 나프틸기, 안트라세닐기, 페난트릴기, 파이레닐기, 페릴레닐기, 크라이세닐기, 플루오레닐기 등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 상기 플루오레닐기는 치환될 수 있으며, 인접한 치환기들이 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
상기 플루오레닐기가 치환되는 경우,
Figure pat00005
,
Figure pat00006
,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
,
Figure pat00009
,
Figure pat00010
등이 될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로고리기는 이종원자로 N, O, S, Si 및 Se 중 1개 이상을 포함하는 것으로서, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나 탄소수 2 내지 60인 것이 바람직하다. 헤테로고리기의 예로는 티오펜기, 퓨란기, 피롤기, 이미다졸기, 티아졸기, 옥사졸기, 옥사디아졸기, 트리아졸기, 피리딘기, 비피리딘기, 피리미딘기, 트리아진기, 아크리딜기, 피리다진기, 피라지닐기, 퀴놀리닐기, 퀴나졸린기, 퀴녹살리닐기, 프탈라지닐기, 피리도 피리미디닐기, 피리도 피라지닐기, 피라지노 피라지닐기, 이소퀴놀린기, 인돌기, 카바졸기, 벤즈옥사졸기, 벤즈이미다졸기, 벤조티아졸기, 벤조카바졸기, 벤조티오펜기, 디벤조티오펜기, 벤조퓨란기, 페난쓰롤린기(phenanthroline), 티아졸릴기, 이소옥사졸릴기, 옥사디아졸릴기, 티아디아졸릴기 및 디벤조퓨란기 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴기는 방향족인 것을 제외하고는 상기 헤테로고리기의 예시 중에서 선택될 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 인접한 기가 서로 결합하여 고리를 형성하는 것의 의미는 전술한 바와 같이 인접한 기가 서로 결합하여, 5원 내지 8원의 탄화수소 고리 또는 5원 내지 8원의 헤테로고리를 형성하는 것을 의미하며, 단환 또는 다환일 수 있으며, 지방족, 방향족 또는 이들의 축합된 형태일 수 있으며 이를 한정하지 않는다.
본 명세서에서 탄화수소고리 또는 헤테로고리는 1 가기인 것을 제외하고, 전술한 시클로알킬기, 아릴기 또는 헤테로아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있으며, 단환 또는 다환, 지방족 또는 방향족 또는 이들의 축합된 형태일 수 있으나. 이들에만 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아민기는 -NR206R207로 표시되고, R206 및 R207은 서로 같거나 상이하며, 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐기, 알킬기, 알케닐기, 알콕시기, 시클로알킬기, 아릴기, 및 헤테로고리기 중 적어도 하나로 이루어진 치환기일 수 있다. 예컨대, -NH2, 모노알킬아민기, 디알킬아민기, N-알킬아릴아민기, 모노아릴아민기, 디아릴아민기, N-아릴헤테로아릴아민기, N-알킬헤테로아릴아민기, 모노헤테로아릴아민기 및 디헤테로아릴아민기로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있으며, 탄소수는 특별히 한정되지 않으나, 1 내지 30인 것이 바람직하다. 아민기의 구체적인 예로는 메틸아민기, 디메틸아민기, 에틸아민기, 디에틸아민기, 페닐아민기, 나프틸아민기, 비페닐아민기, 안트라세닐아민기, 9-메틸-안트라세닐아민기, 디페닐아민기, 디톨릴아민기, N-페닐톨릴아민기, 트리페닐아민기, N-페닐비페닐아민기, N-페닐나프틸아민기, N-비페닐나프틸아민기, N-나프틸플루오레닐아민기, N-페닐페난트레닐아민기, N-비페닐페난트레닐아민기, N-페닐플루오레닐아민기, N-페닐터페닐아민기, N-페난트레닐플루오레닐아민기, N-비페닐플루오레닐아민기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 있어서, 아릴옥시기, 아릴티옥시기, 아릴술폭시기, N-아릴알킬아민기 및 N-아릴헤테로아릴아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시와 같다. 구체적으로, 아릴옥시기로는 페녹시기, p-토릴옥시기, m-토릴옥시기, 3,5-디메틸-페녹시기, 2,4,6-트리메틸페녹시기, p-tert-부틸페녹시기, 3-비페닐옥시기, 4-비페닐옥시기, 1-나프틸옥시기, 2-나프틸옥시기, 4-메틸-1-나프틸옥시기, 5-메틸-2-나프틸옥시기, 1-안트라세닐옥시기, 2-안트라세닐옥시기, 9-안트라세닐옥시기, 1-페난트릴옥시기, 3-페난트릴옥시기, 9-페난트릴옥시기 등이 있고, 아릴티옥시기로는 페닐티옥시기, 2－메틸페닐티옥시기, 4－tert－부틸페닐티옥시기 등이 있으며, 아릴술폭시기로는 벤젠술폭시기, p－톨루엔술폭시기 등이 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
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 단환식 아릴기와 다환식 아릴기를 동시에 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 아릴아민기 중의 아릴기는 전술한 아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 헤테로아릴아민기의 예로는 치환 또는 비치환된 모노헤테로아릴아민기, 치환 또는 비치환된 디헤테로아릴아민기, 또는 치환 또는 비치환된 트리헤테로아릴아민기가 있다. 상기 헤테로아릴기가 2 이상을 포함하는 헤테로아릴아민기는 단환식 헤테로아릴기, 다환식 헤테로아릴기, 또는 단환식 헤테로아릴기와 다환식 헤테로아릴기를 동시에 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 헤테로아릴아민기 중의 헤테로아릴기는 전술한 헤테로아릴기의 예시 중에서 선택될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 알킬렌기는 알킬기에 결합 위치가 두 개 있는 것 즉 2가기를 의미한다. 이들은 각각 2가기인 것을 제외하고는 전술한 알킬기의 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서에 있어서, 아릴렌기는 아릴기에 결합 위치가 두 개 있는 것 즉 2가기를 의미한다. 이들은 각각 2가기인 것을 제외하고는 전술한 아릴기의 설명이 적용될 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 n은 0 내지 3의 정수이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 n은 0이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 n은 1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 n은 2이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 n은 3이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 직접결합; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기이거나, 인접한 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 직접결합이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 비페닐렌기, 치환 또는 비치환된 터페닐렌기, 치환 또는 비치환된 나프틸렌기, 또는 치환 또는 비치환된 플루오레닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 2가의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 치환 또는 비치환된 2가의 피리딘기, 치환 또는 비치환된 2가의 피리미딘기, 치환 또는 비치환된 2가의 트라아진기, 치환 또는 비치환된 2가의 티오펜기, 치환 또는 비치환된 2가의 퓨란기, 치환 또는 비치환된 2가의 벤조티오펜기, 치환 또는 비치환된 2가의 벤조퓨란기, 치환 또는 비치환된 2가의 디벤조티오펜기, 치환 또는 비치환된 2가의 디벤조퓨란기, 치환 또는 비치환된 2가의 피롤기, 치환 또는 비치환된 2가의 이미다졸기, 또는 치환 또는 비치환된 2가의 피라졸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 2가의 티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 인접한 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L1은 인접한 N 및 R2와 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L2는 직접결합이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L2는 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 30의 아릴렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L2는 치환 또는 비치환된 페닐렌기, 치환 또는 비치환된 비페닐렌기, 치환 또는 비치환된 터페닐렌기, 치환 또는 비치환된 나프틸렌기, 또는 치환 또는 비치환된 플루오레닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L2는 페닐렌기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L2는 치환 또는 비치환된 탄소수 2 내지 30의 2가의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L2는 치환 또는 비치환된 2가의 피리딘기, 치환 또는 비치환된 2가의 피리미딘기, 치환 또는 비치환된 2가의 트라아진기, 치환 또는 비치환된 2가의 티오펜기, 치환 또는 비치환된 2가의 퓨란기, 치환 또는 비치환된 2가의 벤조티오펜기, 치환 또는 비치환된 2가의 벤조퓨란기, 치환 또는 비치환된 2가의 디벤조티오펜기, 치환 또는 비치환된 2가의 디벤조퓨란기, 치환 또는 비치환된 2가의 피롤기, 치환 또는 비치환된 2가의 이미다졸기, 또는 치환 또는 비치환된 2가의 피라졸기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L2는 2가의 티오펜기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L2는 인접한 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L2는 인접한 N 및 R4와 결합하여 고리를 형성 할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L11 및 L12는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 치환 또는 비치환된 2가의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 알킬렌기; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L11은 직접결합이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 L12는 직접결합이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접한 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 탄소수 6 내지 50의 아릴기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 페닐기, 치환 또는 비치환된 비페닐기, 치환 또는 비치환된 터페닐기, 치환 또는 비치환된 트리페닐기, 치환 또는 비치환된 나프틸기, 치환 또는 비치환된 안트라세닐기, 치환 또는 비치환된 페난트릴기, 또는 치환 또는 비치환된 플루오레닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 알킬기로 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 메틸기, 에틸기, 이소프로필기, 또는 tert-부틸기로 치환 또는 비치환된 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4는 각각 페닐기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 인접한 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R2는 인접한 N 및 상기 L1과 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R4는 인접한 N 및 상기 L2와 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5 내지 R8은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 티오알콕시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접한 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R5 내지 R8은 각각 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 m1 및 m2는 각각 1 내지 9의 정수이며, 상기 m1 및 m2가 각각 2 이상인 경우, 2 이상의 상기 L11 및 L12는 서로 같거나 상이하다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 m1 및 m2는 1이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, A1 및 A2는 서로 같거나 상이하고, 각각 전자 받개로서 작용하는 구조이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 A1 및 A2는 하기 구조 중에서 선택될 수 있다.
Figure pat00011
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R101 내지 R111은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 R101 내지 R111은 각각 수소이다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화합물 중에서 선택될 수 있다.
Figure pat00012
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화합물은 500 nm 내지 2,000 nm에서 흡수단(absorption edge)을 가지며, 바람직하게는 700 nm 내지 1,000nm에서 흡수단을 가진다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 화합물은 상기 범위의 흡수단을 가지므로, 밴드갭이 줄어들며, 가시광선 전 영역대의 빛을 흡수하는 효과가 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 있어서, 상기 화합물은 필름 상태에서 50 nm 내지 500nm의 반치폭을 가지는 흡광 곡선을 나타내며, 바람직하게는 100 nm 내지 200 nm의 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 헤테로환 화합물로부터 발광한 빛의 최대 발광 피크에서 최대 높이의 절반일 때의 발광 피크의 폭을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 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 트랜지스터 일 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 소스, 드레인, 게이트 및 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 트랜지스터로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화합물을 포함하는 유기 전자 소자를 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기물층은 p형 반도체층 및 n형 반도체층을 포함하고, 상기 p형 반도체층은 상기 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 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.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 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 포함한다.
본 명세서의 일 실시예에 따른 유기 광전 소자는 제1 전극, 광활성층 및 제2 전극을 포함한다. 상기 유기 광전 소자는 기판, 정공수송층 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 명세서의 일 실시상태에 따르면, 상기 유기물층은 광활성층을 포함하고, 상기 광활성층은 n형 유기물층 및 p형 유기물층을 포함하는 이층 박막(bilayer) 구조이며, 상기 p형 유기물층은 상기 화합물을 포함한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따르면, 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 따르면, 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 따르면, 상기 전자 주개 및 전자 받개는 벌크 헤테로 정션(BHJ)을 구성한다.
상기 벌크 헤테로 정션이란 광활성층에서 전자 주개 물질과 전자 받개 물질이 서로 섞여 있는 것을 의미한다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 유기 광전 소자는 유기 광전 소자의 광 활성층으로 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 사용하는 것을 제외하고는 당 기술분야의 재료 및/또는 방법을 한정하지 않고 사용할 수 있다.
본 명세서에서 상기 기판은 투명성, 표면평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리기판 또는 투명 플라스틱 기판이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 유기 태양 전지에 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 1 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 5 x 10- 7torr 이하의 진공도를 보이는 열증착기 내부에서 증착되어 형성될 수 있으나, 이 방법에만 한정되는 것은 아니다.
상기 정공수송층 및/또는 전자수송층 물질은 광활성층에서 분리된 전자와 정공을 전극으로 효율적으로 전달시키는 역할을 담당하며, 물질을 특별히 제한하지는 않는다.
상기 정공수송층 물질은 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 전자수송층 물질은 전자추출금속 산화물(electron-extracting metal oxides)이 될 수 있으며, 구체적으로 8-히드록시퀴놀린의 금속착물; Alq3를 포함한 착물; Liq를 포함한 금속착물; LiF; Ca; 티타늄 산화물(TiOx); 아연 산화물(ZnO); 및 세슘 카보네이트(Cs2CO3) 등이 될 수 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
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 따른 상기 유기 전자 소자는 태양 전지, 이미지 센서, 광 검출기, 광 센서 및 유기발광다이오드 등에 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
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>
<제조예 1> - 화합물 1의 제조
Figure pat00013
1) 화합물 1-a의 제조
디페닐아민(diphenylamine), 2,5-디브로모-1,4-벤젠디카복살데하이드(2,5-dibromo-1,4-benzenedicarboxaldehyde), 1,1'-비스(디페닐포스피노)페로센)팔라듐(II) 디클로라이드(Pd(dppf)Cl2: (1,1'-Bis(diphenylphosphino)ferrocene)palladium(II) dichloride) 및 소듐-tert-부톡사이드(NaOtBu)를 톨루엔에 용해시켜 120℃에서 하룻밤 동안(overnight) 교반 하였다. 혼합물을 에틸아세테이트로 재결정하고 걸러내어 화합물 1-a를 얻었다.
2) 화합물 1의 제조
화합물 1-a와 말로니트릴(malonitrile)을 테트라하이드로퓨란/에탄올(THF/EtOH)에 용해시켜 70℃에서 하룻밤 동안(overnight) 교반 하였다. 이를 클로로포름/메탄올(chloroform/MeOH)에 재결정하여 화합물 1을 얻었다.
도 2는 상기 화합물 1의 FT-NMR 데이터를 나타낸 도이다.
<제조예 2> - 화합물 2의 제조
Figure pat00014
1) 화합물 2-a의 제조
트리페닐아민 보로닉 에시드(Triphenylamine boronic acid), 2,5-디브로모-1,4-벤젠디카복살데하이드(2,5-dibromo-1,4-benzenedicarboxaldehyde), 비스(트리-터트-부틸포스핀)팔라듐(0)(Bis(tri-tert-butylphosphine)palladium(0)) 및 포타슘 카보네이트(potassium carbonate)를 테트라하이드로퓨란(THF)에 용해시켜 80℃에서 하룻밤동안 교반하였다. 혼합물을 메탄올(MeOH)로 재결정하여 화합물 2-a를 얻었다.
2) 화합물 2의 제조
상기 제조예 1의 2)에서 상기 화합물 1-a 대신 상기 화합물 2-a를 사용한 것을 제외하고는 동일하게 제조하여 화합물 2를 얻었다.
도 3은 상기 화합물 2의 FT-NMR 데이터를 나타낸 도이다.
실시예 1
유기 광전 소자는 ITO/MoO3/광활성층/BCP/Al의 노말 구조로 제작 하였다. ITO는 pinwheel 패턴으로 0.2 cm × 0.2 cm가 코팅된 유기 기판(11.5 Ω/□, 1.1t)로 애노드를 형성하고, 증류수, 아세톤, 2-프로판올을 이용하여 초음파 세척하고, 그 위에 정공수송층으로 몰리브덴 산화물(MoO3) 박막을 1.0 Å/s의 속도로 30 nm 두께로 적층하였다. 이어서 몰리브덴 산화물(MoO3) 박막 위에 상기 제조예 1에서 제조된 화합물 1(p형 유기물층)과 C60(n형 유기물층)을 1:1 두께 비로 공증착하여 100 nm 두께의 광활성층을 형성하였다. 이어서 광활성층 위에 전자수송층으로 BCP(바소쿠프로인)을 1.0 Å/s의 속도로 8 nm 두께로 적층하였고, 그 위에 알루미늄(Al)을 스퍼터링으로 적층하여 100 nm 두께의 캐소드를 형성하여 유기 광전 소자를 제작하였다.
실시예 2
유기 광전 소자는 ITO/BCP/광활성층/MoO3/Al의 인버티드 구조로 제작 하였다. ITO는 pinwheel 패턴으로 0.2 cm × 0.2 cm가 코팅된 유기 기판(11.5 Ω/□, 1.1t)로 캐소드를 형성하고, 증류수, 아세톤, 2-프로판올을 이용하여 초음파 세척하고, 그 위에 전자수송층으로 BCP(바소쿠프로인)을 1.0 Å/s의 속도로 8 nm 두께로 적층하였고, 그 위에 상기 제조예 1에서 제조된 화합물 1(p형 유기물층)과 C60(n형 유기물층)을 1:1 두께 비로 공증착하여 100 nm 두께의 광활성층을 형성하였다. 광활성층 위에 정공수송층으로 몰리브덴 산화물(MoO3) 박막을 1.0 Å/s의 속도로 30 nm 두께로 적층하였다. 정공수송층 위에 알루미늄(Al)을 스퍼터링으로 적층하여 100 nm 두께의 애노드를 형성하여 유기 광전 소자를 제작하였다.
도 4는 상기 실시예 1 및 2에서 제조된 유기 광전 소자의 광전류 및 암전류에서의 전압에 따른 전류 밀도 그래프이다.
구체적으로, 도 4에서 상기 실시예 1 및 2에서 제조된 유기 광전 소자는 광전류 및 암전류 하에서도 전압에 따른 전류밀도가 안정적으로 일정하게 유지됨을 알 수 있다.
도 5는 상기 실시예 1에서 제조된 유기 광전 소자의 파장 및 전압에 따른 외부 양자 효율(EQE)을 나타낸 그래프이다.
상기 도 5에 따르면, 본 명세서의 화학식 1을 광활성층의 p형 유기물층으로 사용하는 유기 광전 소자는 외부 양자 효율(EQE)가 우수함을 알 수 있었다.
10: 제1 전극
20: 제2 전극
30: 광활성층
100: 유기 광전 소자

Claims (15)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00015

    상기 화학식 1에 있어서,
    n은 0 내지 3의 정수이고,
    L1 및 L2는 서로 같거나 상이하고, 직접결합; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기이거나, 인접한 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,
    L11 및 L12는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 직접결합; 치환 또는 비치환된 2가의 알케닐기; 치환 또는 비치환된 알킬렌기; 치환 또는 비치환된 아릴렌기; 또는 치환 또는 비치환된 2가의 헤테로고리기이고,
    R1 내지 R4는 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접한 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있으며,
    R5 내지 R8은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 티오알콕시기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이거나, 인접한 기와 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있고,
    m1 및 m2는 각각 1 내지 9의 정수이며,
    m1 및 m2가 각각 2 이상인 경우, 2 이상의 L11 및 L12는 각각 서로 같거나 상이하고,
    A1 및 A2는 서로 같거나 상이하고, 각각 전자 받개로서 작용하는 구조이다.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 A1 및 A2는 하기 구조 중에서 선택되는 어느 하나인 것인 화합물:
    Figure pat00016

    상기 구조에 있어서,
    R101 내지 R111은 서로 같거나 상이하고, 각각 독립적으로 수소; 중수소; 할로겐기; 니트릴기; 치환 또는 비치환된 알콕시기; 치환 또는 비치환된 알케닐기; 치환 또는 비치환된 알킬기; 치환 또는 비치환된 시클로알킬기; 치환 또는 비치환된 아릴기; 또는 치환 또는 비치환된 헤테로고리기이다.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 하기 화합물 중에서 선택되는 것인 화합물:
    Figure pat00017
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 화합물은 500nm 내지 2,000nm에서 흡수단(absorption edge)을 가지는 화합물.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 화합물은 필름 상태에서 50 nm 내지 500 nm의 반치폭을 가지는 흡광 곡선을 나타내는 것인 화합물.
  6. 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 내지 5 중 어느 하나의 항에 따른 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 유기 전자 소자는 유기 광전 소자, 유기 트랜지스터, 유기 태양 전지 및 유기 발광 소자로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 유기 전자 소자.
  8. 청구항 6에 있어서, 상기 유기 전자 소자는 소스, 드레인, 게이트 및 1층 이상의 유기물층을 포함하는 유기 트랜지스터로서, 상기 유기물층 중 1층 이상은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자.
  9. 청구항 8에 있어서, 상기 유기물층은 p형 반도체층 및 n형 반도체층을 포함하고, 상기 p형 반도체층은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자.
  10. 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.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 유기물층은 광활성층을 포함하고, 상기 광활성층은 n형 유기물층 및 p형 유기물층을 포함하는 이층 박막(bilayer) 구조이며, 상기 p형 유기물층은 상기 화합물을 포함하는 것인 유기 전자 소자.
  12. 청구항 10에 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.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 전자 주개 및 전자 받개는 벌크 헤테로 정션(BHJ)을 구성하는 것인 유기 전자 소자.
  14. 청구항 6에 따른 유기 전자 소자를 포함하는 유기 이미지 센서.
  15. 청구항 14에 따른 유기 이미지 센서를 포함하는 전자 장치.
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