KR20200116363A - 화합물, 및 이를 포함하는 광전 소자, 이미지 센서 및 전자 장치 - Google Patents

화합물, 및 이를 포함하는 광전 소자, 이미지 센서 및 전자 장치 Download PDF

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Abstract

하기 화학식 1의 화합물 및 이를 포함하는 광전 소자, 이미지 센서 및 전자장치를 제공한다:
[화학식 1]
Figure pat00095

상기 화학식 1에서, 각 치환기의 정의는 명세서에 기재된 바와 같다.

Description

화합물, 및 이를 포함하는 광전 소자, 이미지 센서 및 전자 장치{COMPOUND AND PHOTOELECTRIC DEVICE, IMAGE SENSOR AND ELECTRONIC DEVICE INCLUDING THE SAME}
화합물 및 이를 포함하는 광전 소자, 이미지 센서 및 전자 장치에 관한 것이다.
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.
일 구현예는 녹색 파장 영역의 빛을 선택적으로 흡수할 수 있고 열적 안정성이 우수한 화합물을 제공한다.
다른 구현예는 녹색 파장 영역의 빛을 선택적으로 흡수하고 고온 조건의 공정에서도 효율을 우수하게 유지할 수 있는 광전 소자(예를 들어 유기 광전 소자)를 제공한다.
다른 구현예는 상기 광전 소자(예를 들어 유기 광전 소자)를 포함하는 이미지 센서를 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아렌(arene)기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아렌(heteroarene)기 및 이들의 축합고리에서 선택되고,
Ar3은 두 개의 카르보닐기를 가진 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리기, 두 개의 카르보닐기를 가진 치환 또는 비치환된 헤테로고리기 또는 이들의 융합고리이고,
X는 Se, Te 또는 SiRaRb이고(여기서 Ra 및 Rb은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택됨),
R1 내지 R3는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되고, R1과 R2는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
상기 화합물의 융점(Tm)과 증착 온도(Ts)가 하기 수학식을 만족한다.
[수학식 1]
Tm-Ts≥40 ℃.
상기 Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj가 서로 연결되어 형성되는 링 구조는 스피로 구조 또는 융합링 구조를 가질 수 있다.
상기 화학식 1로 표현되는 화합물은 하기 화학식 1A로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1A]
Figure pat00002
상기 화학식 1A에서,
Ar1, Ar2, Ar3, X, R1 내지 R3는 화학식 1에서와 동일하고,
G'는 -C-, -Si-, -Ge- 또는 -C=C-이고,
Rx 및 Ry는 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고,
n은 3 내지 8의 정수이다.
상기 화학식 1A에서 서로 인접하지 않는 적어도 하나의 C(RxRy)는 -N-, -NRa-(여기서 Ra은 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택됨), -O-, -S-, -Se- 및 -Te-에서 선택되는 적어도 하나로 교체될 수 있다.
상기 화학식 1에서, Ar3는 하기 화학식 2A 내지 화학식 2D중 어느 하나로 표현되는 고리기일 수 있다.
[화학식 2A]
Figure pat00003
상기 화학식 2A에서,
Y1은 N 및 CRa에서 선택되고(여기에서 Ra는 수소, 중수소 및 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기에서 선택됨),
R11, R12, R13, R14 및 R15는 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 R12과 R13 및 R14과 R15는 각각 독립적으로 연결되어 융합된 방향족 고리를 형성할 수 있고,
m1은 0 또는 1이고,
n은 0 또는 1이고,
*는 결합 위치를 나타낸다.
[화학식 2B]
Figure pat00004
상기 화학식 2B에서,
Y2는 O, S, Se, Te 및 C(Ra)(CN)(여기에서 Ra는 수소, 시아노기(-CN) 및 C1 내지 C10 알킬기에서 선택됨)에서 선택되고,
R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기(-CN) 및 이들의 조합에서 선택되고,
*는 결합 위치를 나타낸다.
[화학식 2C]
Figure pat00005
상기 화학식 2C에서,
G1은 -O-, -S-, -Se-, -Te-, -SiRxRy- 및 -GeRzRw-에서 선택되고, 여기서 Rx, Ry, Rz 및 Rw는 동일하거나 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고,
Z1은 N 및 CRa에서 선택되고(여기에서 Ra는 수소 및 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기에서 선택됨),
R11, R12 및 R13은 동일하거나 상이하며 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기, 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되고, R12 및 R13은 독립적으로 존재하거나 서로 연결되어 융합된 방향족 고리를 형성할 수 있고,
n은 0 또는 1이고,
*는 결합 위치를 나타낸다.
[화학식 2D]
Figure pat00006
상기 화학식 2D에서,
G2은 -O-, -S-, -Se-, -Te-, -SiRxRy- 및 -GeRzRw-에서 선택되고, 여기서 Rx, Ry, Rz 및 Rw는 동일하거나 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고,
Z2는 NRa, CRbRc, O, S, Se, Te, S(=O), S(=O)2, SiRdRe 및 GeRfRg에서 선택되고(여기에서 여기에서 Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rd, Re, Rf 및 Rg는 수소 및 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기에서 선택됨),
R11, R12 및 R13은 동일하거나 상이하며 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기, 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되고,
n은 0 또는 1이고,
*는 결합 위치를 나타낸다.
상기 화학식 1에서, Ar1 및 Ar2중 적어도 하나는 1번 위치에 질소(N), 황(S) 및 셀레늄(Se)에서 선택되는 헤테로 원자를 포함할 수 있다.
상기 화학식 1의 N-함유 헤테로 방향족 고리의 전자 도너 부분(electron donor moiety, (즉,
Figure pat00007
)은 하기 화학식 4A 내지 화학식 4E 중 어느 하나로 표현될 수 있다.
[화학식 4A]
Figure pat00008
상기 화학식 4A에서,
G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
R4a 내지 R4d 및 R5a 내지 R5d는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4a 내지 R4d 중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고 선택적으로 R5a 내지 R5d중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있다.
[화학식 4B]
Figure pat00009
상기 화학식 4B에서,
G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
R4a 내지 R4d 및 R5b 내지 R5d는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4a 내지 R4d 중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고 선택적으로 R5b 내지 R5d중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있다.
[화학식 4C]
Figure pat00010
상기 화학식 4C에서,
G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
R4b 내지 R4d 및 R5b 내지 R5d는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4b 내지 R4d중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고 선택적으로 R5b 내지 R5d중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있다.
[화학식 4D]
Figure pat00011
상기 화학식 4D에서,
G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
R4a 내지 R4d 및 R5b 및 R5d는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4a 내지 R4d중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있다.
[화학식 4E]
Figure pat00012
상기 화학식 4E에서,
G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
R4a 내지 R4d 및 R5b 및 R5c는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4a 내지 R4d중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고 선택적으로 R5b 및 R5c는 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 1의 N-함유 헤테로 방향족 고리의 전자 도너 부분(electron donor moiety)은 하기 화학식 4F로 표현될 수 있다.
[화학식 4F]
Figure pat00013
상기 화학식 4F에서,
G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
R4a 내지 R4d 및 R5b 및 R5c는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4a 내지 R4d중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고 선택적으로 R5b 및 R5c는 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 1의 N-함유 헤테로 방향족 고리의 전자 도너 부분(electron donor moiety)은 하기 화학식 4G로 표현될 수 있다.
[화학식 4G]
Figure pat00014
상기 화학식 4G에서,
G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
R4a 내지 R4c 및 R5a 내지 R5c는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4a 내지 R4c 중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고 선택적으로 R5a 내지 R5c중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 1의 N-함유 헤테로 방향족 고리의 전자 도너 부분(electron donor moiety)은 하기 화학식 4H로 표현될 수 있다.
[화학식 4H]
Figure pat00015
상기 화학식 4H에서,
G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
R4a, R4b, R5a 및 R5b는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4a 및 R4b가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고 선택적으로 R5a 및 R5b가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 O, S, Se, Te 또는 NRa이다((여기에서 Ra은 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택됨).
상기 화합물은 박막 상태에서 약 520 nm 이상 약 600 nm 이하의 파장 범위에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가질 수 있다.
상기 화합물은 박막 상태에서 약 50 nm 내지 약 120 nm 의 반치폭(full width at half maximum, FWHM)을 가지는 흡광 곡선을 나타낼 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하고 상기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 활성층을 포함하는 광전 소자(예를 들어 유기 광전 소자)를 제공한다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 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, 그리고 상기 반도체 기판의 상부에 위치하고 녹색 파장 영역의 광을 감지하는 상기 광전 소자를 포함할 수 있다.
상기 제1 광 감지 소자와 상기 제2 광 감지 소자는 반도체 기판에서 수직 방향으로 적층되어 있을 수 있다.
상기 이미지 센서는 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 투과하는 청색 필터와 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 투과하는 적색 필터를 포함하는 색 필터 층을 더 포함할 수 있다.
상기 이미지 센서는 상기 광전 소자인 녹색 광전 소자, 청색 파장 영역의 광을 감지하는 청색 광전 소자 및 적색 파장 영역의 광을 감지하는 적색 광전 소자가 적층되어 있을 수 있다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
녹색 파장 영역의 빛을 선택적으로 흡수할 수 있고 열적 안정성이 우수한 화합물을 제공된다. 상기 화합물에 의해 녹색 파장 영역의 파장 선택성을 높여 효율을 개선할 수 있으며 고온 공정에서도 성능이 저하되지 않는 광전 소자, 이미지 센서 및 전자 장치를 제공한다.
도 1은 일 구현예에 따른 광전 소자를 도시한 단면도이고,
도 2는 다른 구현예에 따른 광전 소자를 도시한 단면도이고,
도 3은 일 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 4는 도 3의 유기 CMOS 이미지 센서의 단면도이고,
도 5는 다른 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 6은 다른 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 7은 또 다른 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서의 단면도이고,
도 8은 또 다른 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 개략적으로 도시한 개략도이다.
이하, 구현예에 대하여 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 실제 적용되는 구조는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
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.
본 명세서에서 "A, B 또는 C중 적어도 하나," "A, B, C 또는 이들의 조합중 하나" 및 "A, B, C 및 이들의 조합중 하나"는 각각의 구성요소 및 이들의 조합을 모두 의미한다(예를 들어 A; B; A 및 B; A 및 C; B 및 C; 또는 A, B, 및 C).
본 명세서에서 별도 정의가 없는 한, "치환된"이란, 화합물 또는 작용기 중 수소 원자가 할로겐 원자(F, Br, Cl 또는 I), 히드록시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산기나 그의 염, C1 내지 C20 알킬기, C1 내지 C20 알콕시기, C2 내지 C20 알케닐기, C2 내지 C20 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C2 내지 C20 헤테로아릴기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C2 내지 C20 헤테로사이클로알킬기, =S, 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.
또한, 본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "헤테로"란, N, O, S, Se, Te, P 및 Si에서 선택된 헤테로 원자를 1 내지 3개 함유한 것을 의미한다.
본 명세서에서 알킬기는 1가의 직쇄 또는 분지쇄의 포화 탄화수소기, 예를 들어 메틸기, 에틸기, 프로필기, 이소프로필기, n-부틸기, 이소부틸기, t-부틸기, 펜틸기, 헥실기 등을 들 수 있다.
본 명세서에서 "사이클로알킬기"는 고리를 형성하는 원자가 탄소인 1가의 탄화수소 고리기, 예를 들어 시클로프로필기, 시클로부틸기, 시클로펜틸기, 시클로헥실기 등일 수 있다.
본 명세서에서 "아릴(aryl)기"는 환형인 작용기의 모든 원소가 p-오비탈을 가지고 있으며, 이들 p-오비탈이 공액(conjugation)을 형성하고 있는 치환기를 의미하고, 모노시클릭, 폴리시클릭 또는 융합 고리 폴리시클릭(즉, 탄소원자들의 인접한 쌍들을 나눠 가지는 고리) 작용기를 포함한다.
본 명세서에서 별도 정의가 없는 한, "시아노 함유기"는 C1 내지 C30 알킬기, C2 내지 C30 알케닐기 또는 C2 내지 C30 알키닐기의 적어도 하나 수소가 시아노기로 치환된 1가 작용기를 의미할 수 있다. 또한 상기 시아노 함유기는 =CRx'-(CRxRy)p-CRy'(CN)2로 표현되는 작용기와 같은 2가 작용기를 포함할 수 있으며 여기에서 Rx, Ry, Rx' 및 Ry'는 각각 독립적으로 수소 또는 C1 내지 C10 알킬기이고 p는 0 내지 10(또는 1 내지 10) 정수이다. 상기 시아노 함유기 구체적인 예로는 디시아노메틸기(dicyanomethyl group), 디시아노비닐기(dicyanovinyl group), 시아노에티닐기(cyanoethynyl group) 등이 있다. 본 명세서에서 시아노 함유기는 시아노기(-CN)만을 포함하는 작용기는 포함하지 않는다.
본 명세서에서 별도 정의가 없는 한, "조합"이란 하나의 치환기가 다른 치환기에 치환되거나, 서로 융합하여 존재하거나, 단일결합이나 C1 내지 C10 알킬렌기에 의해 서로 연결된 치환기들을 의미한다.
본 명세서에서 "탄화수소 고리기"는 방향족 고리(아렌 고리)와 비방향족 고리(지환족 고리)의 융합 고리를 의미하며, 예를 들어 C6 내지 C30 아릴기, C6 내지 C20 아릴기 또는 C6 내지 C10 아릴기와 같은 적어도 하나의 방향족 고리(아렌 고리)와 C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C20 사이클로알킬기 또는 C3 내지 C10 사이클로알킬기와 같은 적어도 하나의 비방향족 고리(지환족 고리)가 서로 연결된 융합고리를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 "헤테로고리기"는 아렌기 (예를 들어 C6 내지 C30 아릴기, C6 내지 C20 아릴기 또는 C6 내지 C10 아릴기), 지환족 탄화수소기 (예를 들어 C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C20 사이클로알킬기 또는 C3 내지 C10 사이클로알킬기) 또는 이들 융합 고리에서 선택되는 고리기의 1 내지 3개 탄소를 N, O, S, Se, Te, P 및 Si에서 선택된 헤테로 원자로 치환한 고리기를 의미할 수 있다. 또한 상기 헤테로고리기의 하나 이상의 탄소 원자는 티오카보닐기(C=S)로 치환될 수 있다.
본 명세서에서 "아렌기"는 방향족 고리를 가지는 탄화수소기로, 단일환 및 복수환 탄화수소기를 포함하며, 복수환 탄화수소기의 부가적인 고리는 방향족 고리 또는 비방향족 고리일 수 있다. "헤테로아렌기"는 고리내에 N, O, S, Se, Te, P 및 Si에서 선택된 헤테로 원자를 1 내지 3개 함유하는 아렌기를 의미한다.
본 명세서에서, "C6 내지 C30의 방향족 탄화수소기"는 페닐기, 나프틸기 등 C6 내지 C30의 아릴기, C6 내지 C30의 아릴렌기 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
본 명세서에서, "지방족 탄화수소기"는 예컨대, 메틸기, 에틸기, 프로필기 등 C1 내지 C15 알킬기, C1 내지 C15의 알킬렌기, 에테닐기(ethenyl group) 또는 프로페닐기(propenyl group)와 같은 C2 내지 C15 알케닐기, 에티닐기(ethynyl group) 또는 프로피페닐기(propynyl group)와 같은 C2 내지 C15 알키닐기 등을 포함하나 이에 제한되지 않는다.
본 명세서에서 "5원 방향족 고리"는 공액 구조를 제공하는 5원 사이클릭기(예를 들어 C5 아릴기) 또는 공액 구조를 제공하는 5원 헤테로사이클릭기(예를 들어 C2 내지 C4 헤테로아릴기)를 의미한다. 본 명세서에서 "6원 방향족 고리"는 공액 구조를 제공하는 6원 사이클릭기(예를 들어 C6 아릴기) 또는 공액 구조를 제공하는 6원 헤테로사이클릭기(예를 들어 C2 내지 C5 헤테로아릴기)를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한 방향족 고리는 상기 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 포함할 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 일 구현예에 따른 화합물을 설명한다. 상기 화합물은 하기 화학식 1로 표현된다.
[화학식 1]
Figure pat00016
상기 화학식 1에서,
Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아렌(arene)기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아렌(heteroarene)기 및 이들의 축합고리에서 선택되고,
Ar3은 두 개의 카르보닐기를 가진 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리기, 두 개의 카르보닐기를 가진 치환 또는 비치환된 헤테로고리기 또는 이들의 융합고리이고,
X는 Se, Te 또는 SiRaRb이고(여기서 Ra 및 Rb은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택됨),
R1 내지 R3는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되고, R1과 R2는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
상기 화합물의 융점(Tm)과 증착 온도(Ts)가 하기 수학식을 만족한다.
[수학식 1]
Tm-Ts≥40 ℃.
상기 화학식 1로 표현되는 화합물은 N-함유 헤테로 방향족 고리의 전자 도너 부분(electron donor moiety), X-함유 5원 고리를 포함하는 링커, 그리고 Ar3로 표시되는 전자 어셉터 부분(electron acceptor moiety)을 포함한다.
상기 화학식 1에서, Ar3로 표현되는 고리기는 전자 억셉터 부분으로 적어도 두 개의 카르보닐기를 포함한다. Ar3는 두 개의 카르보닐기를 가진 치환 또는 비치환된 탄화수소고리, 두 개의 카르보닐기를 가진 치환 또는 비치환된 헤테로고리 또는 이들의 융합고리일 수 있다. 일 구현예에서, Ar3는 치환 또는 비치환된 5원 방향족 고리, 치환 또는 비치환된 6원 방향족 고리 및 이들중 둘 이상의 축합 고리에서 선택될 수 있다.
상기 화학식 1에서 Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj가 서로 연결되어 형성되는 링 구조는 스피로 구조 또는 융합링 구조를 가질 수 있으며, 3개 내지 8개의 원자로 구성된 고리 구조일 수 있으며, 예를 들어 5원 또는 6원 고리 구조일 수 있다. 또한 선택적으로 링 구조는 N, O, S, Se 및 Te에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함할 수 있다.
일 구현예에서 상기 링 구조는 C3 내지 C8 사이클로알킬기, C3 내지 C8 헤테로사이클로알킬기, C3 내지 C8 아릴기 또는 C3 내지 C8 헤테로아릴기일 수 있다.
상기 화학식 1로 표현되는 화합물은 하기 화학식 1A로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1A]
Figure pat00017
Ar1, Ar2, Ar3, X, R1 내지 R3는 화학식 1에서와 동일하고,
G'는 -C-, -Si-, -Ge- 또는 -C=C-이고,
Rx 및 Ry는 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고,
n은 3 내지 8, 예를 들어 5 또는 6의 정수이다.
상기 화학식 1A에서 서로 인접하지 않는 적어도 하나의 C(RxRy)는 -N-, -NRa-(여기서 Ra은 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택됨), -O-, -S-, -Se- 및 -Te-에서 선택되는 적어도 하나로 교체될 수 있다. 이 경우 헤테로 원자를 함유하는 링 구조가 형성될 수 있다.
상기 화학식 1에서, Ar3는 하기 화학식 2A 내지 화학식 2D중 어느 하나로 표현되는 고리기일 수 있다.
[화학식 2A]
Figure pat00018
상기 화학식 2A에서,
Y1은 N 및 CRa에서 선택되고(여기에서 Ra는 수소, 중수소 및 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기에서 선택됨),
R11, R12, R13, R14 및 R15는 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 R12과 R13 및 R14과 R15는 각각 독립적으로 연결되어 융합된 방향족 고리를 형성할 수 있고,
m1은 0 또는 1이고,
n은 0 또는 1이고,
*는 결합 위치를 나타낸다.
[화학식 2B]
Figure pat00019
상기 화학식 2B에서,
Y2는 각각 독립적으로 O, S, Se, Te 및 C(Ra)(CN)(여기에서 Ra는 수소, 시아노기(-CN) 및 C1 내지 C10 알킬기에서 선택됨)에서 선택되고,
R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기(-CN) 및 이들의 조합에서 선택되고,
*는 결합 위치를 나타낸다.
[화학식 2C]
Figure pat00020
상기 화학식 2C에서,
G1은 -O-, -S-, -Se-, -Te-, -SiRxRy- 및 -GeRzRw-에서 선택되고, 여기서 Rx, Ry, Rz 및 Rw는 동일하거나 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고,
Z1은 N 및 CRa에서 선택되고(여기에서 Ra는 수소 및 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기에서 선택됨),
R11, R12 및 R13은 동일하거나 상이하며 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기, 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되고, R12 및 R13은 독립적으로 존재하거나 서로 연결되어 융합된 방향족 고리를 형성할 수 있고,
n은 0 또는 1이고,
*는 결합 위치를 나타낸다.
[화학식 2D]
Figure pat00021
상기 화학식 2D에서,
G2은 -O-, -S-, -Se-, -Te-, -SiRxRy- 및 -GeRzRw-에서 선택되고, 여기서 Rx, Ry, Rz 및 Rw는 동일하거나 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고,
Z2는 NRa, CRbRc, O, S, Se, Te, S(=O), S(=O)2, SiRdRe 및 GeRfRg에서 선택되고(여기에서 여기에서 Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rd, Re, Rf 및 Rg는 수소 및 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기에서 선택됨),
R11, R12 및 R13은 동일하거나 상이하며 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기, 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되고,
n은 0 또는 1이고,
*는 결합 위치를 나타낸다.
상기 화학식 2A로 표현되는 고리기는 예컨대 하기 화학식 2A-1 또는 2A-2로 표현되는 고리기일 수 있다.
[화학식 2A-1]
Figure pat00022
[화학식 2A-2]
Figure pat00023
상기 화학식 2A-1 및 2A-2에서,
Y1, R11, m1, 및 n은 화학식 2A에서와 같고,
R12a, R12b 및 R14a는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되고,
m2, m3 및 m4는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이고,
Ph1 및 Ph2는 융합된 페닐렌 링을 의미하며 Ph1과 Ph2중 하나는 선택적으로(optionally) 생략될 수 있다.
상기 화학식 2B로 표현되는 고리기는 예컨대 하기 화학식 2B-1, 2B-2 또는 2B-3으로 표현되는 고리기일 수 있다.
[화학식 2B-1] [화학식 2B-2] [화학식 2B-3]
Figure pat00024
Figure pat00025
Figure pat00026
상기 화학식 2B-1, 2B-2 및 2B-3에서,
R11 및 R12는 화학식 2B에서와 같다.
상기 N-함유 헤테로 방향족 고리의 Ar1 및 Ar2는 G에 의하여 연결됨으로써 전체적으로 하나의 공액 구조를 제공하여 화합물의 열적 안정성을 향상시킬 수 있다. 이러한 공액 구조는 5원 또는 6원 방향족 고리가 3개 내지 4개 융합되어 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
Ar1 및 Ar2는 방향족 고리가 서로 융합되어 있는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아렌기 또는 이들의 축합 고리일 수 있고, 예를 들어 치환 또는 비치환된 C6 내지 C20 아렌기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 헤테로아렌기 또는 이들의 축합 고리일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 아렌기는 벤젠, 나프탈렌 및 안트라센에서 선택될 수 있으며, 상기 헤테로아렌기는 피롤(pyrrol), 피라졸(pyrazole), 이미다졸(imidazole), 옥사졸(oxazole), 이소옥사졸(isoxazole), 티아졸(thiazole), 이소티아졸(isothiazole), 피리딘(pyridine), 피리다진(pyridazine), 피리미딘(pyrimidine), 피라진(pyrazine), 인돌(indole), 퀴놀린(quinoline), 이소퀴놀린(isoquinoline), 나프티리딘(naphthyridine), 시놀린(cinnoline), 퀴나졸린(quinazoline), 프탈라진(phthalazine), 벤조트리아진(benzotriazine), 피리도피라진(pyridopyrazine), 피리도피리미딘(pyridopyrimidine), 피리도피리다진(pyridopyridazine), 티오펜(thiophene), 벤조티오펜(benzothiiophene), 셀레노펜(selenophene) 및 벤조 셀레노펜(benzoselenophene)에서 선택될 수 있다.
상기 화학식 1에서, X-함유 5원 고리를 포함하는 링커의 X와 전자 어셉터 부분에 존재하는 카르보닐기의 산소(O)는 분자내 상호작용(intramolecular interaction)을 증가시켜 특정 파장에서의 흡수 강도를 향상시킬 수 있다.
상기 X-함유 5원 고리를 포함하는 링커에서 R1과 R2는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성할 수 있다. 고리를 형성하는 경우 상기 링커는 화학식 3A 또는 화학식 3B로 표현될 수 있다.
[화학식 3A] [화학식 3B]
Figure pat00027
Figure pat00028
상기 화학식 3A 및 화학식 3B에서,
X는 Se, Te 또는 SiRaRb이고(여기서 Ra 및 Rb은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택됨),
R은 수소, C1 내지 C10 알킬기, C6 내지 C10 아릴기, C2 내지 C10 헤테로아릴기 또는 할로겐이고,
a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이다.
상기 화학식 1에서, Ar1 및 Ar2중 적어도 하나는 1번 위치에 질소(N), 황(S) 및 셀레늄(Se)에서 선택되는 헤테로 원자를 포함할 수 있다. 이 경우 X, 전자 어셉터 부분에 존재하는 카르보닐기의 산소(O) 및 Ar1 및 Ar2중 적어도 하나는 1번 위치에 존재하는 헤테로 원자의 분자내 상호 작용을 증가시켜 특정 파장에서 흡수 강도를 향상시킬 수 있다.
상기 화학식 1의 N-함유 헤테로 방향족 고리의 전자 도너 부분(electron donor moiety)은 하기 화학식 4A로 표현될 수 있다.
[화학식 4A]
Figure pat00029
상기 화학식 4A에서,
G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
R4a 내지 R4d 및 R5a 내지 R5d는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4a 내지 R4d 중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고 선택적으로 R5a 내지 R5d중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있다.
상기 링 구조는 N, O, S, Se 및 Te에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함할 수 있다.
상기 화학식 4A는 하기 화학식 4A-1 또는 화학식 4A-2로 표현될 수 있다.
[화학식 4A-1]
Figure pat00030
[화학식 4A-2]
Figure pat00031
상기 화학식 4A-1 및 화학식 4A-2에서,
R4a 내지 R4d 및 R5a 내지 R5d는 화학식 4A와 동일하고,
Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택된다.
상기 화학식 4A에서, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj가 서로 연결되어 형성된 링 구조는 스피로 구조 또는 융합링 구조일 수 있으며 5원 또는 6원 고리 구조일 수 있다. 또한 선택적으로 링 구조는 N, O, S, Se 및 Te에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함할 수 있다.
상기 화학식 1의 N-함유 헤테로 방향족 고리의 전자 도너 부분(electron donor moiety)은 하기 화학식 4B로 표현될 수 있다.
[화학식 4B]
Figure pat00032
상기 화학식 4B에서,
G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
R4a 내지 R4d 및 R5b 내지 R5d는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4a 내지 R4d 중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고 선택적으로 R5b 내지 R5d중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 4B는 하기 화학식 4B-1 또는 화학식 4B-2로 표현될 수 있다.
[화학식 4B-1]
Figure pat00033
[화학식 4B-2]
Figure pat00034
상기 화학식 4B-1 및 화학식 4B-2,
R4a 내지 R4d 및 R5b 내지 R5d는 화학식 4B와 동일하고,
Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택된다.
상기 화학식 4B에서, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj가 서로 연결되어 형성된 링 구조는 스피로 구조 또는 융합링 구조일 수 있으며 5원 또는 6원 고리 구조일 수 있다. 또한 선택적으로 링 구조는 N, O, S, Se 및 Te에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함할 수 있다.
상기 화학식 1의 N-함유 헤테로 방향족 고리의 전자 도너 부분(electron donor moiety)은 하기 화학식 4C로 표현될 수 있다.
[화학식 4C]
Figure pat00035
상기 화학식 4C에서,
G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
R4a 내지 R4d 및 R5a 내지 R5c는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4a 내지 R4d중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고 선택적으로 R5a 내지 R5c중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 4C는 하기 화학식 4C-1 또는 화학식 4C-2로 표현될 수 있다.
[화학식 4C-1]
Figure pat00036
[화학식 4C-2]
Figure pat00037
상기 화학식 4C-1 및 화학식 4C-2에서,
R4b 내지 R4d 및 R5a 내지 R5c는 화학식 4C와 동일하고,
Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택된다.
상기 화학식 4C에서, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj가 서로 연결되어 형성된 링 구조는 스피로 구조 또는 융합링 구조일 수 있으며 5원 또는 6원 고리 구조일 수 있다. 또한 선택적으로 링 구조 내에 N, O, S, Se 및 Te에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함할 수도 있다.
상기 화학식 1의 N-함유 헤테로 방향족 고리의 전자 도너 부분(electron donor moiety)은 하기 화학식 4D로 표현될 수 있다.
[화학식 4D]
Figure pat00038
상기 화학식 4D에서,
G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
R4b 내지 R4d 및 R5b 내지 R5d는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4b 내지 R4d중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고 선택적으로 R5b 내지 R5d중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 4D는 하기 화학식 4D-1 또는 화학식 4D-2로 표현될 수 있다.
[화학식 4D-1]
Figure pat00039
[화학식 4D-2]
Figure pat00040
상기 화학식 4D-1 및 화학식 4D-2에서,
R4b 내지 R4d 및 R5b 내지 R5d는 화학식 4D와 동일하고,
Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택된다.
상기 화학식 4D에서, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj가 서로 연결되어 형성된 링 구조는 스피로 구조 또는 융합링 구조일 수 있으며 5원 또는 6원 고리 구조일 수 있다. 또한 선택적으로 링 구조 내에 N, O, S, Se 및 Te에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함할 수도 있다.
상기 화학식 1의 N-함유 헤테로 방향족 고리의 전자 도너 부분(electron donor moiety)은 하기 화학식 4E로 표현될 수 있다.
[화학식 4E]
Figure pat00041
상기 화학식 4E에서,
G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
R4a 내지 R4d 및 R5b 및 R5d는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4a 내지 R4d중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 4E는 하기 화학식 4E-1 또는 화학식 4E-2로 표현될 수 있다.
[화학식 4E-1]
Figure pat00042
[화학식 4E-2]
Figure pat00043
상기 화학식 4E-1 및 화학식 4E-2에서,
R4a 내지 R4d 및 R5b 및 R5d는 화학식 4E와 동일하고,
Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택된다.
상기 화학식 4E에서, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj가 서로 연결되어 형성된 링 구조는 스피로 구조 또는 융합링 구조일 수 있으며 5원 또는 6원 고리 구조일 수 있다. 또한 선택적으로 링 구조는 N, O, S, Se 및 Te에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함할 수 있다.
상기 화학식 1의 N-함유 헤테로 방향족 고리의 전자 도너 부분(electron donor moiety)은 하기 화학식 4F로 표현될 수 있다.
[화학식 4F]
Figure pat00044
상기 화학식 4F에서,
G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
R4a 내지 R4d 및 R5b 및 R5c는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4a 내지 R4d중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고 선택적으로 R5b 및 R5c는 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 4F는 하기 화학식 4F-1 또는 화학식 4F-2로 표현될 수 있다.
[화학식 4F-1]
Figure pat00045
[화학식 4F-2]
Figure pat00046
상기 화학식 4F-1 및 화학식 4F-2에서,
R4a 내지 R4d 및 R5b 및 R5c는 화학식 4F와 동일하고,
Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택된다.
상기 화학식 4F에서, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj가 서로 연결되어 형성된 링 구조는 스피로 구조 또는 융합링 구조일 수 있으며 5원 또는 6원 고리 구조일 수 있다. 또한 선택적으로 링 구조 내에 N, O, S, Se 및 Te에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함할 수도 있다.
상기 화학식 1의 N-함유 헤테로 방향족 고리의 전자 도너 부분(electron donor moiety)은 하기 화학식 4G로 표현될 수 있다.
[화학식 4G]
Figure pat00047
상기 화학식 4G에서,
G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
R4a 내지 R4c 및 R5a 내지 R5c는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4a 내지 R4c 중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고 선택적으로 R5a 내지 R5c중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있다.
상기 화학식 4G는 하기 화학식 4G-1 또는 화학식 4G-2로 표현될 수 있다.
[화학식 4G-1]
Figure pat00048
[화학식 4G-2]
Figure pat00049
상기 화학식 4G-1 및 화학식 4G-2에서,
R4a 내지 R4c 및 R5a 내지 R5c는 화학식 4G와 동일하고,
Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택된다.
상기 화학식 4G에서, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj가 서로 연결되어 형성된 링 구조는 스피로 구조 또는 융합링 구조일 수 있으며 5원 또는 6원 고리 구조일 수 있다. 또한 선택적으로 링 구조 내에 N, O, S, Se 및 Te에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함할 수도 있다.
상기 화학식 1의 N-함유 헤테로 방향족 고리의 전자 도너 부분(electron donor moiety)은 하기 화학식 4H로 표현될 수 있다.
[화학식 4H]
Figure pat00050
상기 화학식 4H에서,
G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
R4a, R4b, R5a 및 R5b는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4a 및 R4b가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고 선택적으로 R5a 및 R5b가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고,
X1 및 X2는 각각 독립적으로 O, S, Se, Te 또는 NRa이다 (여기에서 Ra은 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택됨).
상기 화학식 4H에서, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj가 서로 연결되어 형성된 링 구조는 스피로 구조 또는 융합링 구조일 수 있으며 5원 또는 6원 고리 구조일 수 있다. 또한 선택적으로 링 구조 내에 N, O, S, Se 및 Te에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함할 수도 있다.
상기 화학식 4H는 하기 화학식 4H-1 또는 화학식 4H-2로 표현될 수 있다.
[화학식 4H-1]
Figure pat00051
[화학식 4H-2]
Figure pat00052
상기 화학식 4H-1 및 화학식 4H-2에서,
R4a, R4b, R5a, R5b, X1 및 X2는 화학식 4H와 동일하고,
Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택된다.
상기 화학식 4H에서, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj가 서로 연결되어 형성된 링 구조는 스피로 구조 또는 융합링 구조일 수 있으며 5원 또는 6원 고리 구조일 수 있다. 또한 선택적으로 링 구조 내에 N, O, S, Se 및 Te에서 선택된 적어도 하나의 헤테로 원자를 포함할 수도 있다.
상기 화학식 1의 화합물의 구체적인 예로는 하기 화학식 5A, 화학식 5B, 화학식 5C, 화학식 5D 및 화학식 5E의 화합물을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 5A]
Figure pat00053
상기 화학식 5A에서,
Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고,
각각의 링 구조에 존재하는 수소는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐(F, Cl, Br, I), 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되는 치환기로 치환될 수 있다.
[화학식 5B]
Figure pat00054
Figure pat00055
상기 화학식 5B에서,
R11 및 R12은 화학식 2B에서와 같고,
Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고,
각각의 링 구조에 존재하는 수소는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐(F, Cl, Br, I), 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되는 치환기로 치환될 수 있다.
[화학식 5C]
Figure pat00056
상기 화학식 5C에서,
Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고,
각각의 링에 존재하는 수소는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐(F, Cl, Br, I), 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되는 치환기로 치환될 수 있고, R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 C1 내지 C6 알킬기이다.
[화학식 5D]
Figure pat00057
상기 화학식 5D에서,
Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고,
각각의 링에 존재하는 수소는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐(F, Cl, Br, I), 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되는 치환기로 치환될 수 있고, R1a 및 R1b는 각각 독립적으로 C1 내지 C6 알킬기이다.
증착법은 균일한 박막 형성이 가능하고 불순물 혼입 가능성이 적어 유리한 점이 있으나 화합물의 융점이 증착 온도보다 낮은 경우 화합물의 분해물이 증착될 수 있어 소자의 성능을 저해할 수 있다. 따라서 증착 온도보다 화합물의 융점이 더 높은 것이 바람직하다. 상기 화학식 1의 구조로 표현되는 도너-어셉터형 재료는 융점(Tm)이 분해온도(Td)와 유사하므로 재료의 융점(Tm)에서 열분해될 수 있다. 진공 증착에 의해 제막하는 온도(승화 온도, 증착 온도, Ts)가 Tm보다 높은 온도라면 승화(증착)보다 분해가 우선적으로 발생하여 정상적인 소자를 제작할 수 없다.
상기 화합물은 Tm이 Ts보다 높기 때문에 증착 공정에 의하여 고순도의 박막으로 형성될 수 있으며 안정적인 이미지 센서 제작을 가능하게 한다. 이런 점에서 상기 화합물은 Tm-Ts이 40 ℃ 이상, 예를 들어 50 ℃ 이상, 60 ℃ 이상, 70 ℃ 이상, 80 ℃ 이상, 90 ℃ 이상 또는 100 ℃ 이상일 수 있다.
상기 화합물은 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 화합물로, 약 520 nm 내지 약 600 nm, 예를 들어 약 530 nm 이상, 약 535 nm 이상 또는 약 540 nm 이상 및 약 590 nm 이하 또는 약 580 nm 이하의 파장 범위에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가질 수 있다.
상기 화합물은 박막 상태에서 약 50 nm 내지 약 130 nm, 예를 들어 약 50 nm 내지 약 120 nm의 반치폭(full width at half maximum, 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. 상기 박막은 진공 조건에서 증착된 박막일 수 있다.
또한 이미지 센서를 제작할 경우 빛의 집광을 위해 마이크로렌즈 어레이(MLA)를 소자 제작 후에 형성할 필요가 있다. 이 마이크로렌즈 어레이는 형성 시에 비교적 고온(약 160 ℃ 이상, 예를 들어 170 ℃ 이상, 180 ℃ 이상 또는 190 ℃ 이상의 온도)을 필요로 하는데, 광전 소자(예를 들어 유기 광전 소자)는 이러한 열처리 공정에서 성능이 열화되어서는 안된다. MLA 열처리 공정에서 광전 소자가 열화하는 것은 유기 물질이 화학적으로 분해하는 것이 아니라 모폴로지 변화에 의해 발생하는 것이다. 모폴로지 변화는 일반적으로는 열처리에 의해 물질의 열운동이 시작되면서 생기기 시작하며 견고한 분자 구조를 갖는 경우에는 이러한 열진동이 발생하기 어려워져 열처리에 따른 열화를 방지할 수 있게 된다. 상기 화합물은 도너 부위에 공액(화학식 1에서 G-함유 연결구조) 구조를 가짐으로써 분자의 열에 의한 진동을 억제하여 MLA 열처리 공정에서도 안정하게 유지될 수 있으며, 이로써 공정안정성을 확보할 수 있다.
상기 화합물은 p 형 반도체 화합물일 수 있다.
상기 화합물은 p형 반도체로 작용하므로 혼합 사용하는 n형 반도체에 비해 LUMO 레벨의 위치가 높으면 적절하게 사용할 수 있다. 예를 들어 풀러렌과 같은 n형 재료와 혼합 사용하는 경우, 풀러렌의 LUMO 레벨이 4.2 eV이므로, 4.2 eV보다 높은 LUMO 레벨을 가지면 된다. 그리고 적절한 HOMO-LUMO 레벨의 경우, 상기 화합물은 HOMO 레벨이 약 5.2 내지 약 5.8 eV이고, 약 1.4 내지 약 2.6 eV의 에너지 밴드갭을 가지게 되면, LUMO 레벨이 약 3.8 내지 약 3.2 eV사이에 위치하게 된다. 상기 범위의 HOMO 레벨과 LUMO 레벨 및 에너지 밴드갭을 가짐으로써 녹색 파장 영역에서 광을 효과적으로 흡수하는 p형 반도체 화합물로 적용될 수 있고 그에 따라 높은 외부 양자 효율(external quantum efficiency, EQE)을 가질 수 있어 광전 변환 효율을 개선할 수 있다.
일 구현예에서 증착에 의해 박막을 형성하는 관점에서 안정적으로 증착가능한 화합물이 사용되는 것이 좋으므로 약 300 g/mol 내지 약 1500 g/mol의 분자량을 가지는 화합물이 증착 공정에 사용될 수 있다. 그러나 상기 범위 외라 하더라도 증착가능한 화합물이라면 제한없이 사용될 수 있다. 또한 도포 공정으로 박막을 형성하는 경우 용매에 용해되고, 도포가능한 화합물이라면 제한없이 사용될 수 있다.
이하 상기 화합물을 포함하는 일 구현예에 따른 광전 소자에 대하여 도면을 참고하여 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 광전 소자를 도시한 단면도이다.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 광전 소자(100)는 서로 마주하는 제1 전극(10)과 제2 전극(20), 그리고 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 위치하는 활성층(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.
상기 활성층(30)은 p형 반도체 화합물과 n형 반도체 화합물이 포함되어 Bulk heterojunction (BHJ)을 형성하는 층으로, 외부에서 빛을 받아 엑시톤(exciton)을 생성한 후 생성된 엑시톤을 정공과 전자로 분리하는 층이다.
상기 활성층(30)은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함한다. 상기 화합물은 활성층(30)에서 p형 반도체 화합물로 적용될 수 있다.
상기 화합물은 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 화합물로, 상기 화합물을 포함하는 활성층(30)은 약 520 nm 이상 약 600 nm 이하, 예를 들어 약 530 nm 이상, 약 535 nm 이상 또는 약 540 nm 이상 및 약 590 nm 이하 또는 약 580 nm 이하의 파장 범위에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가질 수 있다.
상기 활성층(30)은 약 50 nm 내지 약 130 nm, 예를 들어 약 50 nm 내지 약 120 nm의 비교적 작은 반치폭(FWHM)을 가지는 흡광 곡선을 나타낼 수 있다. 이에 따라 활성층(30)은 녹색 파장 영역의 광에 대하여 높은 선택성을 가질 수 있다.
상기 활성층은 상기 화합물과 C60을 약 0.9: 1 내지 약 1.1: 1, 예를 들어 1:1의 부피비로 포함하고 약 5.5×104 cm-1 이상, 예를 들어 약 5.8×104 cm-1 내지 약 10×104 cm-1 또는 약 7.0×104 cm-1 내지 약 10×104 cm-1의 흡수 계수를 가질 수 있다.
상기 활성층(30)은 BHJ을 형성하기 위한 n형 반도체 화합물을 더 포함할 수 있다.
상기 n형 반도체 화합물은 서브프탈로시아닌 또는 서브프탈로시아닌 유도체, 플러렌 또는 플러렌 유도체, 티오펜 또는 티오펜 유도체 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 플러렌의 예로는 C60, C70, C76, C78, C80, C82, C84, C90, C96, C240, C540, 이들의 혼합물, 플러렌 나노튜브 등이 있다. 상기 플러렌 유도체는 상기 플러렌에 치환기를 가지는 화합물을 의미한다. 상기 플러렌 유도체는 알킬기(예를 들어 C1 내지 C30 알킬기), 아릴기(예를 들어 C6 내지 C30 아릴기), 헤테로고리기 예를 들어 C3 내지 C30 사이클로알킬기) 등의 치환기를 포함할 수 있다. 상기 아릴기와 헤테로고리기의 예로는 벤젠고리, 나프탈렌 고리, 안트라센 고리, 페난트렌 고리, 플루오렌 고리, 트리페닐렌 고리, 나프타센 고리, 바이페닐 고리, 피롤 고리, 퓨란(furan) 고리, 티오펜 고리, 이미다졸 고리, 옥사졸 고리, 티아졸 고리, 피리딘 고리, 피라진 고리, 피리미딘 고리, 피리다진 고리, 인돌진(indolizine) 고리, 인돌 고리, 벤조퓨란 고리, 벤조티오펜 고리, 이소벤조퓨란(isobenzofuran) 고리, 벤즈이미다졸 고리, 이미다조피리딘(imidazopyridine) 고리, 퀴놀리진(quinolizidine) 고리, 퀴놀린 고리, 프탈진(phthalazine) 고리, 나프티리진(naphthyridine) 고리, 퀴녹살린(quinoxaline)고리, 퀴녹사졸린(quinoxazoline) 고리, 이소퀴놀린(isoquinoline) 고리, 카바졸(carbazole) 고리, 페나트리딘(phenanthridine) 고리, 아크리딘(acridine) 고리, 페난트롤린(phenanthroline) 고리, 티아트렌(thianthrene) 고리, 크로멘(chromene) 고리, 잔텐(xanthene) 고리, 페녹사진(phenoxazine) 고리, 페녹사틴(phenoxathiin) 고리, 페노티아진(phenothiazine) 고리 또는 페나진(phenazine) 고리가 있다.
상기 서브프탈로시아닌 또는 서브프탈로시아닌 유도체는 하기 화학식 6으로 표현될 수 있다.
[화학식 6]
Figure pat00058
상기 화학식 6에서,
R31 내지 R33은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐, 할로겐 함유기 및 이들의 조합에서 선택되고,
a, b 및 c는 1 내지 3의 정수이고,
Z는 1가의 치환기이다.
일 예로, Z는 할로겐 또는 할로겐 함유기일 수 있으며, 예를 들어 F, Cl, F 함유기 또는 Cl 함유기일 수 있다.
상기 할로겐은 F, Cl, Br 또는 I를 의미할 수 있으며 할로겐 함유기는 알킬기(C1 내지 C30 알킬기)의 수소중 적어도 하나가 F, Cl, Br 또는 I로 치환된 것을 의미할 수 있다.
상기 티오펜 유도체는 예컨대 하기 화학식 7 또는 화학식 8로 표현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
[화학식 7]
Figure pat00059
[화학식 8]
Figure pat00060
상기 화학식 7과 8에서,
T1, T2 및 T3는 치환 또는 비치환된 티오펜부를 가지는 방향족 고리이고,
T1, T2 및 T3는 각각 독립적으로 존재하거나 융합되어 있을 수 있고,
X3 내지 X8은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기, 시아노기 또는 이들의 조합이고,
EWG1 및 EWG2는 각각 독립적으로 전자흡인기(electron withdrawing group)일 수 있다.
일 예로, 상기 화학식 7에서, X3 내지 X8 중 적어도 하나는 전자 흡인기, 예를 들어 시아노기 또는 시아노 함유기일 수 있다.
상기 활성층(30)은 녹색광을 선택적으로 흡수하는 제2의 p형 반도체 화합물을 더 포함할 수 있다. 상기 제2의 p형 반도체 화합물로는 하기 화학식 9의 화합물을 들 수 있다.
[화학식 9]
Figure pat00061
상기 화학식 9에서,
R41 내지 R43는 각각 독립적으로 수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 지방족 탄화수소기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 탄화수소기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 지방족 헤테로고리기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 방향족 헤테로고리기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴옥시기, 티올기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬티오기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴티오기, 시아노기, 시아노 함유기, 할로겐기, 할로겐 함유기, 치환 또는 비치환된 설포닐기(예를 들어, 치환 또는 비치환된 C0 내지 C30 아미노설포닐기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬설포닐기 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴설포닐기) 또는 이들의 조합이고, 또는 R41 내지 R43는 인접한 두 개가 연결되어 융합고리를 형성하고,
L1 내지 L3은 각각 독립적으로 단일 결합, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬렌기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴렌기, 2가의 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기 또는 이들의 조합이고,
R51 내지 R53는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로고리기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 아민기(예를 들어, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬아민기 또는 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴아민기), 치환 또는 비치환된 실릴기 또는 이들의 조합이고,
a 내지 c는 각각 독립적으로 0 내지 4의 정수이다.
상기 녹색광을 선택적으로 흡수하는 제2의 p형 반도체 화합물은 상기 화학식 1의 화합물 100 중량부에 대하여 약 500 내지 약 1500 중량부로 포함되는 것이 좋다.
상기 활성층(30)은 단일 층일 수도 있고 복수 층일 수도 있다. 활성층(30)은 예컨대 진성층(instrinsic layer, I층), p형 층/I층, I층/n형 층, p형 층/I층/n형 층, p형 층/n형 층 등 다양한 조합일 수 있다.
상기 진성층(I층)은 상기 화학식 1의 화합물과 상기 n형 반도체 화합물이 약 1:100 내지 약 100:1의 두께 비로 혼합되어 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서 약 1:50 내지 50:1의 두께 비로 포함될 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 1:10 내지 10:1의 두께 비로 포함될 수 있으며, 상기 범위 내에서 약 1:1의 두께 비로 포함될 수 있다. 상기 범위의 조성비를 가짐으로써 효과적인 엑시톤 생성 및 pn 접합 형성에 유리하다.
상기 p형 층은 상기 화학식 1의 반도체 화합물을 포함할 수 있고, 상기 n형 층은 상기 n형 반도체 화합물을 포함할 수 있다.
상기 활성층(30)은 약 1 nm 내지 약 500 nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위 내에서 약 5 nm 내지 300 nm의 두께를 가질 수 있다. 상기 범위의 두께를 가짐으로써 빛을 효과적으로 흡수하고 정공과 전자를 효과적으로 분리 및 전달함으로써 광전 변환 효율을 효과적으로 개선할 수 있다. 상기 활성층(30)의 최적의 막 두께는 예컨대 활성층(30)의 흡수 계수를 고려하여 결정할 수 있으며, 예컨대 적어도 약 70% 이상, 예컨대 약 80% 이상, 예컨대 약 90%의 빛을 흡수할 수 있는 두께를 가질 수 있다.
광전 소자(100)는 제1 전극(10) 및/또는 제2 전극(20) 측으로부터 빛이 입사되어 활성층(30)이 소정 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 광전 소자에 전류가 흐를 수 있게 된다.
이하 도 2를 참고하여 다른 구현예에 따른 광전 소자에 대하여 설명한다.
도 2는 다른 구현예에 따른 광전 소자를 도시한 단면도이다.
도 2를 참고하면, 본 구현예에 따른 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 활성층(30)을 포함한다.
그러나 본 구현예에 따른 광전 소자(100)는 전술한 구현예와 달리 제1 전극(10)과 활성층(30) 사이 및 제2 전극(20)과 활성층(30) 사이에 각각 전하 보조층(40, 45)을 더 포함한다. 전하 보조층(40, 45)은 활성층(30)에서 분리된 정공과 전자의 이동을 용이하게 하여 효율을 높일 수 있다.
전하 보조층(40, 45)은 정공의 주입을 용이하게 하는 정공 주입층(hole injecting layer, HIL), 정공의 수송을 용이하게 하는 정공 수송층(hole transporting layer, HTL), 전자의 이동을 저지하는 전자 차단층(electron blocking layer, EBL), 전자의 주입을 용이하게 하는 전자 주입층(electron injecting layer, EIL), 전자의 수송을 용이하게 하는 전자 수송층(electron transporting layer, ETL) 및 정공의 이동을 저지하는 정공 차단층(hole blocking layer, HBL)에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
전하 보조층(40, 45)은 예컨대 유기물, 무기물 또는 유무기물을 포함할 수 있다. 상기 유기물은 정공 또는 전자 특성을 가지는 유기 화합물일 수 있고, 상기 무기물은 예컨대 몰리브덴 산화물, 텅스텐 산화물, 니켈 산화물과 같은 금속 산화물일 수 있다.
상기 정공 수송층(HTL)은 예컨대 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌술포네이트)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate), PEDOT:PSS), 폴리아릴아민, 폴리(N-비닐카바졸)(poly(N-vinylcarbazole), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), N,N,N',N'-테트라키스(4-메톡시페닐)-벤지딘(N,N,N',N'-tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine, TPD), 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]비페닐(4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl, α-NPD), m-MTDATA, 4,4'4"-트리스(N-카바졸릴)-트리페닐아민(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine, TCTA) 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자 차단층(EBL)은 예컨대 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌술포네이트)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate), PEDOT:PSS), 폴리아릴아민, 폴리(N-비닐카바졸)(poly(N-vinylcarbazole), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole), N,N,N',N'-테트라키스(4-메톡시페닐)-벤지딘(N,N,N',N'-tetrakis(4-methoxyphenyl)-benzidine, TPD), 4,4'-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]비페닐(4,4'-bis[N-(1-naphthyl)-N-phenyl-amino]biphenyl, α-NPD), m-MTDATA, 4,4',4"-트리스(N-카바졸릴)-트리페닐아민(4,4',4"-tris(N-carbazolyl)-triphenylamine, TCTA) 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전자 수송층(ETL)은 예컨대 1,4,5,8-나프탈렌-테트라카르복실릭 디안하이드라이드(1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic dianhydride, NTCDA), 바소쿠프로인(bathocuproine, BCP), LiF, Alq3, Gaq3, Inq3, Znq2, Zn(BTZ)2, BeBq2 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 정공 차단층(HBL)은 예컨대 1,4,5,8-나프탈렌-테트라카르복실릭 디안하이드라이드(1,4,5,8-naphthalene-tetracarboxylic dianhydride, NTCDA), 바소쿠프로인(BCP), LiF, Alq3, Gaq3, Inq3, Znq2, Zn(BTZ)2, BeBq2 및 이들의 조합에서 선택되는 하나를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 전하 보조층(40, 45) 중 하나는 생략될 수 있다.
상기 광전 소자는 태양 전지, 이미지 센서, 광 검출기, 광 센서 및 발광 소자 등에 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하 상기 광전 소자를 적용한 이미지 센서의 일 예에 대하여 도면을 참고하여 설명한다. 여기서는 이미지 센서의 일 예로 유기 CMOS 이미지 센서에 대하여 설명한다.
도 3은 일 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 4는 도 3의 유기 CMOS 이미지 센서의 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참고하면, 일 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서(300)는 광 감지 소자(50B, 50R), 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있는 반도체 기판(310), 하부 절연층(60), 색 필터 층(70), 상부 절연층(80) 및 광전 소자(100)를 포함한다.
반도체 기판(310)은 실리콘 기판일 수 있으며, 광 감지 소자(50B, 50R), 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있다. 광 감지 소자(50R, 50B)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 광전 소자(100)와 전기적으로 연결되어 있고 전하 저장소(55)의 정보는 전송 트랜지스터에 의해 전달될 수 있다.
도면에서는 광 감지 소자(50B, 50R)가 나란히 배열된 구조를 예시적으로 도시하였으나 이에 한정되지 않고 청색 광 감지 소자(50B)와 적색 광 감지 소자(50R)가 수직으로 적층되어 있을 수도 있다.
반도체 기판(310) 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 층(70)이 형성되어 있다. 색 필터 층(70)은 청색 화소에 형성되어 청색 광을 선택적으로 투과하는 청색 필터(70B)와 적색 화소에 형성되어 적색 광을 선택적으로 투과하는 적색 필터(70R)를 포함한다. 일 구현예에서 상기 청색 필터(70B)와 적색 필터(70R) 대신에 시안 필터(70C)와 옐로우 필터(70Y)가 배치될 수도 있다. 본 구현예에서는 녹색 필터를 구비하지 않은 예를 설명하지만, 경우에 따라 녹색 필터를 구비할 수도 있다.
색 필터 층(70)은 경우에 따라 생략될 수 있으며, 일 예로 청색 광 감지 소자(50B)와 적색 광 감지 소자(50R)가 수직으로 적층되어 있는 구조에서는 청색 광 감지 소자(50B)와 적색 광 감지 소자(50R)가 적층 깊이에 따라 각 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수 및/또는 감지할 수 있으므로 색 필터 층(70)을 구비하지 않을 수도 있다.
색 필터 층(70) 위에는 상부 절연층(80)이 형성되어 있다. 상부 절연층(80)은 색 필터 층(70)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 광전 소자(100)가 형성되어 있다. 광전 소자(100)는 전술한 바와 같이 제1 전극(10), 활성층(30) 및 제2 전극(20)을 포함한다.
제1 전극(10)과 제2 전극(20)은 모두 투명 전극일 수 있으며, 활성층(30)은 전술한 바와 같다. 활성층(30)은 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수 및/또는 감지할 수 있으며 녹색 화소의 색 필터를 대체할 수 있다.
제2 전극(20) 측으로부터 입사된 광은 활성층(30)에서 녹색 파장 영역의 빛이 주로 흡수되어 광전 변환될 수 있고 나머지 파장 영역의 빛은 제1 전극(10)을 통과하여 광 감지 소자(50B, 50R)에 센싱될 수 있다.
상기와 같이 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수 및/또는 감지하는 광전 소자가 적층된 구조를 가짐으로써 이미지 센서의 크기를 줄여 소형화 이미지 센서를 구현할 수 있다.
또한 전술한 바와 같이 상기 화학식 1로 표현되는 화합물을 반도체 화합물로서 포함함으로써 박막 상태에서도 화합물들 사이의 응집이 발생하는 것을 방지하여 파장에 따른 흡광 특성을 유지할 수 있다. 이에 따라 녹색 파장 선택성을 그대로 유지할 수 있고 그에 따라 녹색 이외의 파장 영역의 광을 불필요하게 흡수하여 발생하는 크로스토크를 줄이고 감도를 높일 수 있다.
일 구현예에서, 도 4에서 추가의 컬러 필터가 광전 소자(100)위에 더 배치될 수 있다. 상기 추가의 컬러 필터는 청색 필터(70B)와 적색 필터(70R) 또는 시안 필터(70C)와 옐로우 필터(70Y)를 포함할 수 있다.
상기 컬러 필터가 광전 소자 위에 배치된 유기 CMOS 이미지 센서는 도 5에 도시되어 있다. 도 5는 일 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서(400)을 보인 단면도이다. 도 5를 참고하면, 유기 CMOS 이미지 센서(400)는 청색 필터(72B)와 적색 필터(72R)를 포함하는 컬러 필터 층(72)이 광전 소자(100) 위에 위치한 것을 제외하고 도 4와 동일한 구조를 가진다. 상기 청색 필터(72B)와 적색 필터(72R) 대신에 시안 필터(72C) 및 옐로우 필터(72Y)가 각각 배치될 수도 있다.
도 4와 도 5에서는 도 1의 광전 소자(100)를 포함하는 예를 도시하였지만 이에 한정되지 않고 도 2의 광전 소자(200)를 포함하는 경우에도 동일하게 적용할 수 있다. 도 6은 도 2의 광전 소자(200)을 적용한 유기 CMOS 이미지 센서(500)를 도시한 단면도이다.
도 7은 또 다른 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 7을 참고하면, 본 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서(500)는 전술한 구현예와 마찬가지로 광 감지 소자(50B, 50R), 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있는 반도체 기판(310), 절연층(80) 및 광전 소자(100)를 포함한다.
그러나 본 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서(600)는 전술한 구현예와 달리, 청색 광 감지 소자(50B)와 적색 광 감지 소자(50R)가 적층되어 있고 색 필터 층(70)이 생략될 수 있다. 청색 광 감지 소자(50B)와 적색 광 감지 소자(50R)는 전하 저장소와 전기적으로 연결되어 있고 전송 트랜지스터(도시하지 않음)에 의해 전달될 수 있다. 청색 광 감지 소자(50B)와 적색 광 감지 소자(50R)는 적층 깊이에 따라 각 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수 및/또는 감지할 수 있다.
상기와 같이 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수 및/또는 감지하는 광전 소자가 적층된 구조를 가지고 적색 광 감지 소자와 청색 광 감지 소자가 적층된 구조를 가짐으로써 이미지 센서의 크기를 더욱 줄여 소형화 이미지 센서를 구현할 수 있다. 또한 전술한 바와 같이 광전 소자(100)는 녹색 파장 선택성을 높임으로써 녹색 이외의 파장 영역의 광을 불필요하게 흡수하여 발생하는 크로스토크를 줄이고 감도를 높일 수 있다.
도 7에서는 도 1의 광전 소자(100)를 포함하는 예를 도시하였지만 이에 한정되지 않고 도 2의 광전 소자(200)를 포함하는 경우에도 동일하게 적용할 수 있다.
도 8은 또 다른 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 8을 참고하면, 본 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서는 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수 및/또는 감지하는 녹색 광전 소자(G), 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수 및/또는 감지하는 청색 광전 소자(B) 및 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수 및/또는 감지하는 적색 광전 소자(R)가 적층되어 있는 구조이다.
도면에서는 적색 광전 소자(R), 청색 광전 소자(B) 및 녹색 광전 소자(G)가 차례로 적층된 구조를 도시하였지만, 이에 한정되지 않고 적층 순서는 다양하게 바뀔 수 있다.
상기 녹색 광전 소자(G)는 전술한 광전 소자(100) 또는 광전 소자(200)일 수 있고, 상기 청색 광전 소자(B)는 서로 마주하는 전극들과 그 사이에 개재되어 있는 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 물질을 포함하는 활성층을 포함할 수 있으며, 상기 적색 광전 소자(R)는 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 흡수 및/또는 감지하는 녹색 광전 소자(G), 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수 및/또는 감지하는 청색 광전 소자(B) 및 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수 및/또는 감지하는 적색 광전 소자(R)가 적층된 구조를 가짐으로써 이미지 센서의 크기를 더욱 줄여 소형화 이미지 센서를 구현할 수 있는 동시에 감도를 높이고 크로스토크를 줄일 수 있다.
상기 이미지 센서는 적절한 파장 영역의 흡수를 가짐으로써 적층형 구조를 가지면서도 감도(YSNR10)와 색 재현성(△E*ab)을 모두 개선할 수 있다.
여기에서 말하는 YSNR10이란 이미지 센서의 감도를 나타내는 수치이며 2007년 International Image Sensor Workshop(Ogunquit Maine, USA)의 개요집에 기재된 Juha Alakarhu의 "Image Sensors and Image Quality in Mobile Phones" 방법으로 측정된 수치이며, 시그널과 노이즈의 비가 10이 되는 최소 조도를 lux로 표현한 것이다. 따라서 YSNR10의 값은 작으면 작을수록 감도가 높다고 할 수 있다.
한편 색 재현성(△E*ab)은 X-Rite 차트의 표준색에 대해 어느 정도 차이가 있는지를 나타내는 수치이며 △E*ab는 CIE（국제조명위원회）가 1976년에 L*a*b* 색공간상의 2 점간의 거리를 나타내는 수치로 규정한 것이다. 예를 들어 상기 색차는 하기 수학식 1에 의하여 계산될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00062
상기 수학식 1에서,
△L*는 상온(20 ℃ 내지 25 ℃)에서의 색 좌표 L*와 비교할 때 색 좌표 L*의 변화를 나타내고,
△a*는 상온에서의 색 좌표 a*와 비교할 때 색 좌표 a*의 변화를 나타내며,
△b*는 상온에서의 색 좌표 b*와 비교할 때 색 좌표 b*의 변화를 나타낸다.
고감도와 색재현성이 높은 이미지 센서를 만들기 위해서는 △E*ab≤3에서 YSNR10=100 lux 이하일 필요가 있는데 상기 화합물을 사용할 경우 △E*ab≤3에서 YSNR10=100 lux의 감도와 색재현성을 구현할 수 있다.
상기 이미지 센서는 다양한 전자 장치에 적용될 수 있으며, 예컨대 모바일 폰, 디지털 카메라 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이하 실시예를 통하여 상술한 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 범위를 제한하는 것은 아니다.
합성예 1: 하기 화학식 1-1로 표현되는 화합물(2-((5-(10,10-dimethyldibenzo[b,e][1,4]azasilin-5(10H)-yl)tellurophen-2-yl)methylene)-1H-indene-1,3(2H)-dione)의 합성
[화학식 1-1]
Figure pat00063
[반응식 1-1]
Figure pat00064
(i) 화합물 (1)의 합성
2-아이오도텔루로펜(2-iodotellurophene)은 Efficient Synthesis of 2-Iodo and 2-Dicyanomethyl Derivatives of Thiophene, Selenophene, Tellurophene, and Thieno[3,2-b]thiophene, Takahashi, K.; Tarutani, S. Heterocycles 1996, 43, 1927-1935에 기재된 방법을 참고하여 합성한다.
(ii) 화합물 (2)의 합성
2-아이오도텔루로펜 15.0ｇ(49.1 mmol) 및 10,10-dimethyl-5,10-dihydrodibenzo[b,e][1,4]azasiline 10.0ｇ(44.6 mmol)을 무수 톨루엔 200 ml중에서 5 mol%의 Pd(dba)2, 5 mol%의 P(tBu)3 및 12.9ｇ(133.9 mmol)의 NaOtBu 존재 하에서, 2시간 가열 환류한다. 얻어진 생성물을 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의해 분리 정제(톨루엔 : 헥산=1:4 부피비)하여 10,10-dimethyl-5-(tellurophen-2-yl)-5,10-dihydrodibenzo[b,e][1,4]azasiline 6.8 g (수율 37.8％)을 얻는다.
(iii) 화합물 (3)의 합성
30.0 ml의 N,N-다이메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide)에 6.2 ml의 염화포스포릴(phosphoryl chloride)를 -15 ℃에서 적하한 후 상온(24 ℃)에서 2시간 동안 교반한다. 이를 300 ml의 디클로로메탄(dichloromethane)와 6.8 g의 화합물 (2)를 섞은 것에 -15℃에서 천천히 적하한 후 상온에서 30분간 교반하고 감압 농축한다. 여기에 300 ml의 물을 추가하고 pH 값이 14가 될 때까지 수산화나트륨 수용액(aqueous sodium hydroxide solution)를 추가한 후 상온(24 ℃)에서 2시간 교반한다. 디클로로메탄(dichloromethane)으로 추출한 유기층을 염화나트륨 수용액(aqueous sodium chloride solution)로 세정(wash)한 후 무수 황산마그네슘(magnesium sulfate anhydrous)를 넣어 건조시킨다. 얻어진 생성물을 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의해 분리정제 (헥산 : 에틸아세테이트=4:1의 부피비)하여 5-(10,10-dimethyldibenzo[b,e][1,4]azasilin-5(10H)-yl)tellurophene-2-carbaldehyde 2.82 g (수율 38.8%)을 얻는다.
(iv) 화학식 1-1로 표현되는 화합물 (4)의 합성
얻어진 화합물 (3) 2.82g (6.54mmol)를 에탄올에 현탁시키고, 여기에 1H-Indene-1,3(2H)-dione 1.15g (7.85mmol)을 첨가하여, 50 ℃에서 2시간 반응시켜 화학식 1-1로 표현되는 최종 화합물 2.20g (수율 60.1％)을 얻는다. 얻어진 화합물을 승화 정제하여 순도 99.9％까지 정제한다.
1H-NMR (500 MHz, Methylene Chloride-d 2): δ 7.98 (s, 1H), 8.12 (m, 6H), 7.52 (m, 4H), 7.54 (m, 3H), 6.98 (d, 1H). 0.47 (s, 6H).
합성예 2: 하기 화학식 1-2로 표현되는 화합물(5-((5-(10,10-dimethyldibenzo[b,e][1,4]azasilin-5(10H)-yl)tellurophen-2-yl)methylene)-1,3-dimethyl-2-thioxodihydropyrimidine-4,6(1H,5H)-dione)의 합성
[화학식 1-2]
Figure pat00065
[반응식 1-2]
Figure pat00066
(i) 화합물 (1)의 합성
2-아이오도텔루로펜(2-iodotellurophene)은 Efficient Synthesis of 2-Iodo and 2-Dicyanomethyl Derivatives of Thiophene, Selenophene, Tellurophene, and Thieno[3,2-b]thiophene, Takahashi, K.; Tarutani, S. Heterocycles 1996, 43, 1927-1935에 기재된 방법을 참고하여 합성한다.
(ii) 화합물 (2)의 합성
2-아이오도텔루로펜 15.0ｇ(49.1 mmol) 및 10,10-dimethyl-5,10-dihydrodibenzo[b,e][1,4]azasiline 10.0ｇ(44.6 mmol)을 무수 톨루엔 200 ml중에서 5 mol%의 Pd(dba)2, 5 mol%의 P(tBu)3 및 12.9ｇ(133.9 mmol)의 NaOtBu 존재 하에서, 2시간 가열 환류한다. 얻어진 생성물을 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의해 분리 정제(톨루엔 : 헥산=1:4 부피비)하여 10,10-dimethyl-5-(tellurophen-2-yl)-5,10-dihydrodibenzo[b,e][1,4]azasiline 6.8 g (수율 37.8％)을 얻는다.
(iii) 화합물 (3)의 합성
30.0ml의 N,N-다이메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide)에 6.2 ml의 염화포스포릴(phosphoryl chloride)를 -15 ℃에서 적하한 후 상온(24 ℃)에서 2시간 동안 교반한다. 이를 300 ml의 디클로로메탄(dichloromethane)와 6.8 g의 화합물 (2)를 섞은 것에 -15 ℃에서 천천히 적하한 후 상온에서 30분간 교반하고 감압 농축한다. 여기에 300 ml의 물을 추가하고 pH 값이 14가 될 때까지 수산화나트륨 수용액(aqueous sodium hydroxide solution)를 추가한 후 상온(24 ℃)에서 2시간 교반한다. 디클로로메탄(dichloromethane)으로 추출한 유기층을 염화나트륨 수용액(aqueous sodium chloride solution)로 세정(wash)한 후 무수 황산마그네슘(magnesium sulfate anhydrous)를 넣어 건조시킨다. 얻어진 생성물을 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의해 분리정제 (헥산 : 에틸아세테이트=4:1의 부피비)하여 5-(10,10-dimethyldibenzo[b,e][1,4]azasilin-5(10H)-yl)tellurophene-2-carbaldehyde 2.82 g (수율 38.8%)을 얻는다.
(iv) 화학식 1-2로 표현되는 화합물 (4)의 합성
얻어진 화합물 (3) 2.82g (6.54mmol)를 에탄올에 현탁시키고, 여기에 1,3-디메틸-2-티오바비투릭 에시드 1.35g (7.85 mmol)을 첨가하여, 50 ℃에서 2시간 반응시켜 화학식 1-2로 표현되는 최종 화합물 2.98 g (수율 77.8％)을 얻는다. 얻어진 화합물을 승화 정제하여 순도 99.9％까지 정제한다.
1H-NMR (500 MHz, Methylene Chloride-d 2): δ 8.46 (s, 1H), 8.26 (d, 1H), 7.80 (d, 2H), 7.71 (d, 2H), 7.54 (t, 2H), 7.42 (t, 2H), 6.93 (d, 1H), 3.68 (d, 6H), 0.45 (s, 6H).
합성예 3: 화학식 1-3으로 표현되는 화합물의 합성
[화학식 1-3]
Figure pat00067
[반응식 1-3]
Figure pat00068
(i) 화합물 (1)의 합성
2-아이오도텔루로펜(2-iodotellurophene)은 Efficient Synthesis of 2-Iodo and 2-Dicyanomethyl Derivatives of Thiophene, Selenophene, Tellurophene, and Thieno[3,2-b]thiophene, Takahashi, K.; Tarutani, S. Heterocycles 1996, 43, 1927-1935에 기재된 방법을 참고하여 합성한다.
(ii) 화합물 (2)의 합성
2-아이오도텔루로펜 15.0ｇ(49.1 mmol) 및 10,10-diethyl-5,10-dihydrodibenzo[b,e][1,4]azasiline 11.3ｇ(44.6 mmol)을 무수 톨루엔 200 ml중에서 5 mol%의 Pd(dba)2, 5 mol%의 P(tBu)3 및 12.9ｇ(133.9 mmol)의 NaOtBu 존재 하에서, 2시간 가열 환류한다. 얻어진 생성물을 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의해 분리 정제(톨루엔 : 헥산=1:4 부피비)하여 10,10-diethyl-5-(tellurophen-2-yl)-5,10-dihydrodibenzo[b,e][1,4]azasiline 7.2 g (수율 37.4％)을 얻는다.
(iii) 화합물 (3)의 합성
34.0 ml의 N,N-다이메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide)에 13.5 ml의 염화포스포릴(phosphoryl chloride)를 -15 ℃에서 적하한 후 상온(24 ℃)에서 2시간 동안 교반한다. 이를 300 ml의 디클로로메탄(dichloromethane)와 7.2 g의 화합물 (2)를 섞은 것에 -15 ℃에서 천천히 적하한 후 상온에서 30분간 교반하고 감압 농축한다. 여기에 300 ml의 물을 추가하고 pH 값이 14가 될 때까지 수산화나트륨 수용액(aqueous sodium hydroxide solution)를 추가한 후 상온(24 ℃)에서 2시간 교반한다. 디클로로메탄(dichloromethane)으로 추출한 유기층을 염화나트륨 수용액(aqueous sodium chloride solution)로 세정(wash)한 후 무수 황산마그네슘(magnesium sulfate anhydrous)를 넣어 건조시킨다. 얻어진 생성물을 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의해 분리정제 (헥산 : 에틸아세테이트=4:1의 부피비)하여 5-(10,10-diethyldibenzo[b,e][1,4]azasilin-5(10H)-yl)tellurophene-2-carbaldehyde 2.00 g (수율 26.1%)을 얻는다.
(iv) 화학식 1-3으로 표현되는 화합물 (4)의 합성
얻어진 화합물 (3) 2.00 g (4.36 mmol)를 에탄올에 현탁시키고, 여기에 1,3-디메틸-2-티오바비투릭 에시드 0.90g (5.23 mmol)을 첨가하여, 50 ℃에서 2시간 반응시켜 화학식 1-3으로 표현되는 최종 화합물 2.04 g (수율 76.4％)을 얻는다. 얻어진 화합물을 승화 정제하여 순도 99.9％까지 정제한다.
1H-NMR (500 MHz, Methylene Chloride-d 2): δ 8.46 (s, 1H), 8.26 (d, 1H), 7.82 (d, 2H), 7.72 (d, 2H), 7.56 (t, 2H), 7.46 (t, 2H), 6.93 (d, 1H), 3.70 (d, 6H), 1.50 (t, 4H), 0.90 (s, 6H).
합성예 4: 하기 화학식 1-4로 표현되는 화합물
[화학식 1-4]
Figure pat00069
[반응식 1-4]
Figure pat00070
(i) 화합물 (1)의 합성
2-아이오도셀레노펜(2-iodoselenophene)은 Efficient Synthesis of 2-Iodo and 2-Dicyanomethyl Derivatives of Thiophene, Selenophene, Tellurophene, and Thieno[3,2-b]thiophene, Takahashi, K.; Tarutani, S. Heterocycles 1996, 43, 1927-1935에 기재된 방법을 참고하여 합성한다.
(ii) 화합물 (2)의 합성
2-아이오도셀레노펜 15.0ｇ(58.4 mmol) 및 10,10-dimethyl-5,10-dihydrodibenzo[b,e][1,4]azasiline 11.9ｇ(58.4 mmol)을 무수 톨루엔 200 ml중에서 5 mol%의 Pd(dba)2, 5 mol%의 P(tBu)3 및 15.3ｇ(159.22 mmol)의 NaOtBu 존재 하에서, 2시간 가열 환류한다. 얻어진 생성물을 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의해 분리 정제(톨루엔 : 헥산=1:4 부피비)하여 10,10-dimethyl-5-(selenophen-2-yl)-5,10-dihydrodibenzo[b,e][1,4]azasiline 11.2 g (수율 49.0％)을 얻는다.
(iii) 화합물 (3)의 합성
38.0 ml의 N,N-다이메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide)에 8.2 ml의 염화포스포릴(phosphoryl chloride)를 -15 ℃에서 적하한 후 상온(24 ℃)에서 2시간 동안 교반한다. 이를 300 ml의 디클로로메탄(dichloromethane)와 11.2 g의 화합물 (2)를 섞은 것에 -15 ℃에서 천천히 적하한 후 상온에서 30분간 교반하고 감압 농축한다. 여기에 300 ml의 물을 추가하고 pH 값이 14가 될 때까지 수산화나트륨 수용액(aqueous sodium hydroxide solution)을 추가한 후 상온(24 ℃)에서 2시간 교반한다. 디클로로메탄(dichloromethane)으로 추출한 유기층을 염화나트륨 수용액(aqueous sodium chloride solution)로 세정(wash)한 후 무수 황산마그네슘(magnesium sulfate anhydrous)을 넣어 건조시킨다. 얻어진 생성물을 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의해 분리정제 (헥산 : 에틸아세테이트=4:1의 부피비)하여 5-(10,10-dimethyldibenzo[b,e][1,4]azasilin-5(10H)-yl)selenophene-2-carbaldehyde 6.82 g (수율 54.0%)을 얻는다.
(iv) 화학식 1-4로 표현되는 화합물 (4)의 합성
얻어진 화합물 (3) 3.00 g (7.85 mmol)을 에탄올에 현탁시키고, 여기에 1,3-디메틸-2-티오바비투릭 에시드 1.62g (9.41 mmol)을 첨가하여, 50 ℃에서 2시간 반응시켜 화학식 1-4로 표현되는 최종 화합물 3.15 g (수율 74.8％)을 얻는다. 얻어진 화합물을 승화 정제하여 순도 99.9％까지 정제한다.
1H-NMR (500 MHz, Methylene Chloride-d 2): δ 8.46 (s, 1H), 8.26 (d, 1H), 7.80 (d, 2H), 7.71 (d, 2H), 7.56 (t, 2H), 7.50 (t, 2H), 6.93 (d, 1H), 3.68 (d, 6H), 0.45 (s, 6H).
합성예 5: 화학식 1-5로 표현되는 화합물(5-((5-(5H-spiro[dibenzo[b,e][1,4]azasiline-10,1'-silolan]-5-yl)tellurophen-2-yl)methylene)-1,3-dimethyl-2-thioxodihydropyrimidine-4,6(1H,5H)-dione)의 합성
[화학식 1-5]
Figure pat00071
[반응식 1-5]
Figure pat00072
(i) 화합물 (1)의 합성
2-아이오도텔루로펜(2-iodotellurophene)은 Efficient Synthesis of 2-Iodo and 2-Dicyanomethyl Derivatives of Thiophene, Selenophene, Tellurophene, and Thieno[3,2-b]thiophene, Takahashi, K.; Tarutani, S. Heterocycles 1996, 43, 1927-1935에 기재된 방법을 참고하여 합성한다.
(ii) 화합물 (2)의 합성
2-아이오도텔루로펜 15.0ｇ(49.1 mmol) 및 5H-spiro[dibenzo[b,e][1,4]azasiline-10,1'-silolane 11.2ｇ(44.6 mmol)을 무수 톨루엔 200 ml중에서 5 mol%의 Pd(dba)2, 5 mol%의 P(tBu)3 및 12.9ｇ(133.9 mmol)의 NaOtBu 존재 하에서, 2시간 가열 환류한다. 얻어진 생성물을 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의해 분리 정제(톨루엔 : 헥산=1:4 부피비)하여 5-(tellurophen-2-yl)-5H-spiro[dibenzo[b,e][1,4]azasiline-10,1'-silolane 6.8g (수율 35.5 ％)을 얻는다.
(iii) 화합물 (3)의 합성
38.0 ml의 N,N-다이메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide)에 12.4 ml의 염화포스포릴(phosphoryl chloride)를 -15 ℃에서 적하한 후 상온(24 ℃)에서 2시간 동안 교반한다. 이를 300 ml의 디클로로메탄(dichloromethane)와 6.8 g의 화합물 (2)를 섞은 것에 -15 ℃에서 천천히 적하한 후 상온에서 30분간 교반하고 감압 농축한다. 여기에 300 ml의 물을 추가하고 pH 값이 14가 될 때까지 수산화나트륨 수용액(aqueous sodium hydroxide solution)를 추가한 후 상온(24 ℃)에서 2시간 교반한다. 디클로로메탄(dichloromethane)으로 추출한 유기층을 염화나트륨 수용액(aqueous sodium chloride solution)로 세정(wash)한 후 무수 황산마그네슘(magnesium sulfate anhydrous)를 넣어 건조시킨다. 얻어진 생성물을 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의해 분리정제 (헥산 : 에틸아세테이트=4:1의 부피비)하여 5-(5H-spiro[dibenzo[b,e][1,4]azasiline-10,1'-silolan]-5-yl)tellurophene-2-carbaldehyde 2.00 g (수율 27.6%)을 얻는다.
(iv) 화학식 1-5로 표현되는 화합물 (4)의 합성
얻어진 화합물 (3) 2.00 g (4.38 mmol)를 에탄올에 현탁시키고, 여기에 1,3-디메틸-2-티오바비투릭 에시드 0.90g (5.25mmol)을 첨가하여, 50 ℃에서 2시간 반응시켜 화학식 1-5로 표현되는 최종 화합물 2.1 g (수율 78.5％)을 얻는다. 얻어진 화합물을 승화 정제하여 순도 99.9％까지 정제한다.
1H-NMR (500 MHz, Methylene Chloride-d 2): δ 8.48 (s, 1H), 8.28 (d, 1H), 7.82 (d, 2H), 7.74 (d, 2H), 7.58 (t, 2H), 7.46 (t, 2H), 6.92 (d, 1H), 3.72 (d, 6H), 1.88 (t, 8H)
합성예 6: 화학식 1-6으로 표현되는 화합물의 합성
[화학식 1-6]
Figure pat00073
[반응식 1-6]
Figure pat00074
(i) 화합물 (1)의 합성
2-아이오도텔루로펜(2-iodotellurophene)은 Efficient Synthesis of 2-Iodo and 2-Dicyanomethyl Derivatives of Thiophene, Selenophene, Tellurophene, and Thieno[3,2-b]thiophene, Takahashi, K.; Tarutani, S. Heterocycles 1996, 43, 1927-1935에 기재된 방법을 참고하여 합성한다.
(ii) 화합물 (2)의 합성
2-아이오도텔루로펜 15.0ｇ(49.1 mmol) 및 10,10-dimethyl-5,10-dihydrodibenzo[b,e][1,4]azagermine 12.0ｇ(44.6 mmol)을 무수 톨루엔 200 ml중에서 4.5 mol%의 Pd(dba)2, 5 mol%의 P(tBu)3 및 12.9ｇ(133.9 mmol)의 NaOtBu 존재 하에서, 2시간 가열 환류한다. 얻어진 생성물을 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의해 분리 정제(톨루엔 : 헥산=1:4 부피비)하여 10,10-dimethyl-5-(tellurophen-2-yl)-5,10-dihydrodibenzo[b,e][1,4]azagermin 6.2 g (수율 31.0％)을 얻는다.
(iii) 화합물 (3)의 합성
16.0 ml의 N,N-다이메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide)에 5.0 ml의 염화포스포릴(phosphoryl chloride)를 -15 ℃에서 적하한 후 상온(24 ℃)에서 2시간 동안 교반한다. 이를 300 ml의 디클로로메탄(dichloromethane)와 6.2 g의 화합물 (2)를 섞은 것에 -15 ℃에서 천천히 적하한 후 상온에서 30분간 교반하고 감압 농축한다. 여기에 200 ml의 물을 추가하고 pH 값이 14가 될 때까지 수산화나트륨 수용액(aqueous sodium hydroxide solution)를 추가한 후 상온(24 ℃)에서 2시간 교반한다. 디클로로메탄(dichloromethane)으로 추출한 유기층을 염화나트륨 수용액(aqueous sodium chloride solution)로 세정(wash)한 후 무수 황산마그네슘(magnesium sulfate anhydrous)를 넣어 건조시킨다. 얻어진 생성물을 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의해 분리정제 (헥산 : 에틸아세테이트=4:1의 부피비)하여 5-(10,10-dimethyldibenzo[b,e][1,4]azagermin-5(10H)-yl)tellurophene-2-carbaldehyde 2.2 g (수율 32.0 %)을 얻는다.
(iv) 화학식 1-6으로 표현되는 화합물 (4)의 합성
얻어진 화합물 (3) 2.2 g (4.63 mmol)를 에탄올에 현탁시키고, 여기에 1,3-디메틸-2-티오바비투릭 에시드 0.96g (5.55 mmol)을 첨가하여, 50 ℃에서 2시간 반응시켜 화학식 1-6으로 표현되는 최종 화합물 2.1 g (수율 72.1％)을 얻는다. 얻어진 화합물을 승화 정제하여 순도 99.9％까지 정제한다.
1H-NMR (500 MHz, Methylene Chloride-d 2): δ 8.36 (s, 1H), 8.16 (d, 1H), 7.76 (d, 2H), 7.62 (d, 2H), 7.44 (t, 2H), 7.42 (t, 2H), 6.93 (d, 1H), 3.68 (d, 6H), 0.65 (s, 6H).
참고합성예 1: 하기 화학식 2-1로 표현되는 화합물의 합성
[화학식 2-1]
Figure pat00075
[반응식 2-1]
Figure pat00076
(i) 화합물 (1)의 합성
2-아이오도셀레노펜(2-iodoselenophene)은 Efficient Synthesis of 2-Iodo and 2-Dicyanomethyl Derivatives of Thiophene, Selenophene, Tellurophene, and Thieno[3,2-b]thiophene, Takahashi, K.; Tarutani, S. Heterocycles 1996, 43, 1927-1935에 기재된 방법을 참고하여 합성한다.
(ii) 화합물 (2)의 합성
2-아이오도셀레노펜 10.0ｇ(38.9 mmol) 및 10H-페노셀레나진(10H-phenoselenazine) 8.71ｇ(35.4 mmol)을 무수 톨루엔 100 ml중에서 5 mol%의 Pd(dba)2, 5 mol%의 P(tBu)3 및 10.2ｇ(106.15 mmol)의 NaOtBu 존재 하에서, 2시간 가열 환류한다. 얻어진 생성물을 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의해 분리 정제(톨루엔 : 헥산=1:4 부피비)하여 10-(selenophen-2-yl)-10H-phenoselenazine 8.2 g (수율 54.7％)을 얻는다.
(iii) 화합물 (3)의 합성
30.0 ml의 N,N-다이메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide)에 8.0 ml의 염화포스포릴(phosphoryl chloride)를 -15 ℃에서 적하한 후 상온(24 ℃)에서 2시간 동안 교반한다. 이를 180 ml의 디클로로메탄(dichloromethane)와 8.2 g의 화합물 (2)를 섞은 것에 -15 ℃에서 천천히 적하한 후 상온에서 30분간 교반하고 감압 농축한다. 여기에 200 ml의 물을 추가하고 pH 값이 14가 될 때까지 수산화나트륨 수용액(aqueous sodium hydroxide solution)를 추가한 후 상온(24 ℃)에서 2시간 교반한다. 디클로로메탄(dichloromethane)으로 추출한 유기층을 염화나트륨 수용액(aqueous sodium chloride solution)로 세정(wash)한 후 무수 황산마그네슘(magnesium sulfate anhydrous)를 넣어 건조시킨다. 얻어진 생성물을 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의해 분리정제 (헥산 : 에틸아세테이트=4:1의 부피비)하여 5-(10H-phenoselenazin-10-yl) selenophene-2-carbaldehyde 4.5 g (수율 51.1%)을 얻는다.
(iv) 화학식 2-1로 표현되는 화합물 (4)의 합성
얻어진 화합물 (3) 2.00 g (4.96 mmol)를 에탄올에 현탁시키고, 여기에 1H-Indene-1,3(2H)-dione 0.87 g (5.95 mmol)을 첨가하여, 50 ℃에서 2시간 반응시켜 화학식 2-1로 표현되는 최종 화합물 2.0 g (수율 75.9％)을 얻는다. 얻어진 화합물을 승화 정제하여 순도 99.9％까지 정제한다.
1H-NMR (500 MHz, Methylene Chloride-d 2): δ 7.87 (s, 1H), 7.72 (m, 6H), 7.49 (m, 4H), 7.42 (m, 3H), 6.82 (d, 1H).
참고합성예 2: 하기 화학식 2-2로 표현되는 화합물의 합성
[화학식 2-2]
Figure pat00077
[반응식 2-2]
Figure pat00078
(i) 화합물 (1)의 합성
2-아이오도셀레노펜(2-iodoselenophene)은 Efficient Synthesis of 2-Iodo and 2-Dicyanomethyl Derivatives of Thiophene, Selenophene, Tellurophene, and Thieno[3,2-b]thiophene,　Takahashi, K.; Tarutani, S. Heterocycles 1996, 43, 1927-1935에 기재된 방법을 참고하여 합성한다.
(ii) 화합물 (2)의 합성
2-아이오도셀레노펜 10.0ｇ(38.9 mmol) 및 10H-페노셀레나진(10H-phenoselenazine) 8.71ｇ(35.4 mmol)을 무수 톨루엔 100 ml중에서 5 mol%의 Pd(dba)2, 5 mol%의 P(tBu)3 및 10.2ｇ(106.15 mmol)의 NaOtBu 존재 하에서, 2시간 가열 환류한다. 얻어진 생성물을 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의해 분리 정제(톨루엔 : 헥산=1:4 부피비)하여 10-(selenophen-2-yl)-10H-phenoselenazine 8.2 g (수율 54.7％)을 얻는다.
(iii) 화합물 (3)의 합성
30.0 ml의 N,N-다이메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide)에 8.0 ml의 염화포스포릴(phosphoryl chloride)를 -15 ℃에서 적하한 후 상온(24 ℃)에서 2시간 동안 교반한다. 이를 180 ml의 디클로로메탄(dichloromethane)와 8.2 g의 화합물 (2)를 섞은 것에 -15 ℃에서 천천히 적하한 후 상온에서 30분간 교반하고 감압 농축한다. 여기에 200 ml의 물을 추가하고 pH 값이 14가 될 때까지 수산화나트륨 수용액(aqueous sodium hydroxide solution)을 추가한 후 상온(24 ℃)에서 2시간 교반한다. 디클로로메탄(dichloromethane)으로 추출한 유기층을 염화나트륨 수용액(aqueous sodium chloride solution)로 세정(wash)한 후 무수 황산마그네슘(magnesium sulfate anhydrous)을 넣어 건조시킨다. 얻어진 생성물을 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의해 분리정제 (헥산 : 에틸아세테이트=4:1의 부피비)하여 5-(10H-phenoselenazin-10-yl) selenophene-2-carbaldehyde 4.5 g (수율 51.1%)을 얻는다.
(iv) 화학식 2-2로 표현되는 화합물 (4)의 합성
얻어진 화합물 (3) 2.00 g (4.96 mmol)을 에탄올에 현탁시키고, 여기에 1,3-디메틸-2-티오바비투릭 에시드 1.03 g (5.95 mmol)을 첨가하여, 50 ℃에서 2시간 반응시켜 화학식 2-2로 표현되는 최종 화합물 2.15 g (수율 77.8％)을 얻는다. 얻어진 화합물을 승화 정제하여 순도 99.9％까지 정제한다.
1H-NMR (500 MHz, Methylene Chloride-d 2): δ 8.29 (s, 1H), 7.83 (d, 1H), 7.73 (d, 2H), 7.51 (d, 2H), 7.37 (t, 2H), 7.16 (t, 2H), 5.32 (d, 1H), 3.67 (d, 6H).
참고합성예 3: 하기 화학식 2-3으로 표현되는 화합물(5-((5-(10H-phenoselenazin-10-yl)tellurophen-2-yl)methylene)-1,3-dimethyl-2-thioxodihydropyrimidine-4,6(1H,5H)-dione)의 합성
[화학식 2-3]
Figure pat00079
[반응식 2-3]
Figure pat00080
(i) 화합물 (1)의 합성
2-아이오도텔루로펜(2-iodotellurophene)은 Efficient Synthesis of 2-Iodo and 2-Dicyanomethyl Derivatives of Thiophene, Selenophene, Tellurophene, and Thieno[3,2-b]thiophene, Takahashi, K.; Tarutani, S. Heterocycles 1996, 43, 1927-1935에 기재된 방법을 참고하여 합성한다.
(ii) 화합물 (2)의 합성
2-아이오도텔루로펜 10.0ｇ(32.7 mmol) 및 10H-phenoselenazine 6.17ｇ(25.2 mmol)을 무수 톨루엔 100 ml중에서 5 mol%의 Pd(dba)2, 5 mol%의 P(tBu)3 및 2.66ｇ(27.7 mmol)의 NaOtBu 존재 하에서, 2시간 가열 환류한다. 얻어진 생성물을 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의해 분리 정제(톨루엔 : 헥산=1:4 부피비)하여 10-(tellurophen-2-yl)-10H-phenoselenazine 4.25 g (수율 19.6％)을 얻는다.
(iii) 화합물 (3)의 합성
6.0 ml의 N,N-다이메틸포름아마이드(N,N-dimethylformamide)에 1.84 ml의 염화포스포릴(phosphoryl chloride)를 -15 ℃에서 적하한 후 상온(24 ℃)에서 2시간 동안 교반한다. 이를 180 ml의 디클로로메탄(dichloromethane)와 2.10 g의 화합물 (2)를 섞은 것에 -15℃에서 천천히 적하한 후 상온에서 30분간 교반하고 감압 농축한다. 여기에 100 ml의 물을 추가하고 pH 값이 14가 될 때까지 수산화나트륨 수용액(aqueous sodium hydroxide solution)를 추가한 후 상온(24 ℃)에서 2시간 교반한다. 디클로로메탄(dichloromethane)으로 추출한 유기층을 염화나트륨 수용액(aqueous sodium chloride solution)로 세정(wash)한 후 무수 황산마그네슘(magnesium sulfate anhydrous)를 넣어 건조시킨다. 얻어진 생성물을 실리카겔 칼럼 크로마토그래피에 의해 분리정제 (헥산 : 에틸아세테이트=4:1의 부피비)하여 5-(10H-phenoselenazin-10-yl)tellurophene-2-carbaldehyde 2.50 g (수율 53.6%)을 얻는다.
(iv) 화학식 1-3으로 표현되는 화합물 (4)의 합성
얻어진 화합물 (3) 2.50g (4.21mmol)를 에탄올에 현탁시키고, 여기에 J. Pharmacol., 1944, 82, 292.의 4417 page에 기재된 방법에 따라 합성된 1,3-디메틸-2-티오바비투릭 에시드(1,3-dimethyl-2-thiobarbituric acid) 0.87g (5.05mmol)을 첨가하여, 50 ℃에서 2시간 반응시켜 화학식 2-3으로 표현되는 최종화합물 1.76 g (수율 69.1％)을 얻는다. 얻어진 화합물을 승화 정제하여 순도 99.9％까지 정제한다.
1H-NMR (500 MHz, Methylene Chloride-d 2): δ 8.29 (s, 1H), 7.83 (d, 1H), 7.73 (d, 2H), 7.51 (d, 2H), 7.37 (t, 2H), 6.99 (t, 2H), 5.32 (d, 1H), 3.67 (d, 6H).
실시예 1: 광전 소자의 제작
유리 기판 위에 ITO를 스퍼터링으로 적층하여 약 150 nm 두께의 애노드를 형성하고 그 위에 합성예 1에 따른 화학식 1-1로 표현되는 화합물(p형 반도체 화합물)과 C60(n형 반도체 화합물)을 1:1 부피비로 공증착하여 100 nm 두께의 활성층을 형성한다. 그 위에 전하 보조층으로 몰리브덴 산화물(MoOx, 0<x=3) 박막을 10 nm 두께로 적층한다. 이어서 몰리브덴 산화물 박막 위에 ITO를 스퍼터링으로 적층하여 7 nm 두께의 캐소드를 형성하여 광전 소자를 제작한다.
실시예 2 내지 6: 광전 소자의 제작
상기 합성예 1의 화합물 대신 합성예 2 내지 6에 따른 화합물을 각각 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 실시예 2 내지 6의 광전 소자를 제작한다.
참고실시예 1 내지 3: 광전 소자의 제작
상기 합성예 1의 화합물 대신 참고합성예 1 내지 3에 따른 화합물을 각각 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 참고실시예 1 내지 3의 광전 소자를 제작한다.
평가 1: 화합물의 흡광 특성
합성예 1 내지 6 및 참고합성예 1에 따른 화합물의 파장에 따른 흡광 특성(최대 흡수 파장 및 반치폭)을 평가한다. 합성예 1 내지 6 및 참고합성예 1에 따른 화합물을 포함하는 실시예 1 내지 6 및 참고실시예 1에 따른 광전 소자에 대하여 Cary 5000 UV spectroscopy (Varian 사 제조)를 사용하여 자외선-가시광선(UV-Vis) 영역에서 흡광 특성을 평가한다. 그 결과를 표 1에 기재한다.
실시예 화합물 구조 λmax (nm) FWHM (nm)
실시예 1 화학식 1-1 549 97
실시예 2 화학식 1-2 545 96
실시예 3 화학식 1-3 545 96
실시예 4 화학식 1-4 530 98
실시예 5 화학식 1-5 545 97
실시예 6 화학식 1-6 545 96
참고실시예 1 화학식 2-1 515 96
표 1을 참고하면, 실시예 1 내지 6의 광전 소자는 530 nm 이상에서 최대 흡수 파장(λmax)을 보이고 반치폭도 낮은 것으로 나타났다. 따라서 실시예 1 내지 6의 광전 소자가 녹색 파장 영역에서 높은 파장 선택성을 가짐을 확인할 수 있다. 이에 비하여 참고실시예 1에 따른 광전 소자는 최대 흡수 파장이 515 nm로 낮게 나타났다.
평가 2: 화합물의 열안정성
합성예 1 내지 6에 따른 화합물의 열안정성을 평가하기 위하여 10 Pa에서 10 중량% 분해되는 온도(Ts10, 증착온도) 및 10 Pa에서 50 중량% 분해되는 온도(Ts50, 증착온도)를 측정한다. 상기 증착온도는 열중량 분석(thermal gravimetric analysis, TGA) 방법으로 측정한다. 그중 합성예 1, 2, 5 및 6의 결과를 표 2에 기재한다.
합성예 화학식 구조 Td (℃) Ts10 (10중량%, 10 Pa)(℃) Ts50 (50중량%, 10 Pa)(℃) △T
(Tm-Ts10)
(℃)
합성예 1 화학식 1-1 345 235 265 110
합성예 2 화학식 1-2 357 243 271 114
합성예 5 화학식 1-5 360 240 264 120
합성예 6 화학식 1-6 363 240 264 123
참고합성예 1 화학식 2-1 325 231 265 90
참고합성예 2 화학식 2-2 294 242 270 52
참고합성예 3 화학식 2-3 281 248 280 33
진공 증착에 의하여 제막하는 경우 화합물의 융점이 진공 증착시의 증착 온도보다 낮으면 화합물의 분해와 동시에 기화가 진행되어 막을 형성하기 어렵다. 따라서 화합물의 융점이 증착온도보다 큰 것이 바람직하다. 표 2를 참고하면, 상기 합성예 1, 2, 5 및 6에 따른 화합물의 융점과 증착온도의 차이(△T)가 110 ℃ 이상 큰 것으로 나타났다. 이에 비하여 참고합성예 1 내지 3에 따른 화합물은 △T가 합성예에 따른 화합물에 비하여 낮게 나타났다. 이로부터 합성예 1, 2, 5 및 6에 따른 화합물이 참고합성예 1 내지 3에 따른 화합물에 비하여 공정안정성을 확보하기에 유리함을 알 수 있다.
평가 4: 광전 소자의 외부 양자 효율 평가
실시예 1 내지 6 및 참고실시예 1 내지 3에 따른 광전 소자의 외부 양자 효율(EQE)을 평가한다. 외부 양자 효율은 IPCE measurement system (McScience사, 한국) 설비를 이용하여 측정한다. 먼저, Si 광 다이오드 (Hamamatsu사, 일본)를 이용하여 설비를 보정(calibration)한 후 실시예 1 내지 6 및 참고실시예 1 내지 3에 따른 광전 소자를 설비에 장착하고 파장범위 약 350nm 내지 750nm 영역에서 측정한다.
또한 실시예 1 내지 6 및 참고실시예 1 내지 3에 따른 광전 소자를 각각 160 ℃에서 3시간, 170 ℃에서 3시간 및 180 ℃에서 3시간 열처리한 후 파장범위 약 350 내지 약 750 nm 영역에서 상기 설비를 이용하여 외부 양자 효율을 측정한다.
이중 실시예 1, 2, 5 및 6 및 참고실시예 1에 따른 광전 소자의 결과를 표 3에 기재한다. 표 3에서 외부 양자 효율은 -3V 전압을 인가하였을 때 최대 흡광 파장에 있어서의 측정된 값이다.
실시예 화합물 구조 EQE (%) at -3V
열처리
안함		 160℃
(3h)		 170℃
(3h)		 180℃
(3h)
실시예 1 화학식 1-1 65 65 65 63
실시예 2 화학식 1-2 66 66 65 65
실시예 5 화학식 1-5 62 62 61 60
실시예 6 화학식 1-6 62 63 64 62
참고실시예 1 화학식 2-1 56 57 50 42
표 3을 참고하면, 실시예 1, 2, 5 및 6의 광전 소자가 상온(무열처리)에서뿐만 아니라 고온 열처리 후에도 우수한 외부 양자 효율을 보임을 알 수 있다.
또한 실시예 2, 실시예 6 및 참고실시예 1에 따른 광전 소자를 190 ℃에서 3시간, 200 ℃에서 3시간 및 210 ℃에서 3시간 열처리한 후 파장범위 약 350 nm 내지 약 750 nm 영역에서 상기 설비를 이용하여 외부 양자 효율을 측정한다. 그 결과를 표 4에 기재한다.
실시예 EQE (%) at -3V
190 ℃(3h) 200 ℃ (3h) 210 ℃ (3h)
실시예 2 65 61 56
실시예 6 62 62 61
참고실시예 1 40 fail fail
표 4를 참고하면 실시예 2 및 실시예 6에 따른 광전 소자는 참고실시예 1에 따른 광전 소자에 비하여 190 ℃ 이상의 고온에서도 양호한 외부 양자 효율을 나타냄을 알 수 있다. 이에 비하여 참고실시예 1에 따른 광전 소자는 200 ℃ 이상에서 변색되면서 쇼트(short)가 발생되어 EQE를 측정할 수 없었다.
평가 5: 광전 소자의 암전류 평가
실시예 1 내지 6 및 참고실시예 1 내지 3에 따른 광전 소자의 암전류(DC)를 평가한다. 암전류는 IPCE measurement system (McScience사, 한국) 설비를 이용하여 측정한다. 먼저, Si 광 다이오드 (Hamamatsu사, 일본)를 이용하여 설비를 보정(calibration)한 후 실시예 1 내지 6 및 참고실시예 1 내지 3에 따른 광전 소자를 설비에 장착하고 파장범위 약 350 nm 내지 750 nm 영역에서 측정한다.
또한 실시예 1 내지 6 및 참고실시예 1 내지 3에 따른 광전 소자를 각각 170 ℃에서 3시간, 180 ℃에서 3시간 및 190 ℃에서 3시간 열처리한 후 파장범위 약 350 내지 약 750 nm 영역에서 상기 설비를 이용하여 암전류를 측정한다.
이중 실시예 2, 실시예 6 및 참고실시예 1의 결과를 표 5에 기재한다. 표 5에서 암전류는 -3V 전압을 인가하였을 때 최대 흡광 파장에 있어서의 측정된 값이다.
실시예 DC(h/s/㎛2)
170 ℃(3h) 180 ℃ (3h) 190 ℃ (3h)
실시예 2 47 <0.5 10
실시예 6 8 73 128
참고실시예 1 900 Fail Fail
표 5를 참고하면, 실시예 2 및 실시예 6에 따른 광전 소자는 참고실시예 1에 따른 광전 소자에 비하여 고온 열처리 후에도 낮은 암전류를 나타냄을 알 수 있다. 이에 비하여 참고실시예 1에 따른 광전 소자는 180 ℃ 이상에서 변색되면서 쇼트(short)가 발생되어 암전류를 측정할 수 없었다.
평가 6: 광전 소자의 응답시간 평가
실시예 1 내지 6 및 참고실시예 1 내지 3에 따른 광전 소자의 응답시간(response time, lag time)을 평가한다. 상기 응답시간은 실시예 1 내지 6 및 참고실시예 1 내지 3에 따른 광전 소자에 중심파장 530 nm의 LED 빛을 상부 전극(캐소드)측에서 입사하고, 상기 광전 소자에 3V/100nm 의 전계강도로 인가하고, 입사한 LED 빛을 끄고 0.1초 후에 잔상전류값을 측정하여 평가하였다.
또한 실시예 1 내지 6 및 참고실시예 1 내지 3에 따른 광전 소자의 열안정성을 평가하기 위하여 실시예 1 내지 6 및 참고실시예 1 내지 3에 따른 광전 소자를 각각 170 ℃에서 3시간, 180 ℃에서 3시간, 190 ℃에서 3시간 및 200 ℃에서 3시간 열처리한 후 상기 응답시간 평가 방법과 동일한 방법으로 고온 방치 후 응답시간을 측정한다.
이중 실시예 2, 실시예 6 및 참고실시예 1의 결과를 표 6에 기재한다.
Lag time @10 μW/cm2 (ms)
170 ℃ (3h) 180 ℃ (3h) 190 ℃ (3h) 200 ℃ (3h)
실시예 2 97 89 51 79
실시예 6 170 146 146 130
참고실시예 1 238 556 fail fail
표 6을 참고하면, 실시예 2 및 실시예 6에 따른 광전 소자는 고온 열처리 후에도 빠른 응답 속도를 보임을 알 수 있다. 이에 비하여 참고실시예 1에 따른 광전 소자는 190 ℃ 이상에서 변색되면서 쇼트(short)가 발생되어 응답시간을 측정할 수 없었다.
평가 7: 이미지 센서의 감도(YSNR10)
도 4에 도시된 구조의 이미지 센서(300)의 광전 소자(100)에 상기 제작된 실시예 1 내지 6 및 참고실시예 1 내지 3에 따른 광전 소자를 배치하여 이미지 센서를 제작하였다.
D-65의 조명광 밑에서 Macbeth 차트의 18% gray patch를 촬영했을 때의 YSNR10과 Macbeth 차트 24색의 색차 △E*ab를 구하였다.
촬영렌즈로는 F값 2.8, 투과율 80%인 것을 사용하였고 적외선 컷트 필터로는 일반적인 간섭형 렌즈를 사용하였다. 이미지 센서의 화소 사이즈는 1.4 ㎛로 하였고 프레임 레이트는 15fps로 하였다.
YSNR10을 구하는 방법의 상세한 내용은 2007년 International Image Sensor Workshop(Ogunquit Maine, USA)의 개요집에 기재된 Juha Alakarhu의 "Image Sensors and Image Quality in Mobile Phones"의 방법을 따랐다. CCM(Color Correction Matrix)으로 색보정하여 △E*ab=3으로 했을 때 YSNR10값(휘도)을 구한다. 상기 이미지 센서를 160 ℃에서 3시간 방치한 후 △E*ab=3에서의 YSNR10값를 측정한다. 이중 실시예 2, 실시예 6 및 참고실시예 1의 결과를 하기 표 7에 기재한다.
YSNR10
(lux)		 YSNR10 (160 ℃, 3 h) (lux)
실시예 2 94 87
실시예 6 95 80
참고실시예 1 126 115
표 7을 참조하면, 실시예 2 및 실시예 6에 따른 광전 소자를 포함하는 이미지 센서는 CCM(Color Correction Matrix)으로 색보정하여 △E*ab=3으로 했을 때 각각 94 및 95의 낮은 YSNR10 값이 얻어졌으며 이로부터 1.4 ㎛의 상당히 고화질의 화소에서도 고감도의 이미지 센서로의 적용이 가능함을 알 수 있다. 또한 160℃ 3시간 열처리 후 각각 87 및 89의 YSNR10의 값이 얻어졌으며 열처리 후에도 소자가 열화되지 않음을 알 수 있다. 이에 비하여 참고실시예 1에 따른 광전 소자를 포함하는 이미지 센서는 126의 YSNR10 값을 보이고 열처리 후에는 115의 YSNR10 값을 보였다.
이상에서 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 실제 구현되는 구조는 이에 한정되는 것이 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 권리 범위에 속하는 것이다.
10: 제1 전극 20: 제2 전극
30: 활성층 40, 45: 전하 보조층
100, 200: 광전 소자 300, 400, 500: 유기 CMOS 이미지 센서
310: 반도체 기판 70B, 72B: 청색 필터 70R, 72R: 적색 필터
70, 72: 색 필터 층 85: 관통구
60: 하부 절연층 80: 상부 절연층
50B, 50R: 광 감지 소자 55: 전하 저장소

Claims (26)

  1. 하기 화학식 1로 표현되는 화합물:
    [화학식 1]
    Figure pat00081

    상기 화학식 1에서,
    Ar1 및 Ar2는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아렌(arene)기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아렌(heteroarene)기 및 이들의 축합고리에서 선택되고,
    Ar3은 두 개의 카르보닐기를 가진 치환 또는 비치환된 탄화수소 고리기, 두 개의 카르보닐기를 가진 치환 또는 비치환된 헤테로고리기 또는 이들의 융합고리이고,
    X는 Se, Te 또는 SiRaRb이고(여기서 Ra 및 Rb은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택됨),
    R1 내지 R3는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되고, R1과 R2는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
    상기 화합물의 융점(Tm)과 증착 온도(Ts)가 하기 수학식을 만족한다.
    [수학식 1]
    Tm-Ts≥40 ℃.
  2. 제1항에서,
    상기 Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj가 서로 연결되어 형성되는 링 구조는 스피로 구조 또는 융합링 구조를 가지는, 화합물.
  3. 제1항에서,
    상기 화학식 1로 표현되는 화합물은 하기 화학식 1A로 표현되는 화합물인, 화합물:
    [화학식 1A]
    Figure pat00082

    상기 화학식 1A에서,
    Ar1, Ar2, Ar3, X, R1 내지 R3는 화학식 1에서와 동일하고,
    G'는 -C-, -Si-, -Ge- 또는 -C=C-이고,
    Rx 및 Ry는 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고,
    n은 3 내지 8의 정수이다.
  4. 제2항에서,
    상기 화학식 1A에서 서로 인접하지 않는 적어도 하나의 C(RxRy)는 -N-, -NRa-(여기서 Ra은 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택됨), -O-, -S-, -Se- 및 -Te-에서 선택되는 적어도 하나로 교체되는, 화합물.
  5. 제1항에서,
    상기 화학식 1에서, Ar3는 하기 화학식 2A로 표현되는 고리기인 화합물:
    [화학식 2A]
    Figure pat00083

    상기 화학식 2A에서,
    Y1은 N 및 CRa에서 선택되고(여기에서 Ra는 수소, 중수소 및 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기에서 선택됨),
    R11, R12, R13, R14 및 R15는 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 R12과 R13 및 R14과 R15는 각각 독립적으로 연결되어 융합된 방향족 고리를 형성할 수 있고,
    m1은 0 또는 1이고,
    n은 0 또는 1이고,
    *는 결합 위치를 나타낸다.
  6. 제1항에서,
    상기 화학식 1에서, Ar3는 하기 화학식 2B로 표현되는 고리기인 화합물:
    [화학식 2B]
    Figure pat00084

    상기 화학식 2B에서,
    Y2는 각각 독립적으로 O, S, Se, Te 및 C(Ra)(CN)(여기에서 Ra는 수소, 시아노기(-CN) 및 C1 내지 C10 알킬기에서 선택됨)에서 선택되고,
    R11 및 R12는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기(-CN) 및 이들의 조합에서 선택되고,
    *는 결합 위치를 나타낸다.
  7. 제1항에서,
    상기 화학식 1에서, Ar3는 하기 화학식 2C로 표현되는 고리기인 화합물:
    [화학식 2C]
    Figure pat00085

    상기 화학식 2C에서,
    G1은 -O-, -S-, -Se-, -Te-, -SiRxRy- 및 -GeRzRw-에서 선택되고, 여기서 Rx, Ry, Rz 및 Rw는 동일하거나 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고,
    Z1은 N 및 CRa에서 선택되고(여기에서 Ra는 수소 및 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기에서 선택됨),
    R11, R12 및 R13은 동일하거나 상이하며 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기, 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되고, R12 및 R13은 독립적으로 존재하거나 서로 연결되어 융합된 방향족 고리를 형성할 수 있고,
    n은 0 또는 1이고,
    *는 결합 위치를 나타낸다.
  8. 제1항에서,
    상기 화학식 1에서, Ar3는 하기 화학식 2D로 표현되는 고리기인 화합물:
    [화학식 2D]
    Figure pat00086

    상기 화학식 2D에서,
    G2은 -O-, -S-, -Se-, -Te-, -SiRxRy- 및 -GeRzRw-에서 선택되고, 여기서 Rx, Ry, Rz 및 Rw는 동일하거나 상이하며 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고,
    Z2는 NRa, CRbRc, O, S, Se, Te, S(=O), S(=O)2, SiRdRe 및 GeRfRg에서 선택되고(여기에서 여기에서 Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rd, Re, Rf 및 Rg는 수소 및 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기에서 선택됨),
    R11, R12 및 R13은 동일하거나 상이하며 각각 독립적으로 수소, 중수소, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C4 내지 C30 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기, 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되고,
    n은 0 또는 1이고,
    *는 결합 위치를 나타낸다.
  9. 제1항에서,
    상기 화학식 1에서, Ar1 및 Ar2중 적어도 하나는 1번 위치에 질소(N), 황(S) 및 셀레늄(Se)에서 선택되는 헤테로 원자를 포함하는 화합물.
  10. 제1항에서,
    상기 화학식 1의 N-함유 헤테로 방향족 고리의 전자 도너 부분(electron donor moiety)은 하기 화학식 4A로 표현되는 화합물:
    [화학식 4A]
    Figure pat00087

    상기 화학식 4A에서,
    G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
    R4a 내지 R4d 및 R5a 내지 R5d는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4a 내지 R4d 중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고 선택적으로 R5a 내지 R5d중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있다.
  11. 제1항에서,
    상기 화학식 1의 N-함유 헤테로 방향족 고리의 전자 도너 부분(electron donor moiety)은 하기 화학식 4B로 표현되는 화합물:
    [화학식 4B]
    Figure pat00088

    상기 화학식 4B에서,
    G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
    R4a 내지 R4d 및 R5b 내지 R5d는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4a 내지 R4d 중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고 선택적으로 R5b 내지 R5d중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있다.
  12. 제1항에서,
    상기 화학식 1의 N-함유 헤테로 방향족 고리의 전자 도너 부분(electron donor moiety)은 하기 화학식 4C로 표현되는 화합물:
    [화학식 4C]
    Figure pat00089

    상기 화학식 4C에서,
    G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
    R4a 내지 R4d 및 R5a 내지 R5c는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4a 내지 R4d중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고 선택적으로 R5a 내지 R5c중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있다.
  13. 제1항에서,
    상기 화학식 1의 N-함유 헤테로 방향족 고리의 전자 도너 부분(electron donor moiety)은 하기 화학식 4D로 표현되는 화합물:
    [화학식 4D]
    Figure pat00090

    상기 화학식 4D에서,
    G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
    R4b 내지 R4d 및 R5b 내지 R5d는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4b 내지 R4d중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고 선택적으로 R5b 내지 R5d중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있다.
  14. 제1항에서,
    상기 화학식 1의 N-함유 헤테로 방향족 고리의 전자 도너 부분(electron donor moiety)은 하기 화학식 4E로 표현되는 화합물:
    [화학식 4E]
    Figure pat00091

    상기 화학식 4D에서,
    G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
    R4a 내지 R4d 및 R5b 및 R5d는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4a 내지 R4d중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있다.
  15. 제1항에서,
    상기 화학식 1의 N-함유 헤테로 방향족 고리의 전자 도너 부분(electron donor moiety)은 하기 화학식 4F로 표현되는, 화합물:
    [화학식 4F]
    Figure pat00092

    상기 화학식 4F에서,
    G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
    R4a 내지 R4d 및 R5b 및 R5c는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4a 내지 R4d중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고 선택적으로 R5b 및 R5c는 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있다.
  16. 제1항에서,
    상기 화학식 1의 N-함유 헤테로 방향족 고리의 전자 도너 부분(electron donor moiety)은 하기 화학식 4G로 표현되는, 화합물:
    [화학식 4G]
    Figure pat00093

    상기 화학식 4G에서,
    G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
    R4a 내지 R4c 및 R5a 내지 R5c는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4a 내지 R4c 중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고 선택적으로 R5a 내지 R5c중 서로 인접하는 2개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있다.
  17. 제1항에서,
    상기 화학식 1의 N-함유 헤테로 방향족 고리의 전자 도너 부분(electron donor moiety)은 하기 화학식 4H로 표현되는, 화합물:
    [화학식 4H]
    Figure pat00094

    상기 화학식 4H에서,
    G는 -SiReRf-, -GeRgRh-, -CRccRdd-, -SiReeRff-, -GeRggRhh- 및 -(C(Rii)=C(Rjj))-에서 선택되고, 여기서, Re, Rf, Rg 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rcc 및 Rdd, Ree 및 Rff, Rgg 및 Rhh 또는 Rii 및 Rjj은 서로 연결되어 링 구조를 형성하고,
    R4a, R4b, R5a 및 R5b는 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, 시아노기(-CN), 시아노 함유기 및 이들의 조합에서 선택되거나 또는 선택적으로(optionally) R4a 및 R4b가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고 선택적으로 R5a 및 R5b가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고,
    X1 및 X2는 각각 독립적으로 O, S, Se, Te 또는 NRa이다((여기에서 Ra은 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택됨).
  18. 제1항에서,
    상기 화합물은 박막 상태에서 520 nm 이상 600 nm 이하에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 화합물.
  19. 제1항에서,
    상기 화합물은 박막 상태에서 50 nm 내지 120 nm의 반치폭을 가지는 흡광 곡선을 나타내는 화합물.
  20. 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 그리고
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 활성층
    을 포함하고,
    상기 활성층은 제1항 내지 제19항 중 어느 하나의 항에 따른 화합물을 포함하는 광전 소자.
  21. 제20항에 따른 광전 소자를 포함하는 이미지 센서.
  22. 제21항에서,
    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, 그리고
    상기 반도체 기판의 상부에 위치하고 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 감지하는 광전 소자
    를 포함하고
    상기 광전 소자는 제20항에 따른 광전 소자인, 이미지 센서.
  23. 제22항에서,
    청색 파장 영역의 광을 선택적으로 투과하는 청색 필터와 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 투과하는 적색 필터를 포함하는 색 필터 층을 더 포함하는 이미지 센서.
  24. 제22항에서,
    상기 제1 광 감지 소자와 상기 제2 광 감지 소자는 반도체 기판에서 수직 방향으로 적층되어 있는 이미지 센서.
  25. 제21항에서,
    녹색 파장 영역의 광을 감지하는 녹색 광전 소자, 청색 파장 영역의 광을 감지하는 청색 광전 소자 및 적색 파장 영역의 광을 감지하는 적색 광전 소자가 적층되어 있고,
    상기 녹색 광전 소자는 제20항에 따른 광전 소자인, 이미지 센서.
  26. 제21항에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 장치.
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