KR20200132778A - 유기 광전 소자, 이미지 센서 및 전자 장치 - Google Patents
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Abstract
서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 광전변환층을 포함하고, 상기 광전변환층은 p형 반도체, n형 반도체 및 하기 화학식 1로 표현되는 n형 도펀트를 포함하는 유기 광전 소자, 이를 포함하는 이미지 센서 및 전자 장치에 관한 것이다.
[화학식 1]
상기 화학식 1의 정의는 상세한 설명에 기재된 바와 같다.
[화학식 1]
상기 화학식 1의 정의는 상세한 설명에 기재된 바와 같다.
Description
유기 광전 소자, 이미지 센서 및 전자 장치에 관한 것이다.
광전 소자는 빛과 전기 신호를 변환시키는 소자로, 광 다이오드 및 광 트랜지스터 등을 포함하며, 이미지 센서, 태양 전지, 유기발광소자 등에 적용될 수 있다.
광 다이오드를 포함하는 이미지 센서는 날이 갈수록 해상도가 높아지고 있으며, 이에 따라 화소 크기가 작아지고 있다. 현재 주로 사용하는 실리콘 광 다이오드의 경우 화소의 크기가 작아지면서 흡수 면적이 줄어들기 때문에 감도 저하가 발생할 수 있다. 이에 따라 실리콘을 대체할 수 있는 유기 물질이 연구되고 있다.
유기 물질은 흡광 계수가 크고 분자 구조에 따라 특정 파장 영역의 빛을 선택적으로 흡수할 수 있으므로, 광 다이오드와 색 필터를 동시에 대체할 수 있어서 감도 개선 및 고집적에 유리하다.
그러나 유기 물질은 높은 결합 에너지(binding energy)와 재결합(recombination) 거동으로 인해 실리콘과 다를 수 있고, 이에 따라 유기 물질을 포함하는 유기 광전 소자는 실리콘 기반의 광전 소자에 비해 상대적으로 낮은 특성을 보일 수 있다.
일 구현예는 파장 선택성을 높이고 광전변환 특성, 내열성 및 전하이동도를 개선할 수 있는 유기 광전 소자를 제공한다.
다른 구현예는 상기 유기 광전 소자를 포함하는 이미지 센서를 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
일 구현예에 따른 유기 광전 소자는 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 광전변환층을 포함하고, 상기 광전변환층은 p형 반도체, n형 반도체 및 하기 화학식 1로 표현되는 n형 도펀트를 포함한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
Cy는 C3 내지 C20 지환족 탄화수소기(alicyclic hydrocarbon group) 및 C6 내지 C20 방향족 탄화수소기(aromatic hydrocarbon group)에서 선택되는 고리형 탄화수소기 또는 2 이상의 고리형 탄화수소기의 융합고리기이고,
X는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기에서 선택되는 적어도 하나의 벌키 치환기이고,
R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고, R1 내지 R8중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이다.
상기 p형 반도체와 상기 n형 반도체 중 적어도 하나는 적색 광, 녹색 광 및 청색 광 중 어느 하나를 선택적으로 흡수하도록 구성된 흡광 물질일 수 있다.
상기 n형 반도체는 플러렌 또는 플러렌 유도체일 수 있다.
상기 p형 반도체와 상기 n형 반도체 중 어느 하나는 약 520nm 내지 580nm에서 최대흡수파장을 가지는 녹색 광을 선택적으로 흡수하는 흡광 물질일 수 있다.
상기 화학식 1에서, R1 내지 R3중 적어도 하나 그리고 R6 내지 R8중 적어도 하나는 서로 동일하거나 상이하며, R1 내지 R3중 적어도 하나 그리고 R6 내지 R8중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기일 수 있다.
상기 화학식 1에서, R1 내지 R3중 적어도 하나의 벌키 치환기 그리고 R6 내지 R8중 적어도 하나의 벌키 치환기는 Cy를 중심으로 서로 대칭인 위치에 존재할 수 있다.
상기 화학식 1에서, R1 및 R2중 적어도 하나 및 R7 및 R8중 적어도 하나는 서로 동일하거나 상이하며, R1 및 R2중 적어도 하나 및 R7 및 R8중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기일 수 있다.
상기 화학식 1에서 R2 및 R7은 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
R1, R3, R4, R5, R6 및 R8은 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C20 직쇄 알킬기 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 화학식 1에서, R1 내지 R3중 인접하는 두 개의 치환기 및 R6 내지 R8중 인접하는 두 개의 치환기가 서로 연결되어 C3 내지 C20 지환족 탄화수소기를 형성할 수 있다.
상기 화학식 1로 표현되는 n형 도펀트는 하기 화학식 1A로 표현되는 화합물일 수 있다.
[화학식 1A]
상기 화학식 1A에서,
Cy는 C3 내지 C20 지환족 탄화수소기(alicyclic hydrocarbon group) 및 C6 내지 C20 방향족 탄화수소기(aromatic hydrocarbon group)에서 선택되는 고리형 탄화수소기 또는 2 이상의 고리형 탄화수소기의 융합고리기이고,
X는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기에서 선택되는 적어도 하나의 벌키 치환기이고,
R1, R2a, R4, R5, R6a 및 R8은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
a1 및 a2는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이다.
상기 고리형 탄화수소기는 고리 내에 -N=, -NR-, -O-, -S-, -Se-, -Te-, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C(=Te)-, -C(=C(CN)2)- 및 -C(=NR)에서 선택되는 적어도 하나의 작용기를 포함하는 헤테로고리기이고, 여기서 R은 C1 내지 C10 알킬기일 수 있다.
상기 광전변환층에서 n형 도펀트는 광전변환층의 상부에 위치할 수 있다.
상기 n형 도펀트의 함량은 광전변환층의 상부 표면으로 갈수록 함량이 증가할 수 있다.
상기 광전변환층은 제1 광전변환층과 제2 광전변환층을 포함하고, 제1 광전변환층은 p형 반도체와 n형 반도체를 포함하고, 상기 제2 광전변환층은 p형 반도체, n형 반도체 및 상기 화학식 1로 표현되는 n형 도펀트를 포함할 수 있다.
상기 제2 광전변환층의 n형 반도체와 n형 도펀트의 합계량에 대한 p형 반도체의 제2 조성비(p2/n2)는 제1 광전변환층의 n형 반도체에 대한 p형 반도체의 제1 조성비(p1/n1)보다 작을 수 있다.
상기 제1 광전변환층은 상기 제2 광전변환층보다 두꺼울 수 있다.
다른 구현예에 따른 유기 광전 소자는 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 광전변환층을 포함하고, 상기 광전변환층은 p형 반도체, n형 반도체 및 하기 화학식 1로 표현되는 n형 도펀트를 포함한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
Cy는 C3 내지 C20 지환족 탄화수소기(alicyclic hydrocarbon group), C6 내지 C20 방향족 탄화수소기(aromatic hydrocarbon group), 또는 2 이상의 고리형 탄화수소기의 융합고리기를 포함하고,
X는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기를 포함하고,
R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고, R1 내지 R8중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합을 포함한다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 유기 광전 소자를 포함하는 이미지 센서를 제공한다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 이미지 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
*유기 광전 소자의 파장 선택성을 높이고 광전변환 특성, 내열성 및 전하이동도를 개선할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 유기 광전 소자를 보여주는 단면도이고,
도 2는 다른 구현예에 따른 유기 광전 소자를 보여주는 단면도이고,
도 3은 다른 구현예에 따른 유기 광전 소자를 보여주는 단면도이고,
도 4는 다른 구현예에 따른 유기 광전 소자를 보여주는 단면도이고,
도 5는 일 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 6은 도 5의 유기 CMOS 이미지 센서의 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 7는 유기 CMOS 이미지 센서의 다른 예를 보여주는 단면도이고,
도 8은 유기 CMOS 이미지 센서의 또 다른 예를 보여주는 단면도이고,
도 9는 또 다른 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 10은 도 9의 유기 CMOS 이미지 센서의 단면도이고,
도 11은 일 구현예에 따른 이미지 센서를 포함하는 디지털 카메라의 블록 다이어그램이고,
도 12는 실시예 2-2과 비교예 2-1에 따른 유기 광전 소자의 상온(25℃)에서의 외부 양자 효율을 도시한 그래프이고,
도 13은 실시예 2-2과 비교예 2-1에 따른 유기 광전 소자의 고온(160℃)에서의 외부 양자 효율을 도시한 그래프이고,
도 14는 n형 도펀트의 함량에 따른 유기 광전 소자의 전하이동도를 도시한 그래프이고,
도 15는 n형 도펀트의 함량에 따른 유기 광전 소자의 트랩밀도를 도시한 그래프이고,
도 16은 실시예 2-2 및 비교예 2-1에 따른 유기 광전 소자의 상온 및 고온(어닐링 후)에서의 잔류 전하의 양을 도시한 그래프이고,
도 17은 n형 도펀트의 함량에 따른 유기 광전 소자의 응답시간(lag time) 을 도시한 그래프이다.
도 2는 다른 구현예에 따른 유기 광전 소자를 보여주는 단면도이고,
도 3은 다른 구현예에 따른 유기 광전 소자를 보여주는 단면도이고,
도 4는 다른 구현예에 따른 유기 광전 소자를 보여주는 단면도이고,
도 5는 일 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 6은 도 5의 유기 CMOS 이미지 센서의 일 예를 보여주는 단면도이고,
도 7는 유기 CMOS 이미지 센서의 다른 예를 보여주는 단면도이고,
도 8은 유기 CMOS 이미지 센서의 또 다른 예를 보여주는 단면도이고,
도 9는 또 다른 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 개략적으로 도시한 평면도이고,
도 10은 도 9의 유기 CMOS 이미지 센서의 단면도이고,
도 11은 일 구현예에 따른 이미지 센서를 포함하는 디지털 카메라의 블록 다이어그램이고,
도 12는 실시예 2-2과 비교예 2-1에 따른 유기 광전 소자의 상온(25℃)에서의 외부 양자 효율을 도시한 그래프이고,
도 13은 실시예 2-2과 비교예 2-1에 따른 유기 광전 소자의 고온(160℃)에서의 외부 양자 효율을 도시한 그래프이고,
도 14는 n형 도펀트의 함량에 따른 유기 광전 소자의 전하이동도를 도시한 그래프이고,
도 15는 n형 도펀트의 함량에 따른 유기 광전 소자의 트랩밀도를 도시한 그래프이고,
도 16은 실시예 2-2 및 비교예 2-1에 따른 유기 광전 소자의 상온 및 고온(어닐링 후)에서의 잔류 전하의 양을 도시한 그래프이고,
도 17은 n형 도펀트의 함량에 따른 유기 광전 소자의 응답시간(lag time) 을 도시한 그래프이다.
이하, 구현예들에 대하여 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 권리 범위는 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.
이하에서 "조합"이란 둘 이상의 혼합물, 상호치환 및 둘 이상의 적층 구조를 포함한다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "치환된"이란, 화합물, 작용기 또는 모이어티의 수소 원자가 할로겐(-F, -Cl, -Br, -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, C1 내지 C20 알콕시기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합(예를 들어 C1 내지 C20 트리플루오로알킬기와 같은 C1 내지 C20 할로알킬기)에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "헤테로"란 화합물, 작용기 또는 모이어티 내에 N, O, S, Se, Te P 및 Si에서 선택되는 적어도 하나의 헤테로 원자를 1 내지 3개 함유하고, 나머지는 탄소인 것을 의미한다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "아릴기"는 탄화수소 방향족 모이어티를 하나 이상 갖는 그룹을 총괄하는 개념으로서, 예컨대 페닐기, 나프틸기와 같이 탄화수소 방향족 모이어티의 모든 원소가 p-오비탈을 가지면서 이들 p-오비탈이 공액(conjugation)을 형성하고 있는 형태; 예컨대 바이페닐기, 터페닐기 또는 쿼터페닐기와 같이 2 이상의 탄화수소 방향족 모이어티들이 시그마 결합을 통하여 연결된 형태; 예컨대 플루오레닐기와 같이 2 이상의 탄화수소 방향족 모이어티들이 직접 또는 간접적으로 융합된 비방향족 융합 고리를 포함한다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "헤테로고리기"는 C2 내지 C30 (예를 들어 C2 내지 C20) 헤테로아릴기, C2 내지 C30 (예를 들어 C2 내지 C20) 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 융합고리기를 포함하는 상위 개념으로서, 아릴기, 사이클로알킬기, 이들의 융합고리 또는 이들의 조합과 같은 고리에 탄소(C) 대신 헤테로 원자를 1개 이상(예를 들어 1개 내지 3개) 포함하는 것을 의미하며, 여기서 헤테로 원자는 예컨대 N, O, S, Se, Te, P 및/또는 Si 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 헤테로고리가 융합고리인 경우, 헤테로고리기 전체 또는 각각의 고리마다 헤테로 원자를 1개 이상(예를 들어 1개 내지 3개) 포함할 수 있다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "헤테로아릴기"는 아릴기 내에 헤테로원자를 1개 이상 포함하는 것을 의미하며, 여기서 헤테로 원자는 예컨대 N, O, S, Se, Te, P 및/또는 Si일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 2 이상의 헤테로아릴기는 시그마 결합을 통하여 직접 연결되거나, 2 이상의 헤테로고리가 서로 융합될 수 있다. 헤테로아릴기가 융합고리인 경우, 각각의 고리마다 상기 헤테로 원자를 1 내지 3개 포함할 수 있다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "헤테로알킬기"는 알킬기의 주쇄에 헤테로원자를 1개 이상 포함하는 것을 의미하며, 구체적으로 메틸렌기가 -O-, -S-, -C(=O)-, -C(=S)-, -OC(=O)- 및 -C(=O)O-에서 선택되는 적어도 하나의 작용기로 교체된 알킬기를 의미한다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "고리형 탄화수소기"는 C3 내지 C20 지환족 탄화수소기, C6 내지 C20 방향족 탄화수소기, 이들의 융합 고리기 또는 헤테로 원자를 포함하는 헤테로고리기를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "지환족 탄화수소기"는 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 예를 들어 C3 내지 C20 사이클로알킬기 또는 C3 내지 C10 사이클로알킬기; C3 내지 C30 사이클로알케닐기, 예를 들어 C3 내지 C20 사이클로알케닐기 또는 C3 내지 C10 사이클로알케닐기; 및 C2 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 예를 들어 C2 내지 C20 헤테로사이클로알킬기 또는 C3 내지 C10 헤테로사이클로알킬기;에서 선택되는 적어도 하나의 비방향족 고리(지환족 고리) 또는 이들 비방향족 고리가 서로 결합된 융합고리를 의미한다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "방향족 탄화수소기"는 C6 내지 C30 아릴기, 예를 들어 C6 내지 C20 아릴기 또는 C6 내지 C10 아릴기와 같은 적어도 하나의 방향족 고리(아렌 고리) 또는 이들의 융합고리를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "벌키 치환기"는 치환 또는 비치환된 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 아릴기, 치환 또는 비치환된 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합일 수 있다. 일 구현예에서 "벌키 치환기"는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 (예컨대, C4 내지 C20) 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 (예컨대, C4 내지 C20) 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 (예컨대, C4 내지 C20) 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 (예컨대, C4 내지 C20) 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 (예컨대, C6 내지 C20) 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 (예컨대, C3 내지 C20) 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 (예컨대, C4 내지 C20) 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 (예컨대, C4 내지 C20) 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합일 수 있다.
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).
이하 일 구현예에 따른 유기 광전 소자에 대하여 도면을 참고하여 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 유기 광전 소자를 보여주는 단면도이다.
도 1을 참고하면, 일 구현예에 따른 유기 광전 소자(100)는 서로 마주하는 제1 전극(10)과 제2 전극(20), 그리고 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 광전변환층(30)을 포함하고, 상기 광전변환층(30)은 p형 반도체, n형 반도체 및 하기 화학식 1로 표현되는 n형 도펀트를 포함한다.
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
Cy는 C3 내지 C20 지환족 탄화수소기(alicyclic hydrocarbon group) 및 C6 내지 C20 방향족 탄화수소기(aromatic hydrocarbon group)에서 선택되는 고리형 탄화수소기 또는 2 이상의 고리형 탄화수소기의 융합고리기이고,
X는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기에서 선택되는 적어도 하나의 벌키 치환기이고,
R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고, R1 내지 R8중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이다.
상기 유기 광전 소자(100)은 기판(도시하지 않음)을 포함할 수 있으며, 상기 기판은 제1 전극(10) 측에 배치될 수도 있고 제2 전극(20) 측에 배치될 수 있다. 기판은 예컨대 유리와 같은 무기 물질, 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리아미드, 폴리에테르술폰 또는 이들의 조합과 같은 유기 물질 또는 실리콘 웨이퍼 등으로 만들어질 수 있다.
제1 전극(10)과 제2 전극(20) 중 어느 하나는 애노드(anode)이고 다른 하나는 캐소드(cathode)이다. 예컨대 제1 전극(10)은 애노드이고 제2 전극(20)은 캐소드일 수 있다.
제1 전극(10)과 제2 전극(20) 중 적어도 하나는 투광 전극일 수 있고, 투광 전극은 예컨대 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO), 인듐 아연 산화물(indium zinc oxide, IZO), 아연 산화물(ZnO), 주석 산화물(SnO), 알루미늄 주석 산화물(AlTO) 및 불소 도핑된 주석 산화물(FTO)과 같은 도전성 산화물, 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), 은(Ag) 또는 금(Au)과 같은 불투명 도전체로 만들어질 수 있다. 일 예로, 제1 전극(10)과 제2 전극(20)은 모두 투광 전극일 수 있다. 일 예로, 제2 전극(20)은 빛을 받는 측에 위치하는 수광 전극(light receiving electrode)일 수 있다.
상기 광전변환층(30)은 p형 반도체, n형 반도체 및 n형 도펀트가 pn 접합(pn junction)을 형성하고 있는 층으로, 외부에서 빛을 받아 엑시톤(exciton)을 생성한 후 생성된 엑시톤을 정공과 전자로 분리할 수 있다.
상기 광전변환층(30)에 포함되는 p형 반도체와 n형 반도체는 가시광선 파장 영역 중 적어도 일부 파장 영역의 광을 흡수할 수 있으며, 예컨대 녹색 광, 청색 광 및 적색 광 중 일부를 선택적으로 흡수할 수 있다.
상기 p형 반도체와 n형 반도체는 각각 흡광 물질일 수 있으며, 예컨대 가시광선 영역의 광을 흡수하는 흡광 물질일 수 있다. 일 예로, 상기 p형 반도체와 n형 반도체 중 적어도 하나는 녹색 광, 청색 광 및 적색 광 중 하나를 선택적으로 흡수하는 흡광 물질일 수 있다. 일 예로, 상기 p형 반도체와 n형 반도체 중 어느 하나는 녹색 광, 청색 광 및 적색 광 중 하나를 선택적으로 흡수하는 흡광 물질일 수 있다. 일 예로, 상기 p형 반도체는 녹색 광, 청색 광 및 적색 광 중 어느 하나를 선택적으로 흡수하도록 구성된 흡광 물질일 수 있고, 상기 n형 반도체는 플러렌 또는 플러렌 유도체일 수 있다. 일 예로, 상기 p형 반도체와 n형 반도체는 약 520nm 내지 580nm에서 최대흡수파장을 가지는 녹색 광을 선택적으로 흡수하는 흡광 물질일 수 있다. 일 예로, 상기 p형 반도체는 약 520nm 내지 580nm에서 최대흡수파장을 가지는 녹색 광을 선택적으로 흡수하는 흡광 물질일 수 있고, n형 반도체는 플러렌 또는 플러렌 유도체일 수 있다.
일 예로, 상기 광전변환층(30)에 포함된 p형 반도체와 n형 반도체 중 어느 하나는 약 1.7 내지 2.3eV의 에너지 밴드갭을 가지는 흡광 물질일 수 있다. 상기 범위의 에너지 밴드갭을 가짐으로써 약 520nm 내지 580nm에서 최대 흡수 파장(λmax)을 가지는 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있고 높은 외부 양자 효율(external quantum efficiency, EQE)을 가질 수 있어 광전 변환 효율을 개선할 수 있다. 예컨대 상기 광전변환층(30)에 포함된 p형 반도체와 n형 반도체 중 어느 하나는 약 1.8 내지 2.2eV의 에너지 밴드갭을 가지는 흡광 물질일 수 있고, 예컨대 약 1.9 내지 2.1eV의 에너지 밴드갭을 가지는 흡광 물질일 수 있다.
일 예로, 상기 p형 반도체는 약 1.7 내지 2.3eV의 에너지 밴드갭을 가지는 흡광 물질일 수 있고 n형 반도체는 플러렌 또는 플러렌 유도체일 수 있다.
일 예로, p형 반도체는 전자 공여 모이어티(electron donating moiety), 파이 공액 연결기(pi-conjugation linker) 및 전자 수용 모이어티(electron accepting moiety)를 포함하는 코어 구조를 가질 수 있다. 여기서 전자 공여 모이어티는 빛을 받을 때 전자를 공여하여 정공을 형성할 수 있는 모이어티이고 전자 수용 모이어티는 빛을 받을 때 전자를 받을 수 있는 모이어티이다. 상기 p형 반도체의 구체적인 예는 미국특허공개 2018-0062112에 기재된 화합물을 사용할 수 있다.
일 예로, 상기 플러렌은 C60 내지 C120의 플러렌일 수 있고, 구체적으로 C60, C70, C74, C76, C78, C80, C82, C84, C90 또는 C96일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 플러렌 유도체는 플러렌에 치환기를 가지는 화합물을 의미한다. 상기 치환기의 예로는 알킬기, 아릴기 또는 헤테로고리기일 수 있다. 상기 알킬기는 C1 내지 C12 알킬기, 예를 들어 C1 내지 C5 알킬기일 수 있다. 상기 아릴기는 페닐기, 나프틸기 또는 안트라세닐기일 수 있다. 여기서, 상기 헤테로고리기는 푸릴기, 티에닐기, 피롤릴기, 옥사졸릴기, 피리딜기, 퀴놀릴기 또는 카르바졸릴기일 수 있다.
상기 플러렌 유도체의 구체적인 예로는 페닐-C61-부티르산 메틸에스테르(phenyl-C61-butyric acid methylester, [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester, PCBM), ICBA(indene-C60 bisadduct), ICMA(indene-C60 monoadduct) 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 n형 도펀트는 화학식 1로 표현되는 코라눌렌(corannulene) 구조를 포함하는 플러렌 서브유닛 유도체일 수 있다. 상기 n형 도펀트는 적어도 하나의 벌키 치환기(X)를 가지는 탄화수소 고리기(Cy)를 포함하고 Cy를 제외한 위치에 적어도 하나(R1 내지 R8중 적어도 하나)의 벌키 치환기를 더 포함함으로써 상기 n형 도펀트의 결정성을 효과적으로 억제하고 p형 반도체 및 n형 반도체와 효과적으로 상호작용하며, 광전변환층(30)의 전하이동도를 향상시킬 수 있다. 또한 상기 n형 반도체는 p형 반도체 및 n형 반도체, 특히 n형 반도체의 응집을 억제함으로써, 청색 영역(400 nm 내지 500 nm)에서의 광흡수를 현저히 감소시켜 소자의 색선명도를 향상시킬 수 있다.
상기 벌키 치환기(X)는 n형 도펀트들 사이에 입체 장애(steric hindrance)를 효과적으로 조절하여 일정 간격을 유지하게 할 수 있다. R1 내지 R8중 적어도 하나에 존재하는 벌키 치환기는 n형 도펀트의 결정성을 낮추어 광전변환층(30) 내에서 p형 반도체 및 n형 반도체와 잘 혼합되어 존재한다. 또한 R1 내지 R8중 적어도 하나에 존재하는 벌키 치환기는 n형 도펀트의 코라눌렌 골격이 n형 반도체를 잘 감싸도록 하여 n형 반도체의 응집을 억제할 수 있다. 또한 R1 내지 R8중 적어도 하나의 벌키 치환기는 n형 도펀트의 열안정성을 향상시킬 수 있어 소자 적용시 고온 특성을 개선시킬 수 있다.
상기 화학식 1의 n형 도펀트는 n형 반도체의 응집을 저해할 수 있는 구조를 가지면서도 코라눌렌의 공액 구조를 확장하지 않음으로써 결정성이 증가되는 것을 억제하고 박막 형성 공정에 유리한 승화정제가 가능하다.
상기 고리형 탄화수소기는 고리 내에 헤테로 원자를 하나 이상 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 고리형 탄화수소기는 -N=, -NR-, -O-, -S-, -Se-, -Te-, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C(=Te)-, -C(=C(CN)2)- 및 -C(=NR)에서 선택되는 적어도 하나의 작용기를 포함하는 헤테로고리기일 수 있고, 여기서 R은 C1 내지 C10 알킬기일 수 있다. 이와 같이 Cy가 헤테로고리기인 경우 상기 n형 도펀트의 n형 특성을 더 강화시킬 수 있다.
상기 고리형 탄화수소기와 여기에 치환되는 벌키 치환기(X)의 조합에 의하여 n형 도펀트의 HOMO/LUMO 레벨을 조정할 수가 있다. 예를 들어, Cy가 전자 흡인성 작용기(예컨대, -C(=O)-, -N=, -NR- 등)를 포함하지 않는 탄화수소기인 경우 벌키 치환기(X)에 전자 흡인성 작용기를 도입할 수 있다. 전자 흡인성 작용기를 가지는 벌키 치환기(X)의 예로는 피롤릴기, 피리딜기, 피리미딜기, 트리아지닐기 등과 같은 N-함유 고리기; 또는 불소(F)기, 시아노(CN)기, C1 내지 C10 카르복실기 또는 이의 에스터기(예컨대, 아세테이트기) 또는 C1 내지 C10 트리플루오로알킬기(예컨대, trifluoromethyl (CF3))로 치환된 C6 내지 C20 아릴기;를 들 수 있다.
R1 내지 R8중 적어도 2개, 예를 들어 3개 또는 4개는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기일 수 있다.
상기 화학식 1에서 R1 내지 R3 적어도 하나 그리고 R6 내지 R8중 적어도 하나는 서로 동일하거나 상이하며, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기일 수 있다.
상기 화학식 1에서 R1 내지 R3중 적어도 하나의 벌키 치환기 그리고 R6 내지 R8중 적어도 하나의 벌키 치환기는 Cy를 중심으로(Cy를 포함하는 축을 중심으로) 서로 대칭인 위치에 있을 수 있다.
상기 화학식 1에서 R1 내지 R8중 적어도 두 개는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기일 수 있다.
상기 화학식 1에서, Cy를 중심으로 서로 대칭인 위치에 벌키 치환기를 2개 이상 포함하는 경우 n형 도펀트가 플러렌 또는 플러렌 유도체를 효과적으로 감쌀 수 있으므로 이들의 응집을 억제할 수 있다.
상기 화학식 1에서, R1 내지 R3중 적어도 하나 그리고 R6 내지 R8중 적어도 하나는 서로 동일하거나 상이하며, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기일 수 있다. 이 경우 입체 장애를 효과적으로 조절하여 증착 공정에서 플러렌 또는 플러렌 유도체의 응집을 억제할 수 있다.
상기 화학식 1에서, R1 및 R2중 적어도 하나 및 R7 및 R8중 적어도 하나는 서로 동일하거나 상이하며, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고 R3, R4, R5 및 R6은 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C20 직쇄 알킬기 또는 이들의 조합일 수 있다. 이 경우 입체 장애를 효과적으로 조절하여 증착 공정에서 플러렌 또는 플러렌 유도체의 응집을 억제할 수 있다.
상기 화학식 1에서 R2 및 R7은 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고, R1, R3, R4, R5, R6 및 R8은 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C20 직쇄 알킬기 또는 이들의 조합일 수 있다. 이 경우 Cy를 기준으로 양 측면에 벌키 치환기를 가짐으로써 입체 장애 효과를 효과적으로 조절하여 증착 공정에서 플러렌 또는 플러렌 유도체의 응집을 억제할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 1에서, R1 내지 R3중 인접하는 두 개의 치환기 및 R6 내지 R8중 인접하는 두 개의 치환기가 서로 연결되어 C3 내지 C20 지환족 탄화수소기를 형성할 수 있다. 이러한 C3 내지 C20 지환족 탄화수소기는 코라눌렌의 공액 구조의 확장을 차단시켜 결정성이 증가하는 것을 억제할 수 있다. C3 내지 C20 지환족 탄화수소기에는 C6 내지 C20 방향족 탄화수소기가 융합되어 존재할 수 있다.
상기 화학식 1에서, R2 및 R3가 서로 연결되어 C3 내지 C20 지환족 탄화수소기를 형성하고 R6 및 R7이 서로 연결되어 C3 내지 C20 지환족 탄화수소기를 형성할 수 있다. C3 내지 C20 지환족 탄화수소기에는 C6 내지 C20 방향족 탄화수소기가 융합되어 존재할 수 있다. 상기 C3 내지 C20 지환족 탄화수소기가 오각고리이고 벤젠링이 융합된 구조는 하기 화학식 1A와 같다.
[화학식 1A]
상기 화학식 1A에서,
Cy는 C3 내지 C20 지환족 탄화수소기(alicyclic hydrocarbon group) 및 C6 내지 C20 방향족 탄화수소기(aromatic hydrocarbon group)에서 선택되는 고리형 탄화수소기 또는 2 이상의 고리형 탄화수소기의 융합고리기이고,
X는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기에서 선택되는 적어도 하나의 벌키 치환기이고,
R1, R2a, R4, R5, R6a 및 R8은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
a1 및 a2는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이다.
상기 화학식 1에서, Cy는 피롤(pyrrole), 퓨란(furan), 피롤린(pyrroline), 피롤리딘다이온(pyrrolidinedione), 사이클로펜탄다이엔(cyclopentanediene), 사이클로펜탄다이온(cyclopentanedione), 피롤로이미다졸(pyrrolo imidazole), 고리내에 케톤(C=O)기를 함유하는 피롤로이미다졸(pyrrolo imidazole), 피리딘(pyridine), 피리미딘(pyrimidine), 인돌(indole), 프탈이미드(phthalimide), 벤즈이미다졸(benzimidazole), 벤조티아졸(benzothiazole) 또는 이들과 벤젠링의 융합고리일 수 있다.
상기 화학식 1에서 Cy는 하기 화학식 2A로 표현되는 모이어티에서 선택될 수 있다.
[화학식 2A]
상기 화학식 2A에서,
Y1은 CRaRb 또는 NRc이고,
Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고, Ra 및 Rb중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
Rc는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
Z1 및 Z2는 O, S, Se, Te, C(CN)2 및 NRd에서 선택되고, 여기에서 Rd는 C1 내지 C10 알킬기이거나 화학식 2A의 Y1과 연결되어 융합링을 형성할 수 있고,
*=*는 화학식 1에 연결되는 부분이다.
*예를 들어 상기 화학식 2A로 표현되는 모이어티는 하기 화학식 2A-1로 표현되는 모이어티일 수 있다.
[화학식 2A-1]
상기 화학식 2A-1에서,
Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고, Ra 및 Rb중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
Rc는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
*=*는 화학식 1에 연결되는 부분이다.
Z2가 NRd이고, Rd가 화학식 2A의 Y1과 연결되어 융합링을 형성하는 경우 화학식 2A는 하기 화학식 2A-2로 표현되는 모이어티일 수 있다.
[화학식 2A-2]
상기 화학식 2A-2에서,
Y1은 CRa 또는 N이고,
Z1은 O, S, Se, Te, C(CN)2 및 NR에서 선택되고,
Ar은 C6 내지 C30 아릴기 또는 C3 내지 C30 헤테로아릴기이다.
상기 화학식 1에서 Cy는 하기 화학식 2B로 표현되는 모이어티에서 선택될 수 있다.
[화학식 2B]
상기 화학식 2B에서,
Y2는 CRaRb, NRc, O, S, Se 및 Te에서 선택되고,
여기서 Ra, Rb 및 Rc는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
Rx는 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
Y2가 CRaRb 또는 NRc인 경우, Ra, Rb 및 Rx중 적어도 하나 그리고 Rc 및 Rx중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
Y2가 O, S, Se 또는 Te인 경우 Rx는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
*=*는 화학식 1에 연결되는 부분이다.
예를 들어 상기 화학식 2B로 표현되는 모이어티는 하기 화학식 2B-1로 표현되는 모이어티일 수 있다.
[화학식 2B-1]
상기 화학식 2B-1에서,
Ra, Rb 및 Rc는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
Rx는 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
Ra, Rb 및 Rx중 적어도 하나 그리고 Rc 및 Rx중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
*=*는 화학식 1에 연결되는 부분이다.
예를 들어 상기 화학식 2B로 표현되는 모이어티는 하기 화학식 2B-2로 표현되는 모이어티일 수 있다.
[화학식 2B-2]
상기 화학식 2B-2에서,
Rx는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
*=*는 화학식 1에 연결되는 부분이다.
상기 화학식 1에서 Cy는 하기 화학식 2C로 표현되는 모이어티에서 선택될 수 있다.
[화학식 2C]
상기 화학식 2C에서,
Y2는 CRaRb, NRc, O, S, Se 및 Te에서 선택되고,
여기서 Rc는 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
Rx 및 Ry는 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
Y2가 CRaRb 또는 NRc인 경우, Ra, Rb, Rx 및 Ry중 적어도 하나 그리고 Rc, Rx 및 Ry중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
Y2가 O, S, Se 또는 Te인 경우 Rx 및 Ry중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
*=*는 화학식 1에 연결되는 부분이다.
예를 들어 상기 화학식 2C로 표현되는 모이어티는 하기 화학식 2C-1로 표현되는 모이어티일 수 있다.
[화학식 2C-1]
상기 화학식 2C-1에서,
Rc는 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
Rx 및 Ry는 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
Rc, Rx 및 Ry중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
*=*는 화학식 1에 연결되는 부분이다.
예를 들어 상기 화학식 2C로 표현되는 모이어티는 하기 화학식 2C-2로 표현되는 모이어티일 수 있다.
[화학식 2C-2]
상기 화학식 2C-2에서,
Rx 및 Ry는 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
Rx 및 Ry중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
*=*는 화학식 1에 연결되는 부분이다.
상기 화학식 1에서 Cy는 하기 화학식 3A 내지 3D로 표현되는 모이어티에서 선택될 수 있다.
[화학식 3A]
상기 화학식 3A에서,
Rx, Ry 및 Rz는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
Rx, Ry 및 Rz중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
*=*는 화학식 1에 연결되는 부분이다.
[화학식 3B]
상기 화학식 3B에서,
Rx 및 Ry는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
Rx 및 Ry중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
*=*는 화학식 1에 연결되는 부분이다.
[화학식 3C]
상기 화학식 3C에서,
Rx 및 Ry는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
Rx 및 Ry중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
*=*는 화학식 1에 연결되는 부분이다.
[화학식 3D]
상기 화학식 3D에서,
Rx 및 Ry는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
Rx 및 Ry중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
*=*는 화학식 1에 연결되는 부분이다.
상기 화학식 1에서 Cy는 하기 화학식 4A로 표현되는 모이어티에서 선택될 수 있다.
[화학식 4A]
상기 화학식 4A에서,
Y1은 CRaRb 또는 NRc이고,
Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고, Ra 및 Rb중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
Rc는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
Rp, Rq, Rr 및 Rs는 각각 독립적으로 수소, 중수소 또는 C1 내지 C10 알킬기이고,
n은 0 내지 2의 정수이고,
Z1 및 Z2는 O, S, Se, Te, C(CN)2 및 NRd에서 선택되고, 여기에서 Rd는 C1 내지 C10 알킬기이거나 화학식 4A의 Y1과 연결되어 융합링을 형성할 수 있고,
*=*는 화학식 1에 연결되는 부분이다.
예를 들어 상기 화학식 4A로 표현되는 모이어티는 하기 화학식 4A-1로 표현되는 모이어티일 수 있다. 하기 화학식 4A-1에서는 화학식 4A의 n이 0인 경우만 도시하였으나 n이 1 또는 2인 경우에도 하기 화학식 4A-1과 동일하게 표현될 수 있다.
[화학식 4A-1]
상기 화학식 4A-1에서,
Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고, Ra 및 Rb중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
Rc는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
Rp 및 Rq는 각각 독립적으로 수소, 중수소 또는 C1 내지 C10 알킬기이고,
*=*는 화학식 1에 연결되는 부분이다.
상기 화학식 1에서 Cy는 하기 화학식 4B로 표현되는 모이어티에서 선택될 수 있다.
[화학식 4B]
상기 화학식 4B에서,
Y2는 CRaRb, NRc, O, S, Se 및 Te에서 선택되고,
여기서 Ra, Rb 및 Rc는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
Rx는 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
Y2가 CRaRb 또는 NRc인 경우, Ra, Rb 및 Rx중 적어도 하나 그리고 Rc 및 Rx중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
Y2가 O, S, Se 또는 Te인 경우 Rx는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
Rp, Rq, Rr 및 Rs는 각각 독립적으로 수소, 중수소 또는 C1 내지 C10 알킬기이고,
n은 0 내지 2의 정수이고,
*=*는 화학식 1에 연결되는 부분이다.
예를 들어 상기 화학식 4B로 표현되는 모이어티는 하기 화학식 4B-1로 표현되는 모이어티일 수 있다. 하기 화학식 4B-1에서는 화학식 4B의 n이 0인 경우만 도시하였으나 n이 1 또는 2인 경우에도 하기 화학식 4B-1과 동일하게 표현될 수 있다.
[화학식 4B-1]
상기 화학식 4B-1에서,
Ra 및 Rb는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
Rx는 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
Ra, Rb 및 Rx중 적어도 하나 그리고 Rc 및 Rx중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
Rp 및 Rq는 각각 독립적으로 수소, 중수소 또는 C1 내지 C10 알킬기이고,
*=*는 화학식 1에 연결되는 부분이다.
예를 들어 상기 화학식 4B로 표현되는 모이어티는 하기 화학식 4B-2로 표현되는 모이어티일 수 있다. 하기 화학식 4B-2에서는 화학식 4B의 n이 0인 경우만 도시하였으나 n이 1 또는 2인 경우에도 하기 화학식 4B-2와 동일하게 표현될 수 있다.
[화학식 4B-2]
상기 화학식 4B-2에서,
Rx는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
Rp 및 Rq는 각각 독립적으로 수소, 중수소 또는 C1 내지 C10 알킬기이고,
*=*는 화학식 1에 연결되는 부분이다.
상기 화학식 1에서 Cy는 하기 화학식 4C로 표현되는 모이어티에서 선택될 수 있다.
[화학식 4C]
상기 화학식 4C에서,
Y2는 CRaRb, NRc, O, S, Se 및 Te에서 선택되고,
여기서 Ra, Rb 및 Rc는 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
Rx 및 Ry는 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
Y2가 CRaRb 또는 NRc인 경우, Ra, Rb, Rx 및 Ry중 적어도 하나 그리고 Rc, Rx 및 Ry중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
Y2가 O, S, Se 또는 Te인 경우 Rx 및 Ry중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
Rp, Rq, Rr 및 Rs는 각각 독립적으로 수소, 중수소 또는 C1 내지 C10 알킬기이고,
n은 0 내지 2의 정수이고,
*=*는 화학식 1에 연결되는 부분이다.
예를 들어 상기 화학식 4C로 표현되는 모이어티는 하기 화학식 4C-1로 표현되는 모이어티일 수 있다. 하기 화학식 4C-1에서는 화학식 4C의 n이 0인 경우만 도시하였으나 n이 1 또는 2인 경우에도 하기 화학식 4C-1과 동일하게 표현될 수 있다.
[화학식 4C-1]
상기 화학식 4C-1에서,
Rc는 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
Rx 및 Ry는 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
Rc, Rx 및 Ry중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
Rp 및 Rq는 각각 독립적으로 수소, 중수소 또는 C1 내지 C10 알킬기이고,
*=*는 화학식 1에 연결되는 부분이다.
예를 들어 상기 화학식 4C로 표현되는 모이어티는 하기 화학식 4C-2로 표현되는 모이어티일 수 있다. 하기 화학식 4C-2에서는 화학식 4C의 n이 0인 경우만 도시하였으나 n이 1 또는 2인 경우에도 하기 화학식 4C-2과 동일하게 표현될 수 있다.
[화학식 4C-2]
상기 화학식 4C-2에서,
Rx 및 Ry는 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
Rx 및 Ry중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
Rp 및 Rq는 각각 독립적으로 수소, 중수소 또는 C1 내지 C10 알킬기이고,
*=*는 화학식 1에 연결되는 부분이다.
일 구현예에서, 상기 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기는 하기 화학식 5A로 표현될 수 있다.
[화학식 5A]
상기 화학식 5A에서,
Ra 및 Rb는 수소, 할로겐, 시아노기 또는 C1 내지 C6 알킬기이고,
n1은 0 내지 10의 정수이고,
R11 내지 R13는 수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 알콕시기, C2 내지 C10 알케닐기, C2 내지 C10 알키닐기, C1 내지 C10 알킬실릴기고, R11 내지 R13중 적어도 두 개는 C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 알콕시기, C2 내지 C10 알케닐기 또는 C2 내지 C10 알키닐기이다.
일 구현예에서, 상기 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기는 이소프로필기, 1-메틸프로필기, 이소부틸기, 1-메틸부틸기, 1-에틸부틸기, 1-프로필부틸기, 이소펜틸기, 1-메틸펜틸기, 1-에틸펜틸기, 1-프로필펜틸기, 2-메틸펜틸기, 2-에틸펜틸기, 2-프로필펜틸기, 3-메틸펜틸기, 3-에틸펜틸기, 3-프로필펜틸기, 이소헥실기, 1-메틸헥실기, 1-에틸헥실기, 1-프로필헥실기, 2-메틸헥실기, 2-에틸헥실기, 2-프로필헥실기, 3-메틸헥실기, 3-에틸헥실기, 3-프로필헥실기, 이소헵틸기, 1-메틸헵틸기, 1-에틸헵틸기, 1-프로필헵틸기, 2-메틸헵틸기, 2-에틸헵틸기, 2-프로필헵틸기, 3-메틸헵틸기, 3-에틸헵틸기, 3-프로필헵틸기, 이소옥틸기, 1-메틸옥틸기, 1-에틸옥틸기, 1-프로필옥틸기, 2-메틸옥틸기, 2-에틸옥틸기, 2-프로필옥틸기, 3-메틸옥틸기, 3-에틸옥틸기, 3-프로필옥틸기, 1-메틸노닐기, 1,1-디메틸노닐기, t-부틸기, t-펜틸기, t-헥실기, 네오펜틸기 또는 네오헥실기일 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에서, 상기 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기는 하기 화학식 5A에서 -(C(RcRd)- 대신 -O-, -S-, -S(=O)-, -S(=O)2-, -C(=O)-, -C(=O)O-, -OC(=O)- 및 이들의 조합에서 선택되는 작용기로 치환된 작용기로 하기 화학식 5B로 표현될 수 있다.
[화학식 5B]
상기 화학식 5B에서,
Rc 및 Rd는 수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C6 알킬기, C1 내지 C6 알콕시기, C2 내지 C10 에테르기 또는 C2 내지 C10 에스터기이고,
n2은 2 내지 10의 정수이고,
R21 내지 R23는 수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 알콕시기, C2 내지 C10 알케닐기 또는 C2 내지 C10 알키닐기이고, R11 내지 R13중 적어도 두 개는 C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 알콕시기, C2 내지 C10 알케닐기 또는 C2 내지 C10 알키닐기이다.
일 구현예에서, 상기 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기는 하기 화학식 5C로 표현될 수 있다.
*[화학식 5C]
상기 화학식 5C에서,
Re 및 Rf는 수소, 할로겐, 시아노기 또는 C1 내지 C6 알킬기이고,
n3은 0 내지 10의 정수이고,
R31 내지 R33는 수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 알콕시기, C2 내지 C10 알케닐기, C2 내지 C10 알키닐기, C1 내지 C10 알킬실릴기고, R31 내지 R33중 적어도 두 개는 C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 알콕시기, C2 내지 C10 알케닐기 또는 C2 내지 C10 알키닐기이다.
상기 n형 도펀트의 구체적인 예로는 하기 그룹 1 내지 그룹 9의 화합물들을 들 수 있다.
[그룹 1]
상기 그룹 1의 코라눌렌의 2개의 치환기(OtBu)기 대신에 이소프로필(iPr)기, 터셔리 부틸(tBu)기, 2-메틸 프로필기, 트리메틸실릴(TMS)기 등과 같은 분지 알킬기가 치환되어 있어도 된다. 그룹 2는 그룹 1에서 코라눌렌의 2개의 치환기(OtBu)기 대신에 터셔리 부틸(tBu)기가 치환된 구조를 예시하고 그룹 3은 트리메틸실릴(TMS)기가 치환된 구조를 예시한다.
[그룹 2]
[그룹 3]
그룹 4는 상기 그룹 1의 코라눌렌의 2개의 치환기(OtBu)기 대신에 페닐기가 치환된 구조를 보인다.
[그룹 4]
상기 그룹 4에서, 코라눌렌의 치환기인 두 개의 페닐(Ph)기는 C1 내지 C20 직쇄 알킬기, C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, C6 내지 C12 아릴기 및 C3 내지 C12 헤테로아릴기에서 선택되는 적어도 하나의 치환기로 치환될 수 있다. 이들 치환기는 복수로 존재할 수 있으며, 이 경우 서로 동일하거나 상이할 수 있다. 치환기의 위치는 오르쏘, 메타 또는 파라 위치에 존재할 수 있다. 예를 들어 오르쏘(ortho) 위치에 이소프로필기 또는 t-부틸기가 치환된 구조를 하기 그룹 5에 도시한다.
[그룹 5]
상기 그룹 1의 코라눌렌의 2개의 치환기(OtBu)기 대신에 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기(예를 들어 피리딜기, 피리미딜기, 트리아지닐기, 티에닐기 등)이 치환되어 있어도 된다. 헤테로 원자(예컨대, 질소, 황 등)의 위치는 결합위치에서 오르쏘(ortho), 메타(meta), 파라(para) 위치에 들어가 있어도 된다. 상기 헤테로아릴기는 C1 내지 C20 직쇄 알킬기, C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, C6 내지 C12 아릴기 및 C3 내지 C12 헤테로아릴기에서 선택되는 적어도 하나의 치환기로 치환될 수 있다.
그룹 6은 상기 헤테로아릴기로 피리딜기가 치환된 구조를 예시하고 그룹 7은 상기 헤테로아릴기로 티에닐(thienyl)기, 퓨란일(furanyl)기, 피롤일기, 셀레노페닐기 또는 텔루로페닐기가 치환된 구조를 예시한다.
[그룹 6]
그룹 6에서, 피리딜기는 C1 내지 C20 직쇄 알킬기, C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, C6 내지 C12 아릴기 및 C3 내지 C12 헤테로아릴기에서 선택되는 적어도 하나의 치환기로 치환될 수 있다.
[그룹 7]
그룹 7에서, 티에닐(thienyl)기, 퓨란일(furanyl)기, 피롤일기, 셀레노페닐기 또는 텔루로페닐기는 C1 내지 C20 직쇄 알킬기, C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, C6 내지 C12 아릴기 및 C3 내지 C12 헤테로아릴기에서 선택되는 적어도 하나의 치환기로 치환될 수 있다. 또한 피롤일기의 수소는 C1 내지 C20 직쇄 알킬기, C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, C6 내지 C12 아릴기 및 C3 내지 C12 헤테로아릴기에서 선택되는 적어도 하나의 치환기로 치환될 수 있다.
그룹 5의 페닐(Ph)기는 사이클로펜타디엔과 같은 지환족 탄화수소기를 통하여 코라눌렌에 융합될 수 있다. 이러한 구조를 그룹 8에 예시한다.
[그룹 8]
상기 n형 도펀트와 p형 반도체와의 평균 거리가 약 6.0 Å이하, 예컨대, 약 5.5 Å이하 또는 5.0 Å이하일 수 있다. 상기 n형 도펀트는 벌키 치환기(X)와 측면에 추가의 벌키 치환기를 포함함으로써 p형 반도체와의 평균 거리를 상기 범위로 조절할 수 있다. p형 반도체와의 평균 거리를 상기 범위로 유지하는 경우 n형 도펀트와 p형 반도체가 잘 혼합되어 BHJ(bulk hetero junction)을 잘 형성할 수 있다.
상기 n형 도펀트는 광전변환층(30) 총량에 대하여 0.1 몰% 이상, 0.5 몰% 이상, 또는 1 몰% 이상 및 30 몰% 이하, 29 몰% 이하, 28 몰% 이하, 27 몰% 이하, 26 몰% 이하, 또는 25 몰% 이하로 포함될 수 있다. 상기 범위에서 광전변환층(30)의 전하이동도를 증가시킬 수 있으며, n형 도펀트가 n형 반도체(플러렌 또는 플러렌 유도체)의 응집을 효과적으로 억제함으로써 청색 영역에서의 불필요한 흡광을 감소시키고 녹색 영역에서의 흡광을 증가시킬 수 있다.
상기 광전변환층(30)에서 n형 도펀트는 광전변환층(30)의 상부에만 존재할 수도 있다. 여기에서 상부는 광전변환층의 두께방향을 기준으로 표면에서 50% 두께 미만, 예컨대 40% 두께 이하, 30% 두께 이하, 20% 두께 이하, 10% 두께 이하 또는 5% 두께 이하의 영역을 의미할 수 있다. 상기 광전변환층(30)의 상부에서 n형 도펀트는 제2 전극(20)과 접촉하는 상부 표면으로 갈수록 함량이 더 증가하도록 농도 구배를 가질 수도 있다.
상기 광전변환층(30)은 일면 또는 양면에 p형 층 및/또는 n형 층을 더 포함할 수 있다. p형 층은 p형 반도체를 포함할 수 있고, n형 층은 n형 반도체를 포함할 수 있다.
유기 광전 소자(100)는 제1 전극(10) 또는 제2 전극(20)의 일면에 반사방지층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 반사방지층은 광이 입사되는 측에 배치되어 입사 광의 반사도를 낮춤으로써 광 흡수도를 더욱 개선할 수 있다. 예컨대 제1 전극(10) 측으로 광이 입사되는 경우 반사방지층은 제1 전극(10)의 일면에 위치할 수 있고 제2 전극(20) 측으로 광이 입사되는 경우 반사방지층은 제2 전극(20)의 일면에 위치할 수 있다.
반사방지층은 예컨대 약 1.6 내지 2.5의 굴절률을 가지는 물질을 포함할 수 있으며, 예컨대 상기 범위의 굴절률을 가지는 금속 산화물, 금속 황화물 및 유기물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 반사방지층은 예컨대 알루미늄 함유 산화물, 몰리브덴 함유 산화물, 텅스텐 함유 산화물, 바나듐 함유 산화물, 레늄 함유 산화물, 니오븀 함유 산화물, 탄탈륨 함유 산화물, 티타늄 함유 산화물, 니켈 함유 산화물, 구리 함유 산화물, 코발트 함유 산화물, 망간 함유 산화물, 크롬 함유 산화물, 텔러륨 함유 산화물 또는 이들의 조합과 같은 금속 산화물; 아연설파이드와 같은 금속 황화물; 또는 아민 유도체와 같은 유기물을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
유기 광전 소자(100)는 제1 전극(10) 또는 제2 전극(20) 측으로부터 빛이 입사되어 광전변환층(30)이 소정 파장 영역의 빛을 흡수하면 내부에서 엑시톤이 생성될 수 있다. 엑시톤은 광전변환층(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 전류가 흐를 수 있게 된다.
상기 유기 광전 소자(100)는 제1 전극(10)과 광전변환층(30) 사이 및 제2 전극(20)과 광전변환층(30) 사이에 적어도 하나의 전하 보조층을 더 포함할 수 있다. 이러한 구조의 유기 광전 소자(100')은 도 2에 도시되어 있다. 도 2는 다른 구현예에 따른 유기 광전 소자를 도시한 단면도이다. 도 2에 도시된 바와 같이 유기 광전 소자(100')는 제1 전극(10)과 광전변환층(30)사이에 제1 전하 보조층(40) 및 제2 전극(20)과 광전변황층(30)사이에 제2 전하 보조층(45)을 포함한다. 일 구현예에서 유기 광전 소자(100')는 제1 전극(10)과 광전변환층(30)사이에 제1 전하 보조층(40) 및 제2 전극(20)과 광전변황층(30)사이에 제2 전하 보조층(45) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 전하 보조층은 광전변환층(30)에서 분리된 정공과 전자의 이동을 용이하게 하여 효율을 높일 수 있다. 전하 보조층은 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 보조층은 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-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]비페닐(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-비스[N-(1-나프틸)-N-페닐-아미노]비페닐(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 중 어느 하나는 생략될 수 있다.
이하 다른 구현예에 따른 유기 광전 소자를 설명한다.
도 3은 다른 구현예에 따른 유기 광전 소자를 보여주는 단면도이다.
도 3을 참고하면, 일 구현예에 따른 유기 광전 소자(200)는 서로 마주하는 제1 전극(10)과 제2 전극(20), 그리고 제1 전극(10)과 제2 전극(20) 사이에 제1 광전변환층(31) 및 제2 광전변환층(32)을 포함하는 광전변환층(30')을 포함한다. 도 1에서는 상기 광전변환층(30')이 두 개의 층을 포함하는 것으로 도시되어 있으나 3개 이상의 복수의 층으로 형성될 수도 있다.
상기 제1 광전변환층(31)은 p형 반도체와 n형 반도체를 포함하고 상기 제2 광전변환층(32)은 p형 반도체, n형 반도체 및 상기 화학식 1로 표현되는 n형 도펀트를 포함한다.
일 구현예에서, 상기 제1 광전변환층(31)은 p형 반도체가 n형 반도체보다 많이 포함된 p형 리치층(p-type rich layer)일 수 있으며, 예컨대 제1 광전변환층(31)의 n형 반도체에 대한 p형 반도체의 제1 조성비(p1/n1)는 1.0 초과일 수 있다. 예컨대 제1 광전변환층(31)의 n형 반도체에 대한 p형 반도체의 제1 조성비(p1/n1)는 약 1.0 초과 10.0 이하일 수 있으며, 예컨대 약 1.2 내지 5.0일 수 있으며, 예컨대 약 1.5 내지 3.5일 수 있으며, 예컨대 약 1.5 초과 3.5 미만일 수 있으며, 예컨대 약 2.0 내지 3.0일 수 있다.
예컨대 상기 제1 광전변환층(31)에서 p형 반도체가 적색 광, 녹색 광 및 청색 광 중 어느 하나를 선택적으로 흡수하는 흡광 물질이고 n형 반도체가 예컨대 플러렌 또는 플러렌 유도체인 경우, 제1 광전변환층(31)은 상대적으로 p형 반도체를 많이 포함함으로써 소정 파장 영역에 대한 광의 흡수를 높일 수 있고 이에 따라 소정 파장 영역에 대한 외부 양자 효율(EQE)을 높일 수 있다. 이에 따라 유기 광전 소자(200)의 파장 선택성을 높일 수 있다.
예컨대 상기 제1 광전변환층(31)에서 p형 반도체가 520nm 내지 580nm에서 최대흡수파장(λmax)을 가지는 녹색 광을 선택적으로 흡수하는 흡광 물질이고 n형 반도체가 예컨대 플러렌 또는 플러렌 유도체인 경우, 제1 광전변환층(31)은 상대적으로 p형 반도체를 많이 포함함으로써 녹색 파장 영역에 대한 광의 흡수를 높일 수 있고 이에 따라 녹색 파장 영역에 대한 외부 양자 효율(EQE)을 높일 수 있다. 이에 따라 유기 광전 소자(100)의 녹색 파장 선택성을 높일 수 있다.
상기 제2 광전변환층(32)의 n형 반도체와 n형 도펀트의 합계량에 대한 p형 반도체의 제2 조성비(p2/n2)는 제1 광전변환층(31)의 n형 반도체에 대한 p형 반도체의 제1 조성비(p1/n1)보다 작을 수 있다. 상기 범위 내에서, 예컨대 제2 광전변환층(32)의 n형 반도체와 n형 도펀트의 합계량에 대한 p형 반도체의 제2 조성비(p2/n2)의 제2 조성비(p2/n2)는 0.5 내지 1.5일 수 있으며, 예컨대 약 0.7 내지 1.3일 수 있으며, 예컨대 약 0.8 내지 1.2일 수 있으며, 예컨대 약 1.0일 수 있다.
상기 제1 광전변환층(31)은 제2 광전변환층(32)보다 두꺼울 수 있다. 제1 광전변환층(31)은 예컨대 약 5nm 내지 300nm의 두께를 가질 수 있고, 제2 광전변환층(32)은 예컨대 약 2nm 내지 40nm의 두께를 가질 수 있다.
한편, 제2 광전변환층(32)은 제1 광전변환층(31)의 상부에 비교적 얇은 두께로 형성되어 광 흡수 및 광전변환을 보조적으로 수행하는 동시에 제1 광전변환층(31)에 비하여 n형 반도체의 함량을 높임으로써 유기 광전 소자(100)의 내열성이 저하되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라 유기 광전 소자(100)의 후속 공정 또는 구동 중에 유기 광전 소자(100)가 열에 의해 열화되는 것을 줄이거나 방지할 수 있다.
일 예로, 제1 광전변환층(31)은 소정 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하여 광전변환하는 주요 광전변환층일 수 있고 제2 광전변환층(32)은 제1 광전변환층(31)의 광전변환을 보조적으로 높이면서 내열성과 전하이동도를 개선하는 보조 광전변환층일 수 있다.
상기 제1 광전변환층(31)과 상기 제2 광전변환층(32)은 서로 맞닿아 있을 수 있다.
상기 제1 전극(10)은 애노드이고 상기 제2 전극(20)은 캐소드일 수 있고, 상기 제2 광전변환층(32)은 상기 제1 광전변환층(31)보다 빛을 받는 측에 가깝게 위치할 수 있다. 즉 제1 광전변환층(31)은 제1 전극(10)에 가깝게 위치할 수 있고, 상기 제2 광전변환층(32)은 제2 전극(10)에 가깝게 위치할 수 있다.
상기 n형 도펀트는 제2 광전변환층(32) 총량에 대하여 0.1 몰% 이상, 0.5 몰% 이상, 또는 1 몰% 이상 및 30 몰% 이하, 29 몰% 이하, 28 몰% 이하, 27 몰% 이하, 26 몰% 이하, 또는 25 몰% 이하로 포함될 수 있다.
상기 유기 광전 소자(200)는 제1 전극(10)과 제1 광전변환층(31) 사이 및 제2 전극(20)과 제2 광전변환층(32) 사이에 적어도 하나의 전하 보조층을 더 포함할 수 있다. 이러한 구조의 유기 광전 소자은 도 4에 도시되어 있다. 도 4는 다른 구현예에 따른 유기 광전 소자를 도시한 단면도이다. 유기 광전 소자(200')는 제1 전극(10)과 제1 광전변환층(31) 사이에 제1 전하 보조층(40) 및 제2 전극(20)과 제2 광전변환층(32) 사이에 제2 전하 보조층(45)를 포함한다.
상기 전하 보조층(40, 45)은 제1 및 제2 광전변환층(31, 32)에서 분리된 정공과 전자의 이동을 용이하게 하여 효율을 높일 수 있다. 상기 전하 보조층(40, 45)의 상세한 내용은 도 2의 전하 보조층(40, 45)과 동일하다.
상기 유기 광전 소자는 태양 전지, 이미지 센서, 광 검출기, 광 센서 및 유기발광다이오드 등에 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 유기 광전 소자는 예컨대 이미지 센서에 적용될 수 있다.
이하 상기 유기 광전 소자를 적용한 이미지 센서의 일 예에 대하여 도면을 참고하여 설명한다. 여기서는 이미지 센서의 일 예로 유기 CMOS 이미지 센서에 대하여 설명한다.
도 5는 일 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 6은 도 5의 유기 CMOS 이미지 센서의 일 예를 보여주는 단면도이다.
도 5 및 도 6을 참고하면, 일 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서(300)는 광 감지 소자(50a, 50b), 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있는 반도체 기판(110), 하부 절연층(60), 색 필터 층(70), 상부 절연층(80) 및 유기 광전 소자(100)를 포함한다.
반도체 기판(110)은 실리콘 기판일 수 있으며, 광 감지 소자(50a, 50b), 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있다. 광 감지 소자(50a, 50b)는 광 다이오드(photodiode)일 수 있다.
광 감지 소자(50a, 50b), 전송 트랜지스터 및/또는 전하 저장소(55)는 각 화소마다 집적되어 있을 수 있으며, 일 예로 도면에서 보는 바와 같이 광 감지 소자(50a, 50b)는 청색 화소 및 적색 화소에 각각 포함될 수 있고 전하 저장소(55)는 녹색 화소에 포함될 수 있다.
광 감지 소자(50a, 50b)는 빛을 센싱하고 센싱된 정보는 전송 트랜지스터에 의해 전달될 수 있고, 전하 저장소(55)는 후술하는 유기 광전 소자(100)와 전기적으로 연결되어 있고 전하 저장소(55)의 정보는 전송 트랜지스터에 의해 전달될 수 있다.
반도체 기판(110) 위에는 또한 금속 배선(도시하지 않음) 및 패드(도시하지 않음)가 형성되어 있다. 금속 배선 및 패드는 신호 지연을 줄이기 위하여 낮은 비저항을 가지는 금속, 예컨대 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 및 이들의 합금으로 만들어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 그러나 상기 구조에 한정되지 않고, 금속 배선 및 패드가 광 감지 소자(50a, 50b)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 있는 청색 필터(70a)와 적색 화소에 형성되어 있는 적색 필터(70b)를 포함한다. 본 구현예에서는 녹색 필터를 구비하지 않은 예를 설명하지만, 경우에 따라 녹색 필터를 구비할 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 유기 광전 소자(100)가 형성되어 있다. 유기 광전 소자(100)는 전술한 바와 같이 제1 전극(10), 제1 및 제2 광전변환층(31, 32) 및 제2 전극(20)을 포함한다. 도면에서는 제1 전극(10), 제1 및 제2 광전변환층(31, 32) 및 제2 전극(20)이 차례로 적층된 구조를 예시적으로 도시하였으나 이에 한정되지 않고, 제2 전극(20), 제2 및 제1 광전변환층(32, 31) 및 제1 전극(10)의 순서로 배치될 수도 있다.
제1 전극(10)과 제2 전극(20)는 모두 투명 전극일 수 있으며, 제1 및 제2 광전변환층(31, 32)은 전술한 바와 같다. 제1 및 제2 광전변환층(31, 32)은 예컨대 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있으며 녹색 화소의 색 필터를 대체할 수 있다.
제2 전극(20) 측으로부터 입사된 광은 제1 및 제2 광전변환층(31, 32)에서 녹색 파장 영역의 빛이 주로 흡수되어 광전 변환될 수 있고 나머지 파장 영역의 빛은 제1 전극(10)을 통과하여 광 감지 소자(50a, 50b)에 센싱될 수 있다.
유기 광전 소자(100) 위에는 집광 렌즈(도시하지 않음)가 더 형성되어 있을 수 있다. 집광 렌즈는 입사 광의 방향을 제어하여 광을 하나의 지점으로 모을 수 있다. 집광 렌즈는 예컨대 실린더 모양 또는 반구 모양일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이 유기 광전 소자(100)가 적층된 구조를 가짐으로써 이미지 센서의 크기를 줄여 소형화 이미지 센서를 구현할 수 있다.
도 6에서는 도 1의 유기 광전 소자가 적층된 구조를 예시적으로 도시하였으나, 도 3의 유기 광전 소자가 적층된 구조도 동일하게 적용될 수 있다. 이러한 구조는 도 7에 도시되어 있다. 도 7은 유기 CMOS 이미지 센서의 다른 예를 보여주는 단면도이다.
도 6의 유기 CMOS 이미지 센서(300)는 제1 전극(10)과 광전변환층(30) 사이에 제1 전하 보조층(40) 및 제2 전극(20)과 광전변환층(30) 사이에 제2 전하 보조층(45)중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도 7에 도시된 유기 CMOS 이미지 센서(300')는 제1 전극(10)과 제1 광전변환층(31) 사이에 제1 전하 보조층(40) 및 제2 전극(20)과 제2 광전변환층(32) 사이에 제2 전하 보조층(45)중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기에서는 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 소자가 적층된 구조를 예시적으로 설명하였지만 이에 한정되지 않고, 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 소자가 적층되고 녹색 광 감지 소자와 적색 광 감지 소자가 반도체 기판(110) 내에 집적된 구조를 가질 수도 있고, 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 소자가 적층되고 녹색 광 감지 소자와 청색 광 감지 소자가 반도체 기판(110) 내에 집적된 구조를 가질 수도 있다.
도 8은 유기 CMOS 이미지 센서의 다른 예를 보여주는 단면도이다.
본 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서(400)는 전술한 구현예와 마찬가지로 광 감지 소자(50a, 50b), 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있는 반도체 기판(110), 관통구(85)를 가진 상부 절연층(80) 및 유기 광전 소자(100)를 포함한다.
그러나 본 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서(400)는 전술한 구현예와 달리, 광 감지 소자(50a, 50b)가 수직 방향으로 적층되어 있고 색 필터 층(70)이 생략되어 있다. 광 감지 소자(50a, 50b)는 전하 저장소(도시하지 않음)와 전기적으로 연결되어 있고 전송 트랜지스터에 의해 전달될 수 있다. 광 감지 소자(50a, 50b)는 적층 깊이에 따라 각 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다.
유기 광전 소자(100) 위에는 집광 렌즈(도시하지 않음)가 더 형성되어 있을 수 있다. 집광 렌즈는 입사 광의 방향을 제어하여 광을 하나의 지점으로 모을 수 있다. 집광 렌즈는 예컨대 실린더 모양 또는 반구 모양일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기와 같이 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 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.
도 8에서는 도 1의 유기 광전 소자가 적층된 구조를 예시적으로 도시하였으나, 도 2 내지 4에 도시된 유기 광전 소자가 적층된 구조도 동일하게 적용될 수 있다.
도 8에서는 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 소자가 적층된 구조를 예시적으로 설명하였지만 이에 한정되지 않고, 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 소자가 적층되고 녹색 광 감지 소자와 적색 광 감지 소자가 반도체 기판(110) 내에 집적된 구조를 가질 수도 있고, 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 유기 광전 소자가 적층되고 녹색 광 감지 소자와 청색 광 감지 소자가 반도체 기판(110) 내에 집적된 구조일 수도 있다.
도 9는 또 다른 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서를 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 10은 도 9의 유기 CMOS 이미지 센서의 단면도이다.
본 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서(500)는 녹색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 녹색 광전 소자, 청색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 청색 광전 소자 및 적색 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수하는 적색 광전 소자가 적층되어 있는 구조이다.
본 구현예에 따른 유기 CMOS 이미지 센서(500)는 반도체 기판(110), 하부 절연층(60), 중간 절연층(65), 상부 절연층(80), 제1 유기 광전 소자(100a), 제2 유기 광전 소자(100b) 및 제3 유기 광전 소자(100c)를 포함한다.
반도체 기판(110)은 실리콘 기판일 수 있으며, 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55a, 55b, 55c)가 집적되어 있다.
반도체 기판(110) 위에는 금속 배선(도시하지 않음) 및 패드(도시하지 않음)가 형성되어 있고, 금속 배선 및 패드 위에는 하부 절연층(60)이 형성되어 있다.
하부 절연층(60) 위에는 제1 유기 광전 소자(100a)가 형성되어 있다.
제1 유기 광전 소자(100a)는 서로 마주하는 제1 전극(10a)과 제2 전극(20a), 제1 전극(10a)과 제2 전극(20a) 사이에 위치하는 광전변환층(30a)을 포함한다. 제1 전극(10a), 제2 전극(20a) 및 광전변환층(30a)은 전술한 바와 같으며, 광전변환층(30a)은 적색, 청색 및 녹색 중 어느 하나의 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다. 예컨대 제1 유기 광전 소자(100a)는 적색 광전 소자일 수 있다.
도면에서는 제1 전극(10a), 광전변환층(30a) 및 제2 전극(20a)이 차례로 적층된 구조를 예시적으로 도시하였으나 이에 한정되지 않고, 제2 전극(20a), 광전변환층(30a) 및 제1 전극(10a)의 순서로 배치될 수도 있다.
제1 유기 광전 소자(100a) 위에는 중간 절연층(65)이 형성되어 있다.
중간 절연층(65) 위에는 제2 유기 광전 소자(100b)가 형성되어 있다.
제2 유기 광전 소자(100b)는 서로 마주하는 제1 전극(10b)과 제2 전극(20b), 제1 전극(10b)과 제2 전극(20b) 사이에 위치하는 광전변환층(30b)을 포함한다. 제1 전극(10b), 제2 전극(20b), 광전변환층(30b)은 전술한 바와 같으며, 광전변환층(30b)은 적색, 청색 및 녹색 중 어느 하나의 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다. 예컨대 제2 유기 광전 소자(100b)는 청색 광전 소자일 수 있다.
도면에서는 제1 전극(10b), 광전변환층(30b) 및 제2 전극(20b)이 차례로 적층된 구조를 예시적으로 도시하였으나 이에 한정되지 않고, 제2 전극(20b), 광전변환층(30b) 및 제1 전극(10b)의 순서로 배치될 수도 있다.
제2 유기 광전 소자(100b) 위에는 상부 절연층(80)이 형성되어 있다. 하부 절연층(60), 중간 절연층(65) 및 상부 절연층(80)은 전하 저장소(55a, 55b, 55c)를 드러내는 복수의 관통구를 가진다.
상부 절연층(80) 위에는 제3 유기 광전 소자(100c)가 형성되어 있다. 제3 유기 광전 소자(100c)는 서로 마주하는 제1 전극(10c)과 제2 전극(20c), 제1 전극(10c)과 제2 전극(20c) 사이에 위치하는 광전변환층(30c)을 포함한다. 제1 전극(10c), 제2 전극(20c), 광전변환층(30c)은 전술한 바와 같으며, 광전변환층(30c)은 적색, 청색 및 녹색 중 어느 하나의 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다. 예컨대 제3 유기 광전 소자(100c)는 녹색 광전 소자일 수 있다.
도면에서는 제1 전극(10c), 광전변환층(30c) 및 제2 전극(20c)이 차례로 적층된 구조를 예시적으로 도시하였으나 이에 한정되지 않고, 제2 전극(20c), 광전변환층(30c) 및 제1 전극(10c)의 순서로 배치될 수도 있다.
유기 광전 소자(100c) 위에는 집광 렌즈(도시하지 않음)가 더 형성되어 있을 수 있다. 집광 렌즈는 입사 광의 방향을 제어하여 광을 하나의 지점으로 모을 수 있다. 집광 렌즈는 예컨대 실린더 모양 또는 반구 모양일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도면에서는 제1 유기 광전 소자(100a), 제2 유기 광전 소자(100b) 및 제3 유기 광전 소자(100c)로서 도 1의 유기 광전 소자를 예시적으로 도시하였으나, 도 2 내지 4 에 도시된 유기 광전 소자도 동일하게 적용될 수 있다.
도면에서는 제1 유기 광전 소자(100a), 제2 유기 광전 소자(100b) 및 제3 유기 광전 소자(100c)로서 도 1의 유기 광전 소자를 예시적으로 도시하였으나, 이에 한정되지 않고 제1 유기 광전 소자(100a), 제2 유기 광전 소자(100b) 및 제3 유기 광전 소자(100c) 중 하나 또는 둘이 도 1의 유기 광전 소자일 수 있다.
도면에서는 제1 유기 광전 소자(100a), 제2 유기 광전 소자(100b) 및 제3 유기 광전 소자(100c)가 차례로 적층된 구조를 도시하였지만, 이에 한정되지 않고 적층 순서는 다양하게 바뀔 수 있다.
상기와 같이 서로 다른 파장 영역의 광을 흡수하는 제1 유기 광전 소자(100a), 제2 유기 광전 소자(100b) 및 제3 유기 광전 소자(100c)가 적층된 구조를 가짐으로써 이미지 센서의 크기를 더욱 줄여 소형화 이미지 센서를 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.
도 9는 일 구현예에 따른 이미지 센서를 포함하는 디지털 카메라의 블록 다이어그램이다.
도 9를 참고하면, 디지털 카메라(1000)는 렌즈(1010), 이미지 센서(1020), 모터(1030) 및 엔진(1040)을 포함한다. 상기 이미지 센서(1020)는 상기 도 5 내지 도 10에 도시된 구현예들에 따른 이미지 센서중 어느 하나일 수 있다.
상기 렌즈(1010)는 입사광을 이미지 센서(1020)에 집광한다. 상기 이미지 센서(1020)는 렌즈(1010)을 통하여 수광된 빛에 대하여 RGB 데이터를 생성한다.
일부 구현예에서, 상기 이미지 센서(1020)는 엔진(1040)과 인터페이스할 수 있다.
상기 모터(1030)은 렌즈(1010)의 촛점을 조절하거나 엔진(1040)으로부터 받은 콘트롤 신호에 대응하여 셔터를 조절할 수 있다. 상기 엔진(1040)은 이미지 센서(1020)와 모터(1030)을 조절할 수 있다.
상기 엔진(1040)은 호스트/어플리케이션(1050)에 연결될 수 있다.
이하 실시예를 통하여 상술한 구현예들을 보다 상세하게 설명한다. 다만 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
유기 광전 소자의 제작
실시예 1-1
유리 기판 위에 ITO를 스퍼터링으로 적층하여 150nm 두께의 애노드를 형성한다. 이어서 애노드 위에 하기 화학식 A로 표현되는 화합물을 증착하여 5nm 두께의 전자 차단층을 형성한다. 이어서 전자 차단층 위에 p형 반도체인 하기 화학식 B로 표현되는 화합물과 n형 반도체인 C60을 1.5:1의 부피비로 맞추고, n형 도펀트로 하기 화학식 C-1로 표현되는 화합물을 광전변환층 전체의 부피에 대하여 1 부피%가 되도록 공증착하여 90nm 두께의 광전변환층을 형성한다. 이어서 제2 광전변환층 위에 ITO를 스퍼터링하여 7nm 두께의 캐소드를 형성한다. 이어서 캐소드 위에 산화알루미늄(Al2O3)을 증착하여 50nm 두께의 반사방지층을 형성하고 유리판으로 봉지하여 유기 광전 소자를 제작한다.
[화학식 A]
[화학식 B]
[화학식 C-1]
실시예 1-2
n형 도펀트로 상기 화학식 C-1로 표현되는 화합물을 광전변환층 전체의 부피에 대하여 5 부피%가 되도록 공증착한 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
실시예 1-3
n형 도펀트로 상기 화학식 C-1로 표현되는 화합물을 광전변환층 전체의 부피에 대하여 10 부피%가 되도록 공증착한 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
실시예 1-4
n형 도펀트로 하기 화학식 C-2로 표현되는 화합물을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
[화학식 C-2]
실시예 1-5
*p형 반도체인 상기 화학식 B로 표현되는 화합물과 n형 반도체인 C60을 1.2:1의 부피비가 되도록 공증착하여 광전변환층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
실시예 1-6
p형 반도체인 상기 화학식 B로 표현되는 화합물과 n형 반도체인 C60을 1:1의 부피비가 되도록 공증착하여 광전변환층을 형성한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
실시예 2-1
유리 기판 위에 ITO를 스퍼터링으로 적층하여 150nm 두께의 애노드를 형성한다. 이어서 애노드 위에 상기 화학식 A로 표현되는 화합물을 증착하여 5nm 두께의 전자 차단층을 형성한다. 이어서 전자 차단층 위에 p형 반도체인 상기 화학식 B로 표현되는 화합물과 n형 반도체인 C60을 2.5:1의 부피비가 되도록 공증착하여 70nm 두께의 제1 광전변환층을 형성한다. 이어서 p형 반도체인 하기 화학식 B로 표현되는 화합물과 n형 반도체인 C60을 1.5:1의 부피비로 맞추고, n형 도펀트로 상기 화학식 C-1로 표현되는 화합물을 제2 광전변환층 전체의 부피에 대하여 1 부피%가 되도록 공증착하여 20nm 두께의 제2 광전변환층을 형성한다. 이어서 제2 광전변환층 위에 ITO를 스퍼터링하여 7nm 두께의 캐소드를 형성한다. 이어서 캐소드 위에 산화알루미늄(Al2O3)을 증착하여 50nm 두께의 반사방지층을 형성하고 유리판으로 봉지하여 유기 광전 소자를 제작한다.
실시예 2-2
n형 도펀트로 상기 화학식 C-1로 표현되는 화합물을 제2 광전변환층 전체의 부피에 대하여 5 부피%가 되도록 공증착한 것을 제외하고 실시예 2-1과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
실시예 2-3
n형 도펀트로 상기 화학식 C-1로 표현되는 화합물을 제2 광전변환층 전체의 부피에 대하여 10 부피%가 되도록 공증착한 것을 제외하고 실시예 2-1과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
실시예 2-4
n형 도펀트로 상기 화학식 C-2로 표현되는 화합물을 사용한 것을 제외하고 실시예 2-1과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
실시예 2-5
p형 반도체인 상기 화학식 B로 표현되는 화합물과 n형 반도체인 C60을 2.5:1의 부피비가 되도록 공증착하여 제1 광전변환층을 형성한 것을 제외하고 실시예 2-1과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
실시예 2-6
p형 반도체인 상기 화학식 B로 표현되는 화합물과 n형 반도체인 C60을 3:1의 부피비가 되도록 공증착하여 제1 광전변환층을 형성한 것을 제외하고 실시예 2-1과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
비교예 1-1
n형 도펀트를 사용하지 않은 것을 제외하고 실시예 1-1과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
비교예 2-1
n형 도펀트를 사용하지 않은 것을 제외하고 실시예 2-1과 동일한 방법으로 유기 광전 소자를 제작한다.
평가 1: 상온 및 고온에서의 외부 양자 효율
실시예 1-1 내지 실시예 2-6, 비교예 1-1 및 비교예 2-1에 따른 유기 광전 소자의 광전변환효율(EQE)을 평가한다. 외부 양자 효율(EQE)은 3V 및 400nm 내지 720nm 파장 영역(λmax=550nm)에서 Incident Photon to Current Efficiency (IPCE) 방법으로 평가한다. 이중 실시예 2-2과 비교예 2-1에 따른 유기 광전 소자의 결과를 도 12과 도 13에 도시한다. 도 12는 실시예 2-2과 비교예 2-1에 따른 유기 광전 소자의 상온(25℃)에서의 외부 양자 효율을 도시한 그래프이고 도 13은 실시예 2-2과 비교예 2-1에 따른 유기 광전 소자의 고온(160℃)에서의 외부 양자 효율을 도시한 그래프이다.
도 12와 도 13을 참고하면, 실시예 2-2에 따른 유기 광전 소자는 비교예 2-1에 따른 유기 광전 소자와 비교하여 상온과 고온에서 외부 양자 효율(EQE)이 모두 개선된 것을 확인할 수 있다.
평가 2: 전하이동도 및 트랩밀도(trap density)
실시예 1-1 내지 실시예 2-6, 비교예 1-1 및 비교예 2-1에 따른 유기 광전 소자의 전하이동도와 트랩 밀도를 평가한다. 상기 전하이동도와 트랩밀도는 논문(Nature Communications 5, 5784 (2014)) 참고하여 평가한다. 구체적으로, 상기 전하이동도는 임피던스(impedance) 분석을 통해 측정된 유기 광전 소자의 광전변환층의 저항(R)과 전기용량(capacitance, C) 값을 측정하여 RC delay를 측정하여 평가한다. 트랩밀도는 임피던스 분석을 통해 측정된 built-in potential, 광전변환층의 두께 및 frequency에 따른 전기용량 값을 측정하여 평가한다.
이중 n형 도펀트의 함량이 1 부피%(실시예 2-1) 및 5 부피%(실시예 2-2)인 경우 0 부피%(비교예 2-1)인 유기 광전 소자의 결과를 도 14과 도 15에 도시한다. 도 14는 n형 도펀트의 함량에 따른 유기 광전 소자의 전하이동도를 도시한 그래프이고 도 15는 n형 도펀트의 함량에 따른 유기 광전 소자의 트랩밀도를 도시한 그래프이다.
도 14와 도 15를 참고하면 n형 도펀트의 함량이 1 부피%(실시예 2-1) 및 5 부피%(실시예 2-2)인 경우 0 부피%(비교예 2-1)에 비하여 전하이동도가 크게 증가하고 트랩 밀도는 크게 감소됨을 확인할 수 있다.
평가 3: 잔류 전하 특성 및 응답시간(lag time)
실시예 1-1 내지 실시예 2-6, 비교예 1-1 및 비교예 2-1에 따른 유기 광전 소자의 잔류 전하 특성과 응답시간(response time, lag time)을 평가한다. 잔류 전하 특성과 응답시간은 실시예 1-1 내지 실시예 2-6, 비교예 1-1 및 비교예 2-1에 따른 유기 광전 소자에 중심파장 530 nm의 LED 빛을 상부 전극(캐소드)측에서 입사하고, 상기 유기 광전 소자에 3V/100nm의 전계강도로 인가하고, 입사한 LED 빛을 끄고 직후에 잔상전류값을 측정하여 평가하였다. 이중 실시예 2-2과 비교예 2-1에 따른 유기 광전 소자의 결과를 도 16과 도 17에 도시한다.
도 16은 실시예 2-2 및 비교예 2-1에 따른 유기 광전 소자의 상온 및 고온(어닐링 후)에서의 잔류전하의 양을 도시한 그래프이고, 도 17은 n형 도펀트의 함량에 따른 유기 광전 소자의 응답시간(lag time)을 도시한 그래프이다.
도 16을 참고하면 n형 도펀트의 함량이 5 부피%(실시예 2-2)인 경우 0 부피%(비교예 2-1)에 비하여 잔류전하의 양이 상온과 고온에서 크게 감소되었음을 확인할 수 있다. 또한 도 17을 참고하면 n형 도펀트의 함량이 1 부피%(실시예 2-1), 5 부피%(실시예 2-2) 및 10 부피%(실시예 2-3)인 경우 0 부피%(비교예 2-1)에 비하여 응답시간이 크게 감소하였음을 알 수 있다.
이상에서 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
10, 10a, 10b, 10c: 제1 전극
20, 20a, 20b, 20c: 제2 전극
30, 30a, 30b, 30c: 광전변환층
31: 제1 광전변환층
32: 제2 광전변환층
50a, 50b, 50c: 광 감지 소자
60: 하부 절연막 70: 색 필터 층
80: 상부 절연막 85: 관통구
100, 200, 300, 400: 유기 광전 소자
500, 600, 700: 이미지 센서
20, 20a, 20b, 20c: 제2 전극
30, 30a, 30b, 30c: 광전변환층
31: 제1 광전변환층
32: 제2 광전변환층
50a, 50b, 50c: 광 감지 소자
60: 하부 절연막 70: 색 필터 층
80: 상부 절연막 85: 관통구
100, 200, 300, 400: 유기 광전 소자
500, 600, 700: 이미지 센서
Claims (18)
- 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 그리고
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 광전변환층
을 포함하고,
상기 광전변환층은 p형 반도체, n형 반도체 및 하기 화학식 1로 표현되는 n형 도펀트를 포함하는
유기 광전 소자:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
Cy는 C3 내지 C20 지환족 탄화수소기(alicyclic hydrocarbon group) 및 C6 내지 C20 방향족 탄화수소기(aromatic hydrocarbon group)에서 선택되는 고리형 탄화수소기 또는 2 이상의 고리형 탄화수소기의 융합고리기이고,
X는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기에서 선택되는 적어도 하나의 벌키 치환기이고,
R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고, R1 내지 R8중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이다. - 제1항에서,
상기 p형 반도체와 상기 n형 반도체 중 적어도 하나는 적색 광, 녹색 광 및 청색 광 중 어느 하나를 선택적으로 흡수하는 흡광 물질인, 유기 광전 소자. - 제1항에서,
상기 n형 반도체는 플러렌 또는 플러렌 유도체인 유기 광전 소자. - 제1항에서,
상기 p형 반도체와 상기 n형 반도체 중 어느 하나는 520nm 내지 580nm에서 최대흡수파장을 가지는 녹색 광을 선택적으로 흡수하는 흡광 물질인 유기 광전 소자. - 제1항에서,
상기 화학식 1에서, R1 내지 R3중 적어도 하나 그리고 R6 내지 R8중 적어도 하나는 서로 동일하거나 상이하며, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기인, 유기 광전 소자. - 제1항에서,
R1 내지 R3중 적어도 하나의 벌키 치환기 그리고 R6 내지 R8중 적어도 하나의 벌키 치환기는 Cy를 중심으로 서로 대칭인 위치에 존재하는, 유기 광전 소자. - 제1항에서,
상기 화학식 1에서, R1 및 R2중 적어도 하나 및 R7 및 R8중 적어도 하나는 서로 동일하거나 상이하며, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기인 유기 광전 소자. - 제1항에서,
상기 화학식 1에서 R2 및 R7은 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택되는 벌키 치환기이고,
R1, R3, R4, R5, R6 및 R8은 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C20 직쇄 알킬기 또는 이들의 조합인 유기 광전 소자. - 제1항에서,
상기 화학식 1로 표현되는 n형 도펀트는 하기 화학식 1A로 표현되는 화합물인 유기 광전 소자:
[화학식 1A]
상기 화학식 1A에서,
Cy는 C3 내지 C20 지환족 탄화수소기(alicyclic hydrocarbon group) 및 C6 내지 C20 방향족 탄화수소기(aromatic hydrocarbon group)에서 선택되는 고리형 탄화수소기 또는 2 이상의 고리형 탄화수소기의 융합고리기이고,
X는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 및 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기에서 선택되는 적어도 하나의 벌키 치환기이고,
R1, R2a, R4, R5, R6a 및 R8은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고,
a1 및 a2는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이다. - 제1항에서,
상기 고리형 탄화수소기는 고리 내에 -N=, -NR-, -O-, -S-, -Se-, -Te-, -C(=O)-, -C(=S)-, -C(=Se)-, -C(=Te)-, -C(=C(CN)2)- 및 -C(=NR)에서 선택되는 적어도 하나의 작용기를 포함하는 헤테로고리기이고, 여기서 R은 C1 내지 C10 알킬기인, 유기 광전 소자. - 제1항에서,
상기 광전변환층에서 n형 도펀트는 광전변환층의 상부에 위치하는, 유기광전 소자. - 제1항에서,
상기 n형 도펀트의 함량은 광전변환층의 상부 표면으로 갈수록 함량이 증가하는, 유기 광전 소자. - 제1항에서,
상기 광전변환층은 제1 광전변환층과 제2 광전변환층을 포함하고,
제1 광전변환층은 p형 반도체와 n형 반도체를 포함하고,
상기 제2 광전변환층은 p형 반도체, n형 반도체 및 상기 화학식 1로 표현되는 n형 도펀트를 포함하는 유기 광전 소자. - 제13항에서,
상기 제2 광전변환층의 n형 반도체와 n형 도펀트의 합계량에 대한 p형 반도체의 제2 조성비(p2/n2)는 제1 광전변환층의 n형 반도체에 대한 p형 반도체의 제1 조성비(p1/n1)보다 작은, 유기 광전 소자. - 제13항에서,
상기 제1 광전변환층은 상기 제2 광전변환층보다 두꺼운 유기 광전 소자. - 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 그리고
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 광전변환층
을 포함하고,
상기 광전변환층은 p형 반도체, n형 반도체 및 하기 화학식 1로 표현되는 n형 도펀트를 포함하는
유기 광전 소자:
[화학식 1]
상기 화학식 1에서,
Cy는 C3 내지 C20 지환족 탄화수소기(alicyclic hydrocarbon group), C6 내지 C20 방향족 탄화수소기(aromatic hydrocarbon group), 또는 2 이상의 고리형 탄화수소기의 융합고리기를 포함하고,
X는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 또는 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기를 포함하고,
R1 내지 R8은 각각 독립적으로 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C20 직쇄 또는 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합이고, R1 내지 R8중 적어도 하나는 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 알킬실릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C20 분지쇄 헤테로알킬기, 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기, 치환 또는 비치환된 C2 내지 C30 헤테로아릴기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 사이클로알킬기, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 또는 이들의 조합을 포함한다. - 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 따른 유기 광전 소자를 포함하는 이미지 센서.
- 제17항에 따른 이미지 센서를 포함하는 전자 장치.
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| KR101709941B1 (ko) | 2009-12-02 | 2017-02-27 | 삼성전자주식회사 | 이미지 센서, 이를 포함하는 이미지 처리 장치, 및 이미지 센서 제조 방법 |
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