KR20210097549A - 적외선 흡수재, 적외선 흡수/차단 필름, 광전 소자, 유기 센서 및 전자 장치 - Google Patents

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KR20210097549A
KR20210097549A KR1020200011383A KR20200011383A KR20210097549A KR 20210097549 A KR20210097549 A KR 20210097549A KR 1020200011383 A KR1020200011383 A KR 1020200011383A KR 20200011383 A KR20200011383 A KR 20200011383A KR 20210097549 A KR20210097549 A KR 20210097549A
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박범우
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박인선
임동석
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Abstract

하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 적외선 흡수재, 적외선 흡수/차단 필름, 광전 소자, 유기 센서 및 전자 장치를 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00094

상기 화학식 1에서, Ar, X1, X2, Y1, Y2, R1, R2, R11, R12, R13, 및 R14는 상세한 설명에서 정의한 바와 같다.

Description

적외선 흡수재, 적외선 흡수/차단 필름, 광전 소자, 유기 센서 및 전자 장치{INFRARED ABSORBING MATERIAL, INFRARED ABSORBING/CUTTING FILM AND PHOTOELECTRIC DIODE AND ORGANIC SENSOR AND ELECTRONIC DEVICE}
적외선 흡수재, 적외선(infrared, IR) 흡수/차단 필름, 광전 소자, 유기 센서 및 전자 장치에 관한 것이다.
디지털 카메라와 캠코더 등에는 영상을 촬영하여 전기적 신호로 저장하는 촬상 소자가 사용되고, 촬상 소자는 입사하는 빛을 파장에 따라 분해하여 각각의 성분을 전기적 신호로 변환하는 센서를 포함한다.
근래, 저조도 환경에서 센서의 감도를 개선하거나 생체 인식 장치로 사용하기 위한 적외선 영역의 광전 소자가 연구되고 있다.
일 구현예는 적외선 흡광 특성이 우수한 적외선 흡수재를 제공한다.
다른 구현예는 상기 적외선 흡수재를 포함하는 적외선 흡수/차단 필름을 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 적외선 흡수재를 포함하는 광전 소자를 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 적외선 흡수재 또는 상기 광전 소자를 포함하는 유기 센서를 제공한다.
또 다른 구현예는 상기 광전 소자 또는 상기 유기 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 적외선 흡수재를 제공한다.
[화학식 1]
Figure pat00001
상기 화학식 1에서,
Ar은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 고리, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로방향족 고리 또는 이들의 조합이고,
X1는 O, S, Se, Te, S(=O), S(=O2), NRa1, BRa2, CRbRc, SiRdRe, GeRfRg, CRh=CRi 또는 CRhh=CRii (여기에서 Ra1, Ra2, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, Rh 및 Ri는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C6 알킬기, C1 내지 C6 할로알킬기, C6 내지 C14 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합이고, Rhh 및 Rii는 서로 연결되어 방향족 고리를 형성함),
X2는 O, S, Se, Te, C, CRx-CRy, CRxx-CRyy, S(=O) 또는 S(=O2)이고(여기에서 Rx 및 Ry는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, C6 내지 C14 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합이고, Rxx 및 Ryy가 서로 연결되어 방향족 고리를 형성함),
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 O, S, Se, Te, S(=O), S(=O)2, NRp 또는 SiRqRr이고(여기에서 Rp, Rq 및 Rr은 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, 할로겐기 또는 시아노기임),
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 중수소 또는 C1 내지 C10 알킬기이고,
R11 및 R12중 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C40 알콕시기이고 다른 하나는 전자 공여성(electron donating) 헤테로방향족 고리기이고,
R13 및 R14중 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C40 알콕시기이고 다른 하나는 전자 공여성 헤테로방향족 고리기이다.
상기 화학식 1에서, Ar은 벤젠, 치환 또는 비치환된 나프탈렌, 치환 또는 비치환된 안트라센, 치환 또는 비치환된 페난트렌, 치환 또는 비치환된 테트라센 또는 치환 또는 비치환된 파이렌일 수 있다. 상기 화학식 1에서, Ar은 치환 또는 비치환된 퀴놀린, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀린, 치환 또는 비치환된 퀴녹살린, 치환 또는 비치환된 퀴나졸린 또는 치환 또는 비치환된 페난트롤린일 수 있다.
상기 화학식 1에서, Ar은 하기 화학식 A-1로 표현되는 모이어티중 하나일 수 있다.
[화학식 A-1]
Figure pat00002
상기 화학식 A-1에서,
각각의 방향족 링의 수소는 중수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3기 또는 C1 내지 C10 알킬실릴기로 치환(replace)될 수 있고, 방향족 고리 내부의 *는 화학식 1의 N-X1-N-함유 링 및 N=X2=N-함유 링과 결합하는 부분이고, 좌우의 연결기의 *는 화학식 1의 Y1-함유 고리와 Y2-함유 고리에 연결되는 부분이다.
상기 화학식 1에서, Ar은 하기 화학식 A-2로 표현되는 모이어티중 하나일 수 있다.
[화학식 A-2]
Figure pat00003
상기 화학식 A-2에서,
각각의 방향족 링의 수소는 중수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3기 또는 C1 내지 C10 알킬실릴기로 치환(replace)될 수 있고, 방향족 고리 내부의 *는 화학식 1의 N-X1-N-함유 링 및 N=X2=N-함유 링과 결합하는 부분이고, 좌우의 연결기의 *는 화학식 1의 Y1-함유 고리와 Y2-함유 고리에 연결되는 부분이다.
상기 화학식 1에서, X2가 CRxx-CRyy인 경우 Rxx 및 Ryy가 서로 연결되어 방향족 고리를 형성하고, 상기 방향족 고리는 치환 또는 비치환된 벤젠, 치환 또는 비치환된 나프탈렌, 치환 또는 비치환된 아세나프텐(acenaphthene), 치환 또는 비치환된 안트라센, 치환 또는 비치환된 페난트렌, 치환 또는 비치환된 테트라센 또는 치환 또는 비치환된 파이렌; 또는 치환 또는 비치환된 퀴놀린, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀린, 치환 또는 비치환된 퀴녹살린, 치환 또는 비치환된 퀴나졸린, 치환 또는 비치환된 페난트롤린, 치환 또는 비치환된 피리미딘 또는 치환 또는 비치환된 벤조디티오펜일 수 있다.
상기 화학식 1에서, X2가 CRxx-CRyy인 경우 Rxx 및 Ryy가 서로 연결되어 방향족 고리를 형성하고, 상기 방향족 고리는 하기 화학식 B-1 및 화학식 B-2로 표현되는 모이어티중 하나일 수 있다.
[화학식 B-1]
Figure pat00004
상기 화학식 B-1에서,
각각의 방향족 링의 수소는 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 알콕시기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, C6 내지 C20 아릴기 또는 C3 내지 C20 헤테로아릴기로 치환(replace)될 수 있고,
방향족 고리 내부의 *는 CRxx-CRyy의 탄소와 결합하는 부분이다.
[화학식 B-2]
Figure pat00005
상기 화학식 B-2에서,
각각의 방향족 링의 수소는 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 알콕시기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, C6 내지 C20 아릴기 또는 C3 내지 C20 헤테로아릴기로 치환(replace)될 수 있고,
방향족 고리 내부의 *는 CRxx-CRyy의 탄소와 결합하는 부분이다.
상기 화학식 1에서, X2가 CRxx-CRyy인 경우 Rxx 및 Ryy가 서로 연결되어 방향족 고리를 형성하고, 상기 방향족 고리는 하기 화학식 B-3-1 또는 화학식 B-3-2로 표현되는 모이어티중 하나일 수 있다.
[화학식 B-3-1] [화학식 B-3-2]
Figure pat00006
Figure pat00007
상기 화학식 B-3-1 및 화학식 B-3-2에서,
Ar11 및 Ar12는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아렌기 및 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아렌기에서 선택되고,
화학식 B-3-1에서 Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 CRa 또는 N이고(여기에서 (여기에서 Ra는 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C10 아릴아민기, C6 내지 C14 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
방향족 고리 내부의 *는 CRxx-CRyy의 탄소와 결합하는 부분이다.
상기 화학식 B-3-1로 표현되는 모이어티는 하기 화학식 B-3-11로 표현될 수 있다.
[화학식 B-3-11]
Figure pat00008
상기 화학식 B-3-11에서,
각각의 방향족 링의 수소는 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 알콕시기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, C6 내지 C20 아릴기 또는 C3 내지 C20 헤테로아릴기로 치환(replace)될 수 있고,
방향족 고리 내부의 *는 CRxx-CRyy의 탄소와 결합하는 부분이다.
상기 화학식 B-3-2로 표현되는 모이어티는 하기 화학식 B-3-21로 표현될 수 있다.
[화학식 B-3-21]
Figure pat00009
상기 화학식 B-3-21에서,
각각의 방향족 링의 수소는 중수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, C6 내지 C20 아릴기 또는 C3 내지 C20 헤테로아릴기로 치환(replace)될 수 있고,
Xa 및 Xb는 각각 독립적으로 O, S, Se, Te, NRa1, BRa2, SiRbRc 및 GeRdRe에서 선택되고(여기서 Ra1, Ra2, Rb, Rc, Rd 및 Re은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택됨),
방향족 고리 내부의 *는 CRxx-CRyy의 탄소와 결합하는 부분이다.
상기 화학식 1에서, 전자 공여성 헤테로방향족 고리기는 하기 화학식 C(화학식 C-1 내지 화학식 C-9)에서 선택될 수 있다.
[화학식 C]
Figure pat00010
상기 화학식 C-1 내지 화학식 C-9에서,
Z1, Z2 및 Z3는 각각 독립적으로 O, S, Se, Te, S(=O), S(=O)2, NRa1, BRa2, SiRbRc, GeRdRe, CRfRg 또는 PRh이고(여기에서 Ra1, Ra2, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C12 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
Rb와 Rc는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
Rd와 Re는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
Rf와 Rg는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
각각의 방향족 링의 수소는 중수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C12 알킬기, C1 내지 C12 할로알킬기, C1 내지 C12 알콕시기, -SiH3기, C1 내지 C12 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C14 아릴기 또는 C3 내지 C12 헤테로아릴기로 치환(replace)될 수 있고,
*는 화학식 1과의 연결 지점이다.
상기 화학식 C의 각각의 방향족 링의 수소는 적어도 하나의 아릴아민기로 치환될 수 있고 상기 아릴아민기는 하기 화학식 D-1으로 표현될 수 있다.
[화학식 D-1]
Figure pat00011
상기 화학식 D-1에서,
Ar5 및 Ar6는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 및 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기에서 선택되고,
*는 화학식 C와의 연결 지점이다.
상기 화학식 C의 각각의 방향족 링의 수소는 적어도 하나의 N-함유 헤테로고리기로 치환될 수 있고 상기 N-함유 헤테로고리기는 하기 화학식 D-2로 표현될 수 있다.
[화학식 D-2]
Figure pat00012
상기 화학식 D-2에서,
Ar7 및 Ar8는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아렌기 및 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아렌기에서 선택되고,
G는 단일결합, -O-, -S-, -Se-, -Te-, -N=, -NRa-, -SiRbRc-, -GeRdRe-, -(CRfRg)n-, 및 -(C(Rh)=C(Ri))-에서 선택되고(여기서 Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, Rh 및 Ri은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rb와 Rc, Rd와 Re, Rf와 Rg, 또는 Rh와 Ri는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, -(CRfRg)n-의 n은 1 또는 2의 정수임),
*는 화학식 C와의 연결 지점이다.
상기 화학식 D-1은 하기 화학식 D-1a 또는 화학식 D-1b로 표현될 수 있다.
[화학식 D-1a]
Figure pat00013
상기 화학식 D-1a에서,
Z1 내지 Z10은 각각 독립적으로 N 또는 CRa이고(여기에서 Ra는 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C12 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
Z1 내지 Z10이 CRa인 경우 Ra는 독립적으로 존재하거나 Z1 내지 Z10중 인접하는 두 개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고,
*는 화학식 C와의 연결 지점이다.
[화학식 D-1b]
Figure pat00014
상기 화학식 D-1b에서,
Xa 및 Xb는 각각 독립적으로 -O-, -S-, -Se-, -Te-, -NRa-, -SiRbRc- 및 -GeRdRe-에서 선택되고(여기에서 Ra, Rb, Rc, Rd 및 Re은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택됨),
Z1 내지 Z6는 각각 독립적으로 N 또는 CRx이고(여기에서 Rx는 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C12 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
Z1 내지 Z6이 CRa인 경우 Ra는 독립적으로 존재하거나 Z1 내지 Z6중 인접하는 두 개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고,
*는 화학식 C와의 연결 지점이다.
상기 화학식 D-2은 하기 화학식 D-2a, 화학식 D-2b 또는 화학식 D-2c로 표현될 수 있다.
[화학식 D-2a]
Figure pat00015
상기 화학식 D-2a에서,
G는 단일결합, -O-, -S-, -Se-, -Te-, -N=, -NRa-, -SiRbRc-, -GeRdRe-, -(CRfRg)n-, 및 -(C(Rh)=C(Ri))-에서 선택되고(여기서 Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, Rh 및 Ri은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rb와 Rc, Rd와 Re, Rf와 Rg, 또는 Rh와 Ri는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, -(CRfRg)n-의 n은 1 또는 2의 정수임),
Z1 내지 Z8은 각각 독립적으로 N 또는 CRx이고(여기에서 Rx는 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C12 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
Z1 내지 Z8이 CRx인 경우 Rx는 독립적으로 존재하거나 Z1 내지 Z8중 인접하는 두 개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고,
*는 화학식 C와 연결 지점이다.
[화학식 D-2b]
Figure pat00016
[화학식 D-2c]
Figure pat00017
상기 화학식 D-2b 및 화학식 D-2c에서,
G는 단일결합, -O-, -S-, -Se-, -Te-, -N=, -NRa-, -SiRbRc-, -GeRdRe-, -(CRfRg)n-, 및 -(C(Rh)=C(Ri))-에서 선택되고(여기서 Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, Rh 및 Ri은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rb와 Rc, Rd와 Re, Rf와 Rg, 또는 Rh와 Ri는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, -(CRfRg)n-의 n은 1 또는 2의 정수임),
Xa 및 Xb는 각각 독립적으로 -O-, -S-, -Se-, -Te-, -NRp-, -SiRqRr- 및 -GeRsRt-에서 선택되고(여기에서 Rp, Rq, Rr, Rs 및 Rt은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택됨),
Z1 내지 Z4은 각각 독립적으로 N 또는 CRx이고(여기에서 Rx는 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C12 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
Z1 내지 Z4이 CRx인 경우 Rx는 독립적으로 존재하거나 Z1 내지 Z4중 인접하는 두 개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있다.
상기 적외선 흡수재는 약 750 nm 내지 약 3000 nm의 파장 영역에서 피크 흡수 파장을 나타낼 수 있다.
다른 구현예에 따르면, 상기 적외선 흡수재를 포함하는 적외선 흡수/차단 필름을 제공한다.
또 다른 구현예에 따르면, 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 그리고 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 유기층을 포함하고, 상기 유기층은 상기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 적외선 흡수재를 포함하는 광전 소자를 제공한다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 광전 소자를 포함하는 유기 센서를 제공한다.
또 다른 구현예에 따르면, 상기 광전 소자 또는 상기 유기 센서를 포함하는 전자 장치를 제공한다.
적외선 영역에서 양호한 흡광 특성을 보이는 적외선 흡수재를 제공하여 광전 소자 및/또는 유기 센서에 효과적으로 사용될 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 광전 소자를 보여주는 단면도이고,
도 2는 일 구현예에 따른 유기 센서를 보여주는 단면도이고,
도 3은 다른 구현예에 따른 유기 센서를 보여주는 단면도이고,
도 4는 또 다른 구현예에 따른 유기 센서를 보여주는 단면도이고,
도 5는 실시예 4에 따른 광전 소자의 광전 변환 효율을 도시한 그래프이다.
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.
층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 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.
이하에서 별도의 정의가 없는 한, "치환된"이란, 화합물 중의 수소 원자가 할로겐 원자, 히드록시기, 알콕시기, 니트로기, 시아노기, 아미노기, 아지도기, 아미디노기, 히드라지노기, 히드라조노기, 카르보닐기, 카르바밀기, 티올기, 에스테르기, 카르복실기나 그의 염, 술폰산기나 그의 염, 인산이나 그의 염, 실릴기, C1 내지 C20 알킬기, C2 내지 C20 알케닐기, C2 내지 C20 알키닐기, C6 내지 C30 아릴기, C7 내지 C30 아릴알킬기, C1 내지 C30 알콕시기, C1 내지 C20 헤테로알킬기, C3 내지 C20 헤테로아릴기, C3 내지 C20 헤테로아릴알킬기, C3 내지 C30 사이클로알킬기, C3 내지 C15 사이클로알케닐기, C6 내지 C15 사이클로알키닐기, C3 내지 C30 헤테로사이클로알킬기 및 이들의 조합에서 선택된 치환기로 치환된 것을 의미한다.
이하에서 별도의 정의가 없는 한, "헤테로"란, N, O, S, Se, Te, Si 및 P에서 선택된 헤테로 원자를 1 내지 4개 함유한 것을 의미한다.
이하에서 별도의 정의가 없는 한, "방향족 고리"란 고리 형태인 작용기의 모든 원소가 p-오비탈을 가지고 있으며, 이들 p-오비탈이 공액(conjugation)을 형성하고 있는 작용기를 의미하고, "헤테로방향족 고리"란 헤테로 원자를 포함하는 방향족 고리를 의미한다. 상기 "방향족 고리"는 C6 내지 C30의 아렌기, 예를 들어 C6 내지 C20의 아렌기 또는 C6 내지 C30의 아릴기, 예를 들어 C6 내지 C20의 아릴기를 의미하고, 상기 "헤테로방향족 고리"는 C3 내지 C30의 헤테로아렌기, 예를 들어 C3 내지 C20의 헤테로아렌기 또는 C6 내지 C30의 헤테로아릴기, 예를 들어 C6 내지 C20의 헤테로아릴기일 수 있다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "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 별도의 정의가 없는 한, "아릴기"는 탄화수소 방향족 모이어티를 하나 이상 갖는 그룹을 총괄하는 개념으로서, 탄화수소 방향족 모이어티의 모든 원소가 p-오비탈을 가지면서, 이들 p-오비탈이 공액(conjugation)을 형성하고 있는 형태, 예컨대 페닐기, 나프틸기 등을 포함하고, 2 이상의 탄화수소 방향족 모이어티들이 시그마 결합을 통하여 연결된 형태, 예컨대 바이페닐기, 터페닐기, 쿼터페닐기 등을 포함하며, 2 이상의 탄화수소 방향족 모이어티들이 직접 또는 간접적으로 융합된 비방향족 융합 고리, 예컨대 플루오레닐기 등을 포함할 수 있다. 아릴기는 모노사이클릭, 폴리사이클릭 또는 융합 폴리사이클릭(즉, 탄소원자들의 인접한 쌍들을 나눠 가지는 고리) 작용기를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "헤테로아릴기"는 고리 내에 탄소(C) 대신 N, O, S, Se, Te, P 및 Si로 이루어진 군에서 선택되는 헤테로 원자를 적어도 한 개를 함유하는 것을 의미한다. 헤테로아릴기가 융합고리인 경우, 상기 헤테로아릴기를 이루는 고리 중 적어도 하나가 헤테로 원자를 가질 수 있고 각각의 고리마다 헤테로 원자를 가질 수도 있다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "고리"는 방향족 고리, 비방향족 고리, 헤테로방향족 고리, 헤테로 비방향족 고리, 이들의 융합 고리 및/또는 이들의 조합을 의미한다. 상기 방향족 고리는 전술한 바와 같고, 비방향족 고리는 C3 내지 C30의 사이클로알킬기, C3 내지 C30의 사이클로알케닐기, 또는 C3 내지 C30의 사이클로알키닐기일 수 있다.
본 명세서에서 별도의 정의가 없는 한, "할로겐"은 F, Cl, Br 및 I 중 어느 하나일 수 있고, 상기 할로알킬기는 알킬기의 적어도 하나의 수소가 할로겐으로 치환된 것이며, 예를 들어 -CF3와 같은 퍼플루오로알킬기일 수 있다.
이하에서 별도의 정의가 없는 한, "적외선 파장 영역"은 약 750 nm 내지 약 3000 nm의 파장 영역으로 근적외선/적외선 파장 영역을 포함한다.
이하 일 구현예에 따른 적외선 흡수재를 설명한다. 상기 적외선 흡수재는 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함한다.
[화학식 1]
Figure pat00018
상기 화학식 1에서,
Ar은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 고리, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로방향족 고리 또는 이들의 조합이고,
X1는 O, S, Se, Te, S(=O), S(=O2), NRa1, BRa2, CRbRc, SiRdRe, GeRfRg, CRh=CRi 또는 CRhh=CRii (여기에서 Ra1, Ra2, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, Rh 및 Ri는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, 예를 들어 C1 내지 C6 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, 예를 들어 C1 내지 C6 할로알킬기, C6 내지 C14 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합이고, Rhh 및 Rii는 서로 연결되어 방향족 고리를 형성함),
X2는 O, S, Se, Te, C, CRx-CRy, CRxx-CRyy, S(=O) 또는 S(=O2)이고(여기에서 Rx 및 Ry는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, 예를 들어 C1 내지 C6 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, 예를 들어 C1 내지 C6 할로알킬기, C6 내지 C14 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합이고, Rxx 및 Ryy가 서로 연결되어 방향족 고리를 형성함),
Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 O, S, Se, Te, S(=O), S(=O)2, NRp 또는 SiRqRr이고(여기에서 Rp, Rq 및 Rr은 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, 예를 들어 C1 내지 C6 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, 예를 들어 C1 내지 C6 할로알킬기, 할로겐기 또는 시아노기임),
R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 중수소 또는 C1 내지 C10 알킬기, 예를 들어 C1 내지 C6 알킬기이고,
R11 및 R12중 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C40 알콕시기이고 다른 하나는 전자 공여성 헤테로방향족 고리기(electron donating heteroaromatic group)이고,
R13 및 R14중 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C40 알콕시기이고 다른 하나는 전자 공여성 헤테로방향족 고리기이다.
적외선과 같이 장파장의 빛을 흡수하는 소재는 작은 HOMO-LUMO간 밴드갭(bandgap) 에너지를 가지는 것이 좋다. 작은 밴드갭 에너지를 가지기 위해서는 공액 길이를 길게 할 수 있으나 공액 길이가 길어지면 증착 공정을 적용하기 어려운 문제가 있다. 상기 화학식 1로 표현되는 화합물은 전자 수용 특성을 가진 공액 구조의 코어(화학식 1에서 Ar-함유 링 구조)에 전자 공여성 헤테로방향족 고리기(R11 및 R12중 하나 및/또는 R13 및 R14중 하나)가 Y1-함유 고리와 Y2-함유 고리를 통하여 연결되어 도너-억셉터-도너(D-A-D) 구조를 가짐으로써 전하 전달(charge transfer) 특성이 강하고 밴드갭 에너지가 작아, 적외선(근적외선 포함) 파장 영역(예를 들어 약 750 nm 내지 약 3000 nm)의 빛을 효과적으로 흡수할 수 있다. 상기 Y1-함유 고리와 Y2-함유 고리의 특정 위치에 알콕시기를 도입하여 도너에서 억셉터로의 전하 전달 특성을 향상시킬 수 있다. 상기 알콕시기는 화학식 1의 R11 및 R12중 어느 하나 그리고 R13 및 R14 중 어느 하나에 위치하며 전자 공여성 헤테로방향족 고리기에 대하여 오르쏘 위치에 존재한다. 또한 열안정성도 우수하여 증착 공정에도 적합하다.
상기 화학식 1에서, Ar은 벤젠, 치환 또는 비치환된 나프탈렌, 치환 또는 비치환된 안트라센, 치환 또는 비치환된 페난트렌, 치환 또는 비치환된 테트라센 또는 치환 또는 비치환된 파이렌일 수 있다.
상기 화학식 1에서, Ar은 치환 또는 비치환된 퀴놀린, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀린, 치환 또는 비치환된 퀴녹살린, 치환 또는 비치환된 퀴나졸린 또는 치환 또는 비치환된 페난트롤린일 수 있다.
상기 화학식 1에서, Ar은 하기 화학식 A-1로 표현되는 모이어티중 하나일 수 있다.
[화학식 A-1]
Figure pat00019
상기 화학식 A-1에서,
각각의 방향족 링의 수소는 중수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3기 또는 C1 내지 C10 알킬실릴기로 치환(replace)될 수 있고, 방향족 고리 내부의 *는 화학식 1의 N-X1-N-함유 링 및 N=X2=N-함유 링과 결합하는 부분이고, 좌우의 연결기의 *는 화학식 1의 Y1-함유 고리와 Y2-함유 고리에 연결되는 부분이다.
상기 화학식 1에서, Ar은 하기 화학식 A-2로 표현되는 모이어티중 하나일 수 있다.
[화학식 A-2]
Figure pat00020
상기 화학식 A-2에서,
각각의 방향족 링의 수소는 중수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3기 또는 C1 내지 C10 알킬실릴기로 치환(replace)될 수 있고, 방향족 고리 내부의 *는 화학식 1의 N-X1-N-함유 링 및 N=X2=N-함유 링과 결합하는 부분이고, 좌우의 연결기의 *는 화학식 1의 Y1-함유 고리와 Y2-함유 고리에 연결되는 부분이다.
상기 화학식 1에서, X2가 CRxx-CRyy인 경우 Rxx 및 Ryy가 서로 연결되어 방향족 고리를 형성할 수 있다. 이와 같이 방향족 고리가 추가로 융합되는 경우 화합물의 흡수파장이 장파장으로 이동되고 화합물의 안정성을 높일 수 있다.
상기 방향족 고리는 치환 또는 비치환된 벤젠, 치환 또는 비치환된 나프탈렌, 치환 또는 비치환된 아세나프텐(acenaphthene), 치환 또는 비치환된 안트라센, 치환 또는 비치환된 페난트렌, 치환 또는 비치환된 테트라센 또는 치환 또는 비치환된 파이렌; 및 치환 또는 비치환된 퀴놀린, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀린, 치환 또는 비치환된 퀴녹살린, 치환 또는 비치환된 퀴나졸린, 치환 또는 비치환된 페난트롤린, 치환 또는 비치환된 피리미딘 또는 치환 또는 비치환된 벤조디티오펜일 수 있다.
상기 방향족 고리는 하기 화학식 B-1로 표현되는 모이어티중 하나일 수 있다.
[화학식 B-1]
Figure pat00021
상기 화학식 B-1에서,
각각의 방향족 링의 수소는 중수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, C6 내지 C20 아릴기 또는 C3 내지 C20 헤테로아릴기로 치환(replace)될 수 있고, 방향족 고리 내부의 *는 CRxx-CRyy의 탄소와 결합하는 부분이다.
[화학식 B-2]
Figure pat00022
상기 화학식 B-2에서,
각각의 방향족 링의 수소는 중수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, C6 내지 C20 아릴기 또는 C3 내지 C20 헤테로아릴기로 치환(replace)될 수 있고,
방향족 고리 내부의 *는 CRxx-CRyy의 탄소와 결합하는 부분이다.
상기 방향족 고리는 하기 화학식 B-3-1 또는 화학식 B-3-2로 표현되는 모이어티중 하나일 수 있다.
[화학식 B-3-1] [화학식 B-3-2]
Figure pat00023
Figure pat00024
상기 화학식 B-3-1 및 화학식 B-3-2에서,
Ar11 및 Ar12는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아렌기 및 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아렌기에서 선택되고.
화학식 B-3-1에서 Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 CRa 또는 N이고(여기에서 (여기에서 Ra는 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C10 아릴아민기, C6 내지 C14 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
방향족 고리 내부의 *는 CRxx-CRyy의 탄소와 결합하는 부분이다.
상기 화학식 B-3-1로 표현되는 모이어티는 하기 화학식 B-3-11로 표현될 수 있다.
[화학식 B-3-11]
Figure pat00025
상기 화학식 B-3-11에서,
각각의 방향족 링의 수소는 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 알콕시기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, C6 내지 C20 아릴기 또는 C3 내지 C20 헤테로아릴기로 치환(replace)될 수 있고,
방향족 고리 내부의 *는 CRxx-CRyy의 탄소와 결합하는 부분이다.
상기 화학식 B-3-2로 표현되는 모이어티는 하기 화학식 B-3-21로 표현될 수 있다.
[화학식 B-3-21]
Figure pat00026
상기 화학식 B-3-21에서,
각각의 방향족 링의 수소는 중수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, C6 내지 C20 아릴기 또는 C3 내지 C20 헤테로아릴기로 치환(replace)될 수 있고,
Xa 및 Xb는 각각 독립적으로 O, S, Se, Te, NRa1, BRa2, SiRbRc 및 GeRdRe에서 선택되고(여기서 Ra1, Ra2, Rb, Rc, Rd 및 Re은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택됨),
방향족 고리 내부의 *는 CRxx-CRyy의 탄소와 결합하는 부분이다.
상기 화학식 1에서, Y1-함유 고리 및 Y2-함유 고리는 헤테로 원자를 포함함으로써 전하 전달 특성을 강화시키고 밴드갭 에너지를 작게 할 수 있다.
상기 Y1-함유 고리 및 Y2-함유 고리는 Ar에 대하여 대칭 위치에 연결될 수도 있고 비대칭 위치에 연결될 수도 있다.
상기 화학식 1에서, R11 및 R12중 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C40 알콕시기, 예를 들어 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15 알콕시기 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C12 알콕시기이고, 다른 하나는 전자 공여성 헤테로방향족 고리기이다. 또한 R13 및 R14중 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C40 알콕시기, 예를 들어 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15 알콕시기 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C12 알콕시기이고 다른 하나는 전자 공여성 헤테로방향족 고리기이다.
상기 화학식 1에서, 전자 공여성 헤테로방향족 고리기는 C3 내지 C20의 전자 공여성 헤테로방향족 고리기일 수 있으며, 고리 내에 O, S, Se, Te, S, N, Si, Ge 또는 P를 포함할 수 있다.
상기 전자 공여성 헤테로방향족 고리기는 둘 이상의 5-원 헤테로방향족 고리, 둘 이상의 6-원 방향족 고리, 5-원 헤테로방향족 고리와 6-원 방향족 고리또는 이들의 조합이 융합되어 형성된 고리기일 수 있다.
상기 화학식 1에서, 전자 공여성 헤테로방향족 고리기는 하기 화학식 C(화학식 C-1 내지 화학식 C-9)에서 선택될 수 있다.
[화학식 C]
Figure pat00027
상기 화학식 C-1 내지 화학식 C-9에서,
Z1, Z2 및 Z3는 각각 독립적으로 O, S, Se, Te, S(=O), S(=O)2, NRa1, BRa2, SiRbRc, GeRdRe, CRfRg 또는 PRh이고(여기에서 Ra1, Ra2, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C12 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
Rb와 Rc는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
Rd와 Re는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
Rf와 Rg는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
각각의 방향족 링의 수소는 중수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C12 알킬기, C1 내지 C12 할로알킬기, C1 내지 C12 알콕시기, -SiH3기, C1 내지 C12 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C14 아릴기 또는 C3 내지 C12 헤테로아릴기로 치환(replace)될 수 있고,
*는 화학식 1과의 연결 지점이다.
일 구현예에서, 상기 화학식 C-4 및 화학식 C-5에서, Z1, Z2 및 Z3는 각각 독립적으로 O, S, Se, Te, S(=O), S(=O)2, NRa1, BRa2, SiRbRc, GeRdRe, CRfRg 또는 PRh일 수 있다(여기에서 Ra1, Ra2, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C12 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임).
일 구현예에서, 상기 화학식 C-4 및 화학식 C-5에서, Z1 및 Z3는 각각 독립적으로 O, S, Se 또는 Te이고, Z2는 NRa1, BRa2, SiRbRc, GeRdRe, CRfRg 또는 PRh일 수 있다(여기에서 Ra1, Ra2, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, 및 Rh는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C12 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임).
상기 화학식 C의 각각의 방향족 링의 수소는 적어도 하나의 아릴아민기로 치환될 수 있고 상기 아릴아민기는 하기 화학식 D-1으로 표현될 수 있다.
[화학식 D-1]
Figure pat00028
상기 화학식 D-1에서,
Ar5 및 Ar6는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 및 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기에서 선택되고,
*는 화학식 C와 연결 지점이다.
상기 화학식 C의 각각의 방향족 링의 수소는 적어도 하나의 N-함유 헤테로고리기로 치환될 수 있고 상기 N-함유 헤테로고리기는 하기 화학식 D-2로 표현될 수 있다.
[화학식 D-2]
Figure pat00029
상기 화학식 D-2에서,
Ar7 및 Ar8는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아렌기 및 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아렌기에서 선택되고,
G는 단일결합, -O-, -S-, -Se-, -Te-, -N=, -NRa-, -SiRbRc-, -GeRdRe-, -(CRfRg)n- 및 -(C(Rh)=C(Ri))-에서 선택되고(여기에서 Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, Rh 및 Ri은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rb와 Rc, Rd와 Re, Rf와 Rg, 또는 Rh와 Ri는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, -(CRfRg)n-의 n은 1 또는 2의 정수임),
*는 화학식 C와 연결 지점이다.
상기 화학식 D-1은 하기 화학식 D-1a 또는 화학식 D-1b로 표현될 수 있다.
[화학식 D-1a]
Figure pat00030
상기 화학식 D-1a에서,
Z1 내지 Z10은 각각 독립적으로 N 또는 CRa이고(여기에서 Ra는 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C12 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
Z1 내지 Z10이 CRa인 경우 Ra는 독립적으로 존재하거나 Z1 내지 Z10중 인접하는 두 개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고,
*는 화학식 C와 연결 지점이다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 D-1a에서 Z1 내지 Z5중 적어도 하나 및/또는 Z6 내지 Z10중 적어도 하나는 N일 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 D-1a에서, Z1 내지 Z5중 적어도 두 개 및/또는 Z6 내지 Z10중 적어도 두 개는 N일 수 있다.
[화학식 D-1b]
Figure pat00031
상기 화학식 D-1b에서,
Xa 및 Xb는 각각 독립적으로 -O-, -S-, -Se-, -Te-, -NRa-, -SiRbRc- 및 -GeRdRe-에서 선택되고(여기에서 Ra, Rb, Rc, Rd 및 Re은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택됨),
Z1 내지 Z6는 각각 독립적으로 N 또는 CRx이고(여기에서 Rx는 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C12 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
Z1 내지 Z6이 CRx인 경우 Rx는 독립적으로 존재하거나 Z1 내지 Z6중 인접하는 두 개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고,
*는 화학식 C와 연결 지점이다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 D-1b에서 Z1 내지 Z3중 적어도 하나 및/또는 Z4 내지 Z6중 적어도 하나는 N일 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 D-1b에서, Z1 내지 Z3중 적어도 두 개 및/또는 Z4 내지 Z6중 적어도 두 개는 N일 수 있다.
상기 화학식 D-2은 하기 화학식 D-2a, 화학식 D-2b 또는 화학식 D-2c로 표현될 수 있다.
[화학식 D-2a]
Figure pat00032
상기 화학식 D-2a에서,
G는 단일결합, -O-, -S-, -Se-, -Te-, -N=, -NRa-, -SiRbRc-, -GeRdRe-, -(CRfRg)n-, 및 -(C(Rh)=C(Ri))-에서 선택되고(여기에서 Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, Rh 및 Ri은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rb와 Rc, Rd와 Re, Rf와 Rg, 또는 Rh와 Ri는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, -(CRfRg)n-의 n은 1 또는 2의 정수임),
Z1 내지 Z8은 각각 독립적으로 N 또는 CRx이고(여기에서 Rx는 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C12 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
Z1 내지 Z8이 CRx인 경우 Rx는 독립적으로 존재하거나 Z1 내지 Z8중 인접하는 두 개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고,
*는 화학식 C와 연결 지점이다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 D-2a에서 Z1 내지 Z4중 적어도 하나 및/또는 Z5 내지 Z8중 적어도 하나는 N일 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 D-2a에서, Z1 내지 Z4중 적어도 두 개 및/또는 Z5 내지 Z8중 적어도 두 개는 N일 수 있다.
[화학식 D-2b]
Figure pat00033
[화학식 D-2c]
Figure pat00034
상기 화학식 D-2b 및 화학식 D-2c에서,
G는 단일결합, -O-, -S-, -Se-, -Te-, -N=, -NRa-, -SiRbRc-, -GeRdRe-, -(CRfRg)n-, 및 -(C(Rh)=C(Ri))-에서 선택되고(여기서 Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, Rh 및 Ri은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rb와 Rc, Rd와 Re, Rf와 Rg, 또는 Rh와 Ri는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, -(CRfRg)n-의 n은 1 또는 2의 정수임),
Xa 및 Xb는 각각 독립적으로 -O-, -S-, -Se-, -Te-, -NRp-, -SiRqRr- 및 -GeRsRt-에서 선택되고(여기에서 Rp, Rq, Rr, Rs 및 Rt은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택됨),
Z1 내지 Z4은 각각 독립적으로 N 또는 CRx이고(여기에서 Rx는 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C12 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
Z1 내지 Z4이 CRx인 경우 Rx는 독립적으로 존재하거나 Z1 내지 Z4중 인접하는 두 개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 D-2b에서 Z1과 Z2중 적어도 하나 및/또는 Z3와 Z4중 적어도 하나는 N일 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 D-2b에서, Z1과 Z2 및/또는 Z3와 Z4는 N일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 화학식 D-2c에서 Z1과 Z2중 적어도 하나 및/또는 Z3와 Z4중 적어도 하나는 N일 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 화학식 D-2c에서, Z1과 Z2 및/또는 Z3와 Z4는 N일 수 있다.
상기 화학식 D-1은 하기 화학식 D-1-1 내지 화학식 D-1-12중 어느 하나로 표현될 수 있다.
Figure pat00035
상기 화학식 D-1-1 내지 화학식 D-1-12에서,
a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 5의 정수이고,
c 및 d는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고
e는 1 내지 3의 정수이고,
R3a 내지 R3e는 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) a, b, c, d 및 e가 2이상인 경우 복수의 R3a중 서로 인접하는 2개, 복수의 R3b중 서로 인접하는 2개, 복수의 R3c중 서로 인접하는 2개, 복수의 R3d중 서로 인접하는 2개 또는 복수의 R3e 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 화학식 D-2는 하기 화학식 D-2-1 내지 화학식 D-2-12 중 어느 하나로 표현될 수 있다.
Figure pat00036
상기 화학식 D-2-1 내지 화학식 D-2-12에서,
a 및 b는 각각 독립적으로 1 내지 4의 정수이고,
c 및 d는 각각 독립적으로 1 내지 3의 정수이고
e는 1 또는 2의 정수이고,
G는 단일결합, -O-, -S-, -Se-, -Te-, -N=, -NRa-, -SiRbRc-, -GeRdRe-, -(CRfRg)n-, 및 -(C(Rh)=C(Ri))-에서 선택되고(여기에서 Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, Rh 및 Ri은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rb와 Rc, Rd와 Re, Rf와 Rg, 또는 Rh와 Ri는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, -(CRfRg)n-의 n은 1 또는 2의 정수임),
R3a 내지 R3e는 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) a, b, c, d 및 e가 2이상인 경우 복수의 R3a중 서로 인접하는 2개, 복수의 R3b중 서로 인접하는 2개, 복수의 R3c중 서로 인접하는 2개, 복수의 R3d중 서로 인접하는 2개 또는 복수의 R3e 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.
일 구현예에서, 상기 화학식 1로 표현되는 화합물은 하기 화학식 1A 또는 화학식 1B로 표현되는 화합물을 포함할 수 있다.
[화학식 1A]
Figure pat00037
[화학식 1B]
Figure pat00038
상기 화학식 1A 및 화학식 1B에서,
Ar, X1, X2, Y1, Y2, R1 및 R2는 화학식 1과 동일하고,
R12 및 R14는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C1 내지 C40 알콕시기, 예를 들어 치환 또는 비치환된 C1 내지 C30 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C20 알콕시기, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C15 알콕시기 또는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C12 알콕시기이고,
Z11 및 Z22는 각각 독립적으로 O, S, Se, Te, S(=O), S(=O)2, NRa1, BRa2, SiRbRc, GeRdRe 또는 PRf이고(여기에서 Ra1, Ra2, Rb, Rc, Rd, Re 및 Rf는 각각 독립적으로 수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C12 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
Ar21 및 Ar22는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아렌기 및 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아렌기에서 선택된다.
상기 화학식 1로 표현되는 화합물의 구체적인 예로는 하기 그룹 1의 화합물을 들 수 있다.
[그룹 1]
Figure pat00039
Figure pat00040
상기 그룹 1에서, R4는 수소, 중수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C12 알킬기, C1 내지 C12 할로알킬기, C1 내지 C12 알콕시기, -SiH3기, C1 내지 C12 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C14 아릴기 또는 C3 내지 C12 헤테로아릴기일 수 있다.
상기 적외선 흡수재는 적외선 파장 영역의 광을 흡수할 수 있으며, 상기 적외선 흡수재의 피크 흡수 파장(peak absorption wavelength, λmax)은 예컨대 약 750 nm 이상일 수 있고, 예컨대 약 780 nm 이상, 예컨대 약 790 nm 이상, 예컨대 약 800 nm 이상, 예컨대 약 810 nm 이상, 예컨대 약 820 nm 이상 또는 약 830 nm 이상일 수 있다. 상기 적외선 흡수재의 피크 흡수 파장은 예컨대 약 700 nm 내지 3000 nm의 파장 영역에 속할 수 있고, 상기 범위 내에서 예컨대 약 750 nm 내지 2500 nm, 예컨대 약 780 nm 내지 2200 nm, 예컨대 약 790 nm 내지 2100 nm, 예컨대 약 800 nm 내지 2000 nm, 예컨대 약 810 nm 내지 2000 nm, 예컨대 약 820 nm 내지 2000 nm 또는 예컨대 약 830 nm 내지 2000 nm의 파장 영역에 속할 수 있다.
상기 적외선 흡수재는 양호한 전하 이동 특성을 나타낼 수 있으며 이에 따라 빛을 흡수하여 전기적 신호로 변환하는 광전 변환 특성이 양호하여 광전 소자의 광전 변환 물질로서 효과적으로 사용될 수 있다.
상기 적외선 흡수재는 내열성이 양호하여 증착시 열 분해를 방지하거나 감소시킬 수 있어서 반복적으로 증착될 수 있다. 상기 적외선 흡수재는 열 증착 또는 진공 증착될 수 있으며, 예컨대 승화(sublimation)에 의해 증착될 수 있다. 예컨대 승화에 의한 증착은 열중량분석(thermogravimetric analysis, TGA)에 의해 확인될 수 있으며, 약 10Pa 이하의 압력에서 열 중량 분석시 예컨대 초기 중량 대비 10%의 중량 감소가 일어나는 온도는 약 400 ℃ 이하, 예를 들어 약 390 ℃ 이하, 약 380 ℃ 이하, 약 370℃ 이하, 약 360 ℃ 이하 또는 약 350 ℃ 이하일 수 있다. 예컨대 상기 적외선 흡수재의 약 10Pa 이하의 압력에서 열 중량 분석시 예컨대 초기 중량 대비 10%의 중량 감소가 일어나는 온도는 약 230 ℃ 내지 400℃일 수 있다.
다른 구현예는 상기 적외선 흡수재를 포함하는 적외선 흡수/차단 필름을 제공한다.
상기 적외선 흡수/차단 필름은 적외선 파장 영역의 흡광 특성이 요구되는 다양한 분야에 적용될 수 있다.
상기 적외선 흡수재는 근적외선/적외선 파장 영역의 흡광 특성 및 광전 특성을 동시에 가지므로, 광전 변환 물질로 효과적으로 사용될 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 광전 소자를 보여주는 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 유기층(30)을 포함한다.
기판(도시하지 않음)은 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 실리콘웨이퍼 등으로 만들어질 수 있다. 기판은 생략될 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.
유기층(30)은 활성층(active layer)을 포함할 수 있다.
활성층은 p형 반도체와 n형 반도체가 pn 접합(pn junction)을 형성하는 층으로, 외부에서 빛을 받아 엑시톤(exciton)을 생성한 후 생성된 엑시톤을 정공과 전자로 분리할 수 있다.
p형 반도체와 n형 반도체는 각각 적어도 일부 파장 영역의 광을 흡수하는 흡광 물질일 수 있으며, 상기 적외선 흡수재는 p형 반도체 또는 n형 반도체로서 사용될 수 있다. 일 예로, 상기 적외선 흡수재는 p형 반도체로 사용될 수 있고, n형 반도체로서 플러렌 또는 플러렌 유도체를 포함할 수 있다.
상기 활성층은 전술한 p형 반도체 및 플러렌 또는 그 유도체를 포함하는 n형 반도체를 포함하는 진성층을 포함할 수 있으며, 이때 p형 반도체와 n형 반도체는 약 1:9 내지 9:1의 부피비로 포함될 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 2:8 내지 8:2의 부피비로 포함될 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 3:7 내지 7:3의 부피비로 포함될 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 4:6 내지 6:4의 부피비로 포함될 수 있으며, 상기 범위 내에서 예컨대 약 5:5의 부피비로 포함될 수 있다.
활성층은 진성층 외에 p형 층 및/또는 n형 층을 더 포함할 수 있다. p형 층은 전술한 p형 반도체를 포함할 수 있고, n형 층은 전술한 n형 반도체를 포함할 수 있다. 예컨대 p형 층/I층, I층/n형 층, p형 층/I층/n형 층 등 다양한 조합으로 포함될 수 있다.
유기층(30)은 제1 전극(10)과 활성층 사이 및/또는 제2 전극(20)과 활성층 사이에 위치하는 보조층(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다. 상기 보조층은 전하 보조층 또는 광학 보조층일 수 있다.
상기 전하 보조층은 활성층(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.
전하 보조층은 예컨대 전술한 적외선 흡수재를 포함할 수 있다.
상기 광학 보조층은 광전 소자의 광 입사 방향에 위치할 수 있으며, 예컨대 제2 전극(20)이 수광 전극일 때 유기층(30)의 상부에 위치할 수 있다. 예컨대, 상기 광학 보조층은 제2 전극(20)과 유기층(30) 사이에 위치할 수 있다.　
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.
광전 소자(100)는 제1 전극(10) 또는 제2 전극(20) 측으로부터 빛이 입사되어 유기층(30)이 소정 파장 영역의 빛을 흡수하면 내부에서 엑시톤이 생성될 수 있다. 엑시톤은 유기층(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.
광전 소자(100)는 태양 전지, 이미지 센서, 광 검출기, 광 센서 및 유기발광다이오드 등에 적용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
광전 소자는 예컨대 유기 센서에 적용될 수 있다. 유기 센서는 유기 CMOS 센서일 수 있으며, 예컨대 유기 CMOS 적외광 센서 또는 유기 CMOS 이미지 센서일 수 있다.
도 2는 일 구현예에 따른 유기 센서를 보여주는 단면도이다.
일 구현예에 따른 유기 센서(300)는 반도체 기판(110), 절연층(80) 및 광전 소자(100)를 포함한다.
반도체 기판(110)은 실리콘 기판일 수 있으며, 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있다. 전하 저장소(55)는 각 화소마다 집적되어 있을 수 있다. 전하 저장소(55)는 후술하는 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 반도체 기판(110)의 하부에 위치할 수도 있다.
금속 배선 및 패드 위에는 절연층(80)이 형성되어 있다. 절연층(80)은 산화규소 및/또는 질화규소와 같은 무기 절연 물질 또는 SiC, SiCOH, SiCO 및 SiOF와 같은 저유전율(low K) 물질로 만들어질 수 있다. 절연층(60)은 전하 저장소(55)를 드러내는 트렌치(85)를 가진다. 트렌치는 충전재로 채워져 있을 수 있다.
절연층(80) 위에는 전술한 광전 소자(100)가 형성되어 있다. 광전 소자(100)는 전술한 바와 같이 제1 전극(10), 유기층(30) 및 제2 전극(20)을 포함한다. 도면에서는 제1 전극(10), 유기층(30) 및 제2 전극(20)이 차례로 적층된 구조를 예시적으로 도시하였으나 이에 한정되지 않고, 제2 전극(20), 유기층(30) 및 제1 전극(10)의 순서로 배치될 수도 있다.
제1 전극(10)과 제2 전극(20)는 모두 투명 전극일 수 있으며, 유기층(30)은 전술한 바와 같다. 유기층(30)은 적외선 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다. 제2 전극(20) 측으로부터 입사된 광은 유기층(30)에서 적외선 파장 영역의 빛이 주로 흡수되어 광전 변환될 수 있다.
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.
본 구현예에 따른 유기 센서는 유기 적외광 센서일 수 있으며, 예컨대 홍채 센서(iris sensor) 또는 거리 센서(depth sensor)일 수 있다.
홍채 센서(iris sensor)는 사람마다 각기 다른 홍채의 특성을 이용하여 개인 신원을 파악하는 센서로, 사용자와의 적절한 거리 내에서 센서를 통해 사용자의 눈을 촬영하고 촬영된 이미지를 처리하여 미리 저장된 이미지와 비교함으로써 홍채 인식 동작을 수행할 수 있다.
거리 센서(depth sensor)는 3차원 객체의 정보로부터 객체의 형상이나 위치를 파악하는 센서로, 사용자와의 적절한 거리 내에서 센서를 통해 객체를 촬영하고 촬영된 이미지를 처리하여 객체 형상이나 위치를 확인할 수 있다. 이러한 거리 센서는 예컨대 얼굴 인식 센서로 사용될 수 있다.
도 3은 다른 구현예에 따른 유기 센서를 보여주는 단면도이다.
본 구현예에 따른 유기 센서는 기능이 다른 복수의 센서를 포함할 수 있다. 일 예로, 기능이 다른 복수의 센서 중 적어도 하나는 생체 인식 센서일 수 있으며, 생체 인식 센서는 예컨대 홍채 센서, 거리 센서, 지문 센서, 혈관 분포 센서 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 기능이 다른 복수의 센서 중 하나는 홍채 센서일 수 있고 다른 하나는 거리 센서일 수 있다.
일 예로, 복수의 센서는 예컨대 적외선 파장 영역 내에서 제1 파장(λ1)을 가진 적외선 영역의 광을 감지하는 제1 적외광 센서와 적외선 파장 영역 내에서 제2 파장(λ2)을 가진 적외광을 감지하는 제2 적외광 센서를 포함할 수 있다.
제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2)은 예컨대 약 700 nm 내지 3000 nm의 파장 영역 내에서 서로 다를 수 있으며, 예컨대 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2)의 차이는 약 30 nm 이상일 수 있고 상기 범위 내에서 약 50 nm 이상일 수 있고 약 70 nm 이상일 수 있고 약 80 nm 이상일 수 있고 약 90 nm 이상일 수 있다.
일 예로, 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2) 중 하나는 약 780 nm 내지 900 nm의 파장 영역에 속할 수 있고, 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2) 중 다른 하나는 약 830 nm 내지 1000 nm의 파장 영역에 속할 수 있다.
일 예로, 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2) 중 하나는 약 780 nm 내지 840 nm의 파장 영역에 속할 수 있고, 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2) 중 다른 하나는 약 910 nm 내지 970 nm의 파장 영역에 속할 수 있다.
일 예로, 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2) 중 하나는 약 800 nm 내지 830 nm의 파장 영역에 속할 수 있고, 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2) 중 다른 하나는 약 930 nm 내지 950 nm의 파장 영역에 속할 수 있다.
일 예로, 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2) 중 하나는 약 805 nm 내지 815 nm의 파장 영역에 속할 수 있고, 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2) 중 다른 하나는 약 935 nm 내지 945 nm의 파장 영역에 속할 수 있다.
일 예로, 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2) 중 하나는 약 810 nm일 수 있고, 제1 파장(λ1)과 제2 파장(λ2) 중 다른 하나는 약 940 nm일 수 있다.
본 구현예에 따른 유기 센서(400)는 듀얼 밴드패스 필터(40), 제1 적외광 센서(100A), 절연층(80) 및 제2 적외광 센서(120)가 집적된 반도체 기판(110)을 포함한다. 제1 적외광 센서(100A)와 제2 적외광 센서(120)는 적층되어 있다.
듀얼 밴드패스 필터(40)는 유기 센서(400)의 전면(front side)에 위치될 수 있으며, 제1 파장(λ1)을 포함한 적외광 및 제2 파장(λ2)을 포함한 적외광을 선택적으로 투과하고 그 외의 광은 차단 및/또는 흡수시킬 수 있다. 여기에서 그 외의 광은 자외선 및 가시광선 영역의 광도 포함될 수 있다.
제1 적외광 센서(100A)는 제1 전극(10), 유기층(30) 및 제2 전극(20)을 포함한다. 제1 적외광 센서(100A)는 전술한 구현예의 광전 소자(100)와 동일할 수 있다.
제2 적외광 센서(120)는 반도체 기판(110) 내에 집적되어 있을 수 있으며 광 감지 소자일 수 있다. 반도체 기판(110)은 예컨대 실리콘 기판일 수 있으며, 제2 적외광 센서(120), 전하 저장소(55) 및 전송 트랜지스터(도시하지 않음)가 집적되어 있다.
제2 적외광 센서(120)는 광 다이오드일 수 있으며, 유입된 광을 센싱하고 센싱된 정보는 전송 트랜지스터에 의해 전달될 수 있다. 여기에서 제2 적외광 센서(120)에 유입된 광은 듀얼 밴드패스 필터(40)와 제1 적외광 센서(100A)를 통과한 광으로, 제2 파장(λ2)을 포함한 소정 영역의 적외광일 수 있다. 제1 파장(λ1)을 포함하는 소정 영역의 적외광은 제1 적외광 센서의 유기층(30)에서 모두 흡수되어 제2 적외광 센서(120)에 도달하지 않을 수 있다. 이 경우 제2 적외광 센서(120)에 유입되는 광의 파장 선택성을 위한 별도의 필터가 필요하지 않다. 그러나 제1 파장(λ1)을 포함하는 소정 영역의 적외광이 유기층(30)에서 모두 흡수되지 않는 경우를 대비하여 제1 적외광 센서(100A)와 제2 적외광 센서(120) 사이에 필터를 추가로 구비할 수도 있다.
본 구현예에 따른 유기 센서는 별개의 기능을 수행하는 두 개의 적외광 센서를 포함함으로써 복합 센서의 기능을 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 각 화소에 별개의 기능을 수행하는 두 개의 센서를 적층함으로써 크기는 그대로 유지하되 각 센서의 기능을 수행할 수 있는 화소의 개수를 2배로 늘려 감도를 크게 개선할 수 있다.
도 4는 또 다른 구현예에 따른 유기 센서를 보여주는 단면도이다.
본 구현예에 따른 유기 센서는 유기 CMOS 이미지 센서일 수 있다.
도 4를 참고하면, 일 구현예에 따른 유기 센서(500)는 광 감지 소자(50a, 50b, 50c), 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있는 반도체 기판(110), 하부 절연층(60), 색 필터 층(70a, 70b. 70c), 상부 절연층(80) 및 광전 소자(100)를 포함한다.
반도체 기판(110)은 광 감지 소자(50a, 50b, 50c), 전송 트랜지스터(도시하지 않음) 및 전하 저장소(55)가 집적되어 있다. 광 감지 소자(50a, 50b, 50c)는 광 다이오드일 수 있다.
광 감지 소자(50a, 50b, 50c), 전송 트랜지스터 및/또는 전하 저장소(55)는 각 화소마다 집적되어 있을 수 있으며, 일 예로 광 감지 소자(50a)는 적색 화소에 포함되고 광 감지 소자(50b)는 녹색 화소에 포함되고 광 감지 소자(50c)는 청색 화소에 포함될 수 있다.
광 감지 소자(50a, 50b, 50c)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.
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 절연막(60) 위에는 색 필터(70a, 70b, 70c)가 형성되어 있다. 색 필터(70a, 70b, 70c)는 적색 화소에 형성되어 있는 적색 필터(70a), 녹색 화소에 형성되어 있는 녹색 필터(70b) 및 청색 화소에 형성되어 있는 청색 필터(70c)를 포함한다.
색 필터(70a, 70b, 70c) 위에는 상부 절연층(80)이 형성되어 있다. 상부 절연층(80)은 색 필터(70a, 70b, 70c)에 의한 단차를 제거하고 평탄화할 수 있다.
상부 절연층(80) 위에는 전술한 광전 소자(100)가 형성되어 있다. 광전 소자(100)는 전술한 바와 같이 제1 전극(10), 유기층(30) 및 제2 전극(20)을 포함한다. 도면에서는 제1 전극(10), 유기층(30) 및 제2 전극(20)이 차례로 적층된 구조를 예시적으로 도시하였으나 이에 한정되지 않고, 제2 전극(20), 유기층(30) 및 제1 전극(10)의 순서로 배치될 수도 있다.
제1 전극(10)과 제2 전극(20)는 모두 투명 전극일 수 있으며, 유기층(30)은 전술한 바와 같다. 유기층(30)은 적외선 파장 영역의 광을 선택적으로 흡수할 수 있다.
제2 전극(20) 측으로부터 입사된 광은 유기층(30)에서 적외선 파장 영역의 빛이 주로 흡수되어 광전 변환될 수 있다. 나머지 파장 영역의 빛은 제1 전극(10) 및 색 필터(70a, 70b, 70c)를 통과할 수 있고, 색 필터(70a)를 통과한 적색 파장 영역의 광은 광 감지 소자(50a)에 의해 센싱될 수 있고 색 필터(70b)를 통과한 녹색 파장 영역의 광은 광 감지 소자(50b)에 의해 센싱될 수 있고 색 필터(70c)를 통과한 청색 파장 영역의 광은 광 감지 소자(50c)에 의해 센싱될 수 있다.
전술한 유기 센서는 다양한 전자 장치에 적용될 수 있으며, 예컨대 카메라, 캠코더, 이들을 내장한 모바일 폰, 디스플레이 장치, 보안 장치 또는 의료 장치 등에 적용될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
이하 실시예를 통하여 상술한 구현예를 보다 상세하게 설명한다. 다만, 하기의 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것이며 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
합성예
합성예 1: 화학식 1-1로 표현되는 화합물(화합물 1-1)의 합성
[화학식 1-1]
Figure pat00041
[반응식 1-1]
Figure pat00042
(i) 화합물 1-1B의 합성
둥근 바닥 플라스크에 질소 압력 하에서 화합물 1-1A (590 mg, 1.70 mmol)을 THF (10 mL)에 녹인 후 -78 ℃로 온도를 낮춘 뒤 10분간 교반한다. 그런 다음 nBuLi (2.5M in Hx) (0.75 mL, 1.87 mmol) 을 천천히 첨가한 후 1시간동안 교반한다. 상온으로 온도를 올려준 뒤 30분간 교반하고 다시 -78℃로 온도를 낮춘다. 트리메틸틴 클로라이드(trimethyltin chloride, 1.0M in THF) (2 mL, 2.04 mmol)을 천천히 넣어준 뒤 상온에서 12시간 동안 교반한다. 반응물에 NH4Cl 수용액과 증류수를 첨가한 후 에틸 아세테이트로 유기 용매를 추출한다. 유기 용매를 MgSO4로 건조시키고 여과한다. 여과액을 농축시킨 후 진공 건조하여 갈색 오일의 화합물 1-1B 830 mg (수율 96%)을 얻는다.
1H NMR (500 MHz, CDCl3): d 6.96 (s, 1H), d 6.67 (s, 1H), d 4.11 (t, 2H), d 2.84 (t, 2H), d 1.83 (quintet, 2H), d 1.38-1.27 (m, 12H), d 0.88-0.87 (m, 6H), d 0.39 (s, 9H).
(ii) 화합물 1-1D의 합성
둥근 바닥 플라스크에 질소 압력 하에서 화합물 1-1B (2.23 g, 4.38 mmol)을 톨루엔(10 mL)에 녹인다. 그런 다음 화합물 1-1C (1.05 g, 3.98 mmol)를 톨루엔(10mL)에 녹인 용액을 Cannula를 이용해 질소 압력 하에서 첨가한다. 그 후 비스(트리-tert-부틸포스핀)팔라듐(bis(tri-tert-butylphosphine)palladium) (203 mg, 0.398 mmol)을 넣어준 뒤 110 ℃에서 12시간동안 환류시키면 교반한다. 상온으로 온도를 낮춰준 뒤 반응물을 농축시킨다. 농축액을 실리카 컬럼 크로마토그래피를 통해서 정제한 후 갈색 오일의 화합물 1-1D 1.89 g (수율 90%)을 얻는다.
1H NMR (500 MHz, CD2Cl2): d 7.22 (s, 1H), d 7.04 (d, 1H), d 6.87 (d, 1H), d 6.76 (s, 1H), d 4.15-4.12 (m, 4H), d 2.90 (t, 2H), d 1.92-1.86 (m, 4H), d 1.75 (quintet, 2H), d 1.58 (quintet, 2H), d 1.44-1.31 (m, 16H), d 0.98-0.93 (m, 6H), d 0.91 (t, 3H).
UPLC-MS: [M+H]+ 530.28
(iii) 화합물 1-1E의 합성
둥근 바닥 플라스크에 질소 압력 하에서 화합물 1-1D (1.75 g, 3.30 mmol)을 THF (10 mL)에 녹인 후 -78 ℃로 온도를 낮춘 뒤 10분간 교반한다. 그런 다음 nBuLi (2.5M in Hx) (1.6 mL, 3.96 mmol)을 천천히 첨가한 후 1시간동안 교반한다. 상온으로 온도를 올려준 뒤 30분간 교반하고 다시 -78℃로 온도를 낮춘다. 트리메틸틴 클로라이드(trimethyltin chloride) (1.0M in THF) (4.3 mL, 4.29 mmol)을 천천히 넣어준 뒤 상온에서 12시간동안 교반한다. 반응물에 NH4Cl 수용액과 증류수를 첨가한 후 에틸 아세테이트로 유기 용매를 추출한다. 유기 용매를 MgSO4로 건조시키고 여과한다. 여과액을 농축시킨 후 진공 건조하여 갈색 오일의 화합물 1-1E 2.21 g (수율 97%)을 얻는다.
1H NMR (500 MHz, CD2Cl2): d 7.20 (s, 1H), d 6.97 (s, 1H), d 6.75 (s, 1H), d 4.17 (t, 2H), d 4.14 (t, 2H), d 2.89 (t, 2H), d 1.93-1.84 (m, 4H), d 1.75 (quintet, 2H), d 1.58 (quintet, 2H), d 1.43-1.31 (m, 16H), d 0.97-0.89 (m, 9H), d 0.42 (s, 9H).
(iv) 화합물 1-1G의 합성
둥근 바닥 플라스크에 질소 압력 하에서 화합물 1-1E (1.70 g, 2.45 mmol)를 톨루엔 (20 mL)에 녹인다. 그런 다음 화합물 1-1F (393 mg, 1.11 mmol)와 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(tetrakis(triphenylphosphine)palladium) (130 mg, 0.111 mmol)을 넣어준 뒤 110 ℃에서 12시간동안 환류시키면서 교반한다. 상온으로 온도를 낮춰준 반응물을 농축시킨다. 농축액을 실리카 컬럼 크로마토그래피를 통해서 정제한 후 녹색 오일의 화합물 1-1G 1.01 g (수율 71%)을 얻는다.
1H NMR (500 MHz, CD2Cl2): d 7.35 (s, 2H), d 7.30 (s, 2H), d 6.74 (s, 2H), d 4.18 (t, 4H), d 4.14 (t, 4H), d 2.88 (t, 4H), d 1.91 (quintet, 4H), d 1.86 (quintet, 4H), d 1.73 (quintet, 4H), d 1.59 (quintet, 4H), d 1.42-1.30 (m, 32H), d 0.97-0.89 (m, 18H).
UPLC-MS: [M+H]+ 1281.68
(v) 화합물 1-1H의 합성
둥근 바닥 플라스크에 질소 압력 하에서 화합물 1-1G (570 mg, 0.444 mmol)을 톨루엔/아세트산(5 mL/5 mL)에 녹인 후 철 분말(iron powder)(248 mg, 4.44 mmol)을 넣어준다. 100 ℃로 온도를 올려준 뒤 5시간동안 교반한다. 상온으로 온도를 낮춘 뒤 증류수를 첨가하고 5분간 교반한 뒤에 에틸 아세테이트를 첨가해 희석시킨다. 에틸 아세테이트로 유기용매를 추출한 뒤 MgSO4로 건조시키고 여과한다. 여과액을 농축시킨 후 실리카 컬럼 크로마토그래피를 통해서 정제하여 붉은색의 오일의 화합물 1-1H 380 mg (수율 70%)을 얻는다.
1H NMR (500 MHz, CD2Cl2): d 7.25 (s, 4H), d 6.75 (s, 2H), d 4.63 (broad s, 4H), d 4.22 (t, 4H), d 4.15 (t, 4H), d 2.89 (broad s, 4H), d 1.93 (quintet, 4H), d 1.86 (quintet, 4H), d 1.73 (quintet, 4H), d 1.60 (quintet, 4H), d 1.42-1.33 (m, 32H), d 0.97-0.89 (m, 18H).
UPLC-MS: [M+H]+ 1221.86
(vi) 화학식 1-1로 표현되는 화합물(화합물 1)의 합성
둥근 바닥 플라스크에 질소 압력 하에서 화합물 1-1H (55 mg, 0.0449 mmol)을 CHCl3/EtOH/H2O (5 mL/5 mL/1 mL)에 녹인 후 셀레늄 다이옥사이드(selenium dioxide) (7.5 mg, 0.0674 mmol)를 첨가한다. 그런 다음 80 ℃로 가열해주고 20시간 동안 환류시키며 교반한다. 반응물의 온도를 상온으로 낮춰준 뒤 용매를 감압증류하여 제거한다. 이 후에 남아있는 고체를 에탄올을 이용해 세척한 뒤에 여과한다. 증류수, 에탄올 및 헥산으로 순차적으로 여과된 고체를 세척한 뒤에 진공 오븐에서 건조시켜 진보라색 고체의 화학식 1-1로 표현되는 화합물(화합물 1)을 얻는다.
UV-vis: λmax = 1256 nm (CH2Cl2 Solution)
합성예 2: 화학식 1-2로 표현되는 화합물(화합물 1-2)의 합성
[화학식 1-2]
Figure pat00043
[반응식 1-2]
Figure pat00044
둥근 바닥 플라스크에 질소 압력 하에서 합성예 1의 화합물 1-1H (60 mg, 0.0491 mmol)을 피리딘(5 mL)에 녹인 후 N-티오닐아닐린(N-thionylaniline) (0.011 mL, 0.0982 mmol) 및 클로로트리메틸실란(chlorotrimethylsilane) (0.062 mL, 0.491 mmol)을 넣어준다. 반응물을 80 ℃로 올려준 뒤 20시간동안 교반한다. 상온으로 온도를 낮춘 뒤 NH4Cl 수용액과 증류수를 첨가하고 5분간 교반한 뒤에 디클로로메탄을 첨가해 희석시킨다. 디클로로메탄으로 유기용매를 추출한 뒤 MgSO4로 건조시키고 여과한다. 여과액을 농축시킨 후 에탄올을 첨가해 석출되는 고체를 여과한다. 여과된 고체를 증류수, 에탄올 및 헥산으로 순차적으로 세척한 뒤에 진갈색 고체의 화학식 1-2로 표현되는 화합물(화합물 1-2)을 얻는다.
UV-vis: λmax = 1114 nm (CH2Cl2 Solution)
MALDI-TOF-MS: [M]+ 1248.44
합성예 3: 화학식 1-3으로 표현되는 화합물(화합물 1-3)의 합성
[화학식 1-3]
Figure pat00045
[반응식 1-3]
Figure pat00046
둥근 바닥 플라스크에 질소 압력 하에서 합성예 1의 화합물 1-H(66.6 mg, 0.0545 mmol)을 CHCl3/EtOH (5 mL/5 mL)에 녹인 후 4,7-페난트롤린-5,6-다이온(4,7-phenanthroline-5,6-dione) (12 mg, 0.0545 mmol)을 첨가한다. 그런 다음 80 ℃로 가열해주고 24시간 동안 환류시키며 교반한다. 반응물의 온도를 실온으로 냉각 후 용매를 감압증류하여 제거한다. 이 후에 남아있는 고체를 에탄올을 이용해 세척한 뒤에 여과한다. 여과된 고체를 증류수, 메탄올 및 헥산으로 순차적으로 세척한 뒤에 진공 오븐에서 건조시켜 진갈색 고체의 화학식 1-3으로 표현되는 화합물(화합물 1-3)을 얻는다.
UV-vis: λmax = 1143 nm (CH2Cl2 Solution)
합성예 4: 화학식 1-4로 표현되는 화합물(화합물 1-4)의 합성
[화학식 1-4]
Figure pat00047
[반응식 1-4]
Figure pat00048
둥근 바닥 플라스크에 질소 압력 하에서 합성예 1의 화합물 1-1H(40 mg, 0.0327 mmol)을 CHCl3/EtOH (3 mL/3 mL)에 녹인 후 9,10-페난트렌퀴논(9,10-phenanthrenequinone) (7.5 mg, 0.03 mmol)을 첨가한다. 그런 다음 80 ℃로 가열해주고 24시간 동안 환류시키며 교반한다. 반응물의 온도를 실온으로 냉각 후 용매를 감압증류하여 제거한다. 이 후에 남아있는 고체를 에탄올을 이용해 세척한 뒤에 여과한다. 여과된 고체를 증류수, 메탄올 및 헥산으로 순차적으로 세척한 뒤에 진공 오븐에서 건조시켜 진갈색 고체의 화학식 1-4로 표현되는 화합물(화합물 1-4)을 얻는다.
UV-vis: λmax = 1020 nm (CH2Cl2 Solution)
MALDI-TOF-MS: [M]+ 1392.06
합성예 5: 화학식 1-5로 표현되는 화합물(화합물 1-5)의 합성
[화학식 1-5]
Figure pat00049
[반응식 1-5]
Figure pat00050
(i) 화합물 1-5B의 합성
둥근 바닥 플라스크에 질소 압력 하에서 화합물 1-5A (584 mg, 1.36 mmol)를 톨루엔 (20 mL)에 녹인다. 그런 다음 합성예 1의 화합물 1-1E (2.07 g, 2.98 mmol)와 테트라키스(트리페닐포스핀)팔라듐(tetrakis(triphenylphosphine)palladium) (157 mg, 0.136 mmol)을 넣어준 뒤 110 ℃에서 12시간동안 환류시키면서 교반한다. 상온으로 온도를 낮춰준 뒤 반응물을 농축시킨다. 농축액을 실리카 컬럼 크로마토그래피를 통해서 정제한 후 녹색 오일의 화합물 1-5B 400 mg (수율 22%)을 얻는다.
1H NMR (500 MHz, CD2Cl2): d 7.37 (s, 2H), d 7.24 (s, 2H), d 6.76 (s, 2H), d 4.17 (t, 4H), d 4.16 (t, 4H), d 2.89 (t, 4H), d 1.91 (quintet, 4H), d 1.86 (quintet, 4H), d 1.73 (quintet, 4H), d 1.59 (quintet, 4H), d 1.42-1.30 (m, 32H), d 0.97-0.89 (m, 18H).
UPLC-MS: [M]+ 1328.59
(ii) 화합물 1-5C의 합성
둥근 바닥 플라스크에 질소 압력 하에서 화합물 1-5B (231 mg, 0.174 mmol)을 톨루엔/아세트산 (3 mL/3 mL)에 녹인 후 철 분말(iron powder) (100 mg, 1.74 mmol)을 넣어준다. 100 ℃로 온도를 올려준 뒤 5시간동안 교반한다. 상온으로 온도를 낮춘 뒤 증류수를 첨가하고 5분간 교반한 뒤에 에틸 아세테이트를 첨가해 희석시킨다. 에틸 아세테이트로 유기용매를 추출한 뒤 MgSO4로 건조시키고 여과한다. 여과액을 농축시킨 후 실리카 컬럼 크로마토그래피를 통해서 정제하여 붉은색의 오일의 화합물 1-5C 100 mg (수율 45%)을 얻는다.
1H NMR (500 MHz, CD2Cl2): d 7.24 (s, 2H), d 7.16 (s, 2H), d 6.75 (s, 2H), d 4.59 (broad s, 4H), d 4.20 (t, 4H), d 4.14 (t, 4H), d 2.89 (t, 4H), d 1.92 (quintet, 4H), d 1.86 (quintet, 4H), d 1.73 (quintet, 4H), d 1.59 (quintet, 4H), d 1.42-1.33 (m, 32H), d 0.97-0.89 (m, 18H).
UPLC-MS: [M+2H]+ 1270.62
(iii) 화학식 1-5로 표현되는 화합물(화합물 1-5)의 합성
둥근 바닥 플라스크에 질소 압력 하에서 화합물 1-5C (69 mg, 0.0544 mmol)을 CHCl3/EtOH/H2O (5 mL/5 mL/1 mL)에 녹인 후 이산화 셀레늄(selenium dioxide, 7 mg, 0.0598 mmol)를 첨가한다. 그런 다음 80 ℃로 가열해주고 20시간 동안 환류시키며 교반한다. 반응물의 온도를 상온으로 낮춰준 뒤 용매를 감압증류하여 제거한다. 이 후에 남아있는 고체를 에탄올을 이용해 세척한 뒤에 여과한다. 증류수, 에탄올, 및 헥산 순으로 여과된 고체를 세척한 뒤에 진공 오븐에서 건조시켜 진보라색 고체의 화학식 1-5로 표현되는 화합물(화합물 1-5)을 얻는다.
UV-vis: λmax = 1376 nm (CH2Cl2 Solution)
비교합성예 1: 화학식 2-1로 표현되는 화합물(화합물 2-1)의 합성
논문(Chem. Mater. 2008, 20, 6208-6216)에 기재된 방법으로 하기 화학식 2-1로 표현되는 화합물을 합성한다.
[화학식 2-1]
Figure pat00051
비교합성예 2: 화학식 2-2로 표현되는 화합물(화합물 2-2)의 합성
논문(Chem. Mater. 2008, 20, 6208-6216)에 기재된 방법으로 하기 화학식 2-2로 표현되는 화합물을 합성한다.
[화학식 2-2]
Figure pat00052
비교합성예 3: 화학식 2-3으로 표현되는 화합물(화합물 2-3)의 합성
논문(J. Polym. Sci., Part A: Polym. Chem. 2015, 53, 287-293)에 기재된 방법으로 하기 화학식 2-3으로 표현되는 화합물을 합성한다.
[화학식 2-3]
Figure pat00053
비교합성예 4: 화학식 2-4로 표현되는 화합물(화합물 2-4)의 합성
[화학식 2-4]
Figure pat00054
[반응식 2-4]
Figure pat00055
합성예 1의 (ii) 단계에서 화합물 1-1C 대신에 화합물 2-4A를 사용한 것을 제외하고 합성예 1과 동일한 방법으로 실시하여 화학식 2-4로 표현되는 화합물을 합성한다.
비교합성예 5: 화학식 2-5으로 표현되는 화합물(화합물 2-5)의 합성
[화학식 2-5]
Figure pat00056
[반응식 2-5]
Figure pat00057
합성예 1의 (ii) 단계에서 화합물 1-1C 대신에 화합물 2-5A를 사용한 것을 제외하고 합성예 1과 동일한 방법으로 실시하여 화학식 2-5로 표현되는 화합물을 합성한다.
비교합성예 6: 화학식 2-6으로 표현되는 화합물(화합물 2-6)의 합성
[화학식 2-6]
Figure pat00058
[반응식 2-6]
Figure pat00059
합성예 1의 (i) 단계에서 화합물 화합물 1-1A 대신에 화합물 2-6A를 사용하고, 화합물 1-1C 대신 화합물 2-5A를 사용한 것을 제외하고 합성예 1과 동일한 방법으로 실시하여 화학식 2-6으로 표현되는 화합물을 합성한다.
평가 I: 흡광 특성
합성예 1 내지 5에서 얻은 화합물은 디클로로메탄에, 비교합성예 1 및 2 에서 얻은 화합물은 톨루엔에, 비교합성예 3에서 얻은 화합물은 클로로포름에 1×10-5 M의 농도로 녹여 용액을 준비하고, 상기 화합물들의 용액 상태에서의 흡광 특성을 평가한다. 흡광 특성은 Shimadzu UV-3600 Plus UV-Vis-NIR 분광기 (UV-Vis-NIR spectrometer)를 사용하여 최대 흡수파장(λmax)을 측정한다. 그 결과를 표 1에 기재한다.
또한 유리 기판 위에 상기 합성예 1 내지 5에서 얻은 화합물을 클로로포름에 녹여 각각 스핀코터를 이용해 유리 기판에 800 rpm에서 60초, 400 rpm에서 5초동안 코팅하여 박막 상태에서의 흡광 특성을 평가한다. 흡광 특성은 Shimadzu UV-3600 Plus UV-Vis-NIR 분광기 (UV-Vis-NIR spectrometer)를 사용하여 최대 흡수파장(λmax)을 측정한다. 그 결과를 표 2에 기재한다.
한편 비교합성예 4 내지 6에서 합성된 화합물에 대하여 Gaussian09(G09) 프로그램을 사용하여 톨루엔 용액으로 가정하고 DFT, TD-DFT 계산(wB97X-D function with 6-311G(d,p) basis set)을 진행하였다. 그 결과를 표 3에 기재한다.
λmax (nm) (용액)
합성예 1 1256
합성예 2 1076
합성예 3 1143
합성예 4 1020
합성예 5 1376
비교합성예 1 920
비교합성예 2 848
비교합성예 3 920
λmax (nm) (박막)
합성예 1 1226
합성예 2 1120
합성예 3 1166
합성예 4 1058
합성예 5 1285
λmax (nm) (용액)
비교합성예 4 998
비교합성예 5 978
비교합성예 6 966
표 1 내지 표 3을 참고하면, 합성예 1 내지 5에 따른 화합물은 비교합성예 1 내지 6에 따른 화합물에 비하여 적외선 파장 영역에서 양호한 파장 흡수성을 나타냄을 알 수 있다.
평가 II: 에너지 준위 및 밴드갭
합성예 1 내지 5 및 비교합성예 1 내지 6에 따른 화합물을 각각 클로로포름에 녹인 후 스핀 코팅하여 박막을 형성한 후 각각의 박막에 대하여 「M. J. Frisch, et al., Gaussian 09, Revision D.01; Gaussian, Inc.: Wallingford, CT (2009)」에 기재된 B3LYP/6-31　G(d)　level　이론으로　Gaussian 09　program」의 방법으로 HOMO 에너지 준위, LUMO 에너지 준위 및 밴드갭을 계산한다. 이중 합성예 1 내지 5 및 비교합성예 1 내지 6의 결과를 표 4에 기재한다.
HOMO (eV) LUMO (eV) 밴드갭 에너지 (eV)
합성예 1 -4.21 -3.48 0.73
합성예 2 -4.26 -3.43 0.83
합성예 3 -4.18 -3.34 0.84
합성예 4 -4.31 -3.33 0.98
합성예 5 -4.16 -3.52 0.64
비교합성예 1 -4.46 -3.36 1.10
비교합성예 2 -4.94 -3.66 1.28
비교합성예 3 -4.64 -3.53 1.11
비교합성예 4 -4.48 -3.47 1.01
비교합성예 5 -4.48 -3.19 1.29
비교합성예 6 -4.59 -3.25 1.34
표 3을 참고하면, 합성예 1 내지 5의 화합물이 p형 반도체로 사용하기에 적합함을 알 수 있다. 또한, 합성예 1 내지 5의 화합물이 비교합성예 1 내지 6의 화합물에 비하여 밴드갭 에너지가 작아져, 적외선 파장 영역의 빛을 효과적으로 흡수할 수 있다.
평가 Ⅲ: 용해도 및 박막 특성
합성예 1 내지 5에 따른 화합물의 용해도와 박막 특성을 평가한다. 합성예 1 내지 5의 화합물을 각각 클로로포름에 녹인 후 스핀코터를 이용해 유리 기판에 800 rpm에서 60초 동안 그리고 400 rpm에서 5초 동안 코팅하여 박막을 제작한다. 이후 Surface profiler(P-17 Stylus Profiler, KLA tencor사)를 이용해 두께를 측정한다. 또한 육안으로 박막의 표면상태를 평가한 결과 비교적 두껍게 박막을 형성하여도 박막의 표면상태가 양호한 것으로 확인하였다. 그 결과를 표 5에 기재한다.
용해도(mg/mL in CHCl3) 박막 두께(nm)
합성예 1 6 mg/0.3 mL 70 nm
합성예 2 20 mg/1 mL 120 nm
합성예 3 5 mg/0.2 mL 110 nm
합성예 4 4 mg/0.2 mL 80 nm
합성예 5 10 mg/1 mL 50 nm
표 5를 참고하면, 합성예 1 내지 5에 따른 화합물은 유기 용매에 용해도가 우수하여 용액 공정에 적합함을 알 수 있다.
실시예 및 비교예: 광전 소자의 제작
유리 기판 위에 ITO를 스퍼터링으로 적층하여 100 nm 두께의 애노드를 형성한다. 이어서 애노드 위에 PEDOT(poly(3,4-ethylenedioxythiophene))을 스핀코팅 방식으로 코팅하여 45 nm 두께를 가지는 정공 수송층을 형성한다. 합성예 1 내지 5 및 비교합성예 1 내지 5에서 얻은 화합물을 각각 PC70BM과 1:3 질량비로 클로로포름에 녹인 용액을 스핀코팅하여 150 nm 두께를 가지는 광전변환층을 형성한다. 이어서 광전변환층 위에 C60을 증착하여 30 nm 두께를 가지는 보조층을 형성한다. 이어서 보조층 위에 ITO를 스퍼터링하여 7 nm 두께의 캐소드를 형성한다. 이어서 유리판으로 봉지한 후 120 ℃ 및 140 ℃에서 순차적으로 어닐링을 각각 30분 동안 진행하여 실시예 1 내지 5 및 비교합성예 1 내지 5에 따른 광전 소자를 제작한다.
평가 Ⅳ: 광전 변환 효율
실시예 1 내지 5 및 비교합성예 1 내지 5에 따른 광전 소자의 광전 변환 효율(EQE)을 평가한다. 광전 변환 효율은 IPCE measurement system(TNE tech사, 한국) 설비를 이용하여 측정한다. 먼저, Si 광 다이오드(Hamamatsu사, 일본)를 이용하여 설비를 보정(calibration)한 후 광전 소자를 설비에 장착하고 파장범위 약 400 nm 내지 약 1500 nm 영역에서 측정한다. 이중 합성예 4에 따른 화합물을 포함하는 실시예 4에 따른 광전 소자의 광전 변환 효율을 측정하여 도 5에 도시한다.
도 5는 실시예 4에 따른 광전 소자의 광전 변환 효율을 도시한 그래프이다. 도 5를 참고하면, 실시예 4에 따른 광전 소자는 1000 nm 이하의 영역에서 PC70BM에 의한 광전 변환 효율을 보이고 약 1100 nm에서 화합물 1-4에 의한 광전 변환 효율을 보임을 확인할 수 있다.
이상에서 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 권리범위에 속하는 것이다.
10: 제1 전극
20: 제2 전극
30: 유기층
50a, 50b, 50c: 광 다이오드
55: 전하저장소
70a, 70b, 70c: 색 필터
80: 절연층
100: 광전 소자
300, 400, 500: 광전 소자

Claims (33)

  1. 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는 적외선 흡수재:
    [화학식 1]
    Figure pat00060

    상기 화학식 1에서,
    Ar은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 고리, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로방향족 고리 또는 이들의 조합이고,
    X1는 O, S, Se, Te, S(=O), S(=O2), NRa1, BRa2, CRbRc, SiRdRe, GeRfRg, CRh=CRi 또는 CRhh=CRii (여기에서 Ra1, Ra2, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, Rh 및 Ri는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, C6 내지 C14 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합이고, Rhh 및 Rii는 서로 연결되어 방향족 고리를 형성함),
    X2는 O, S, Se, Te, C, CRx-CRy, CRxx-CRyy, S(=O) 또는 S(=O2)이고(여기에서 Rx 및 Ry는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, C6 내지 C14 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합이고, Rxx 및 Ryy가 서로 연결되어 방향족 고리를 형성함),
    Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 O, S, Se, Te, S(=O), S(=O)2, NRp 또는 SiRqRr이고(여기에서 Rp, Rq 및 Rr은 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, 할로겐기 또는 시아노기임),
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 중수소 또는 C1 내지 C10 알킬기이고,
    R11 및 R12중 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C40 알콕시기이고 다른 하나는 전자 공여성(electron donating) 헤테로방향족 고리기이고,
    R13 및 R14중 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C40 알콕시기이고 다른 하나는 전자 공여성 헤테로방향족 고리기이다.
  2. 제1항에서,
    상기 화학식 1에서, Ar은 벤젠, 치환 또는 비치환된 나프탈렌, 치환 또는 비치환된 안트라센, 치환 또는 비치환된 페난트렌, 치환 또는 비치환된 테트라센, 치환 또는 비치환된 파이렌, 치환 또는 비치환된 퀴놀린, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀린, 치환 또는 비치환된 퀴녹살린, 치환 또는 비치환된 퀴나졸린 또는 치환 또는 비치환된 페난트롤린인 적외선 흡수재.
  3. 제1항에서,
    상기 화학식 1에서, Ar은 하기 화학식 A-1로 표현되는 모이어티중 하나인 적외선 흡수재:
    [화학식 A-1]
    Figure pat00061

    상기 화학식 A-1에서,
    각각의 방향족 링의 수소는 중수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3기 또는 C1 내지 C10 알킬실릴기로 치환(replace)될 수 있고,
    방향족 고리 내부의 *는 화학식 1의 N-X1-N-함유 링 및 N=X2=N-함유 링과 결합하는 부분이고,
    좌우의 연결기의 *는 화학식 1의 Y1-함유 고리와 Y2-함유 고리에 연결되는 부분이다.
  4. 제1항에서,
    상기 화학식 1에서, Ar은 하기 화학식 A-2로 표현되는 모이어티중 하나인 적외선 흡수재:
    [화학식 A-2]
    Figure pat00062

    상기 화학식 A-2에서,
    각각의 방향족 링의 수소는 중수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3기 또는 C1 내지 C10 알킬실릴기로 치환(replace)될 수 있고,
    방향족 고리 내부의 *는 화학식 1의 N-X1-N-함유 링 및 N=X2=N-함유 링과 결합하는 부분이고,
    좌우의 연결기의 *는 화학식 1의 Y1-함유 고리와 Y2-함유 고리에 연결되는 부분이다.
  5. 제1항에서,
    상기 화학식 1에서, X2가 CRxx-CRyy인 경우 Rxx 및 Ryy가 서로 연결되어 방향족 고리를 형성하고,
    상기 방향족 고리는 치환 또는 비치환된 벤젠, 치환 또는 비치환된 나프탈렌, 치환 또는 비치환된 아세나프텐(acenaphthene), 치환 또는 비치환된 안트라센, 치환 또는 비치환된 페난트렌, 치환 또는 비치환된 테트라센 또는 치환 또는 비치환된 파이렌; 또는 치환 또는 비치환된 퀴놀린, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀린, 치환 또는 비치환된 퀴녹살린, 치환 또는 비치환된 퀴나졸린, 치환 또는 비치환된 페난트롤린, 치환 또는 비치환된 피리미딘 또는 치환 또는 비치환된 벤조디티오펜인 적외선 흡수재.
  6. 제1항에서,
    상기 화학식 1에서, X2가 CRxx-CRyy인 경우 Rxx 및 Ryy가 서로 연결되어 방향족 고리를 형성하고,
    상기 방향족 고리는 하기 화학식 B-1 및 화학식 B-2로 표현되는 모이어티중 하나인 적외선 흡수재:
    [화학식 B-1]
    Figure pat00063

    상기 화학식 B-1에서,
    각각의 방향족 링의 수소는 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 알콕시기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, C6 내지 C20 아릴기 또는 C3 내지 C20 헤테로아릴기로 치환(replace)될 수 있고,
    방향족 고리 내부의 *는 CRxx-CRyy의 탄소와 결합하는 부분이고,
    [화학식 B-2]
    Figure pat00064

    상기 화학식 B-2에서,
    각각의 방향족 링의 수소는 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 알콕시기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, C6 내지 C20 아릴기 또는 C3 내지 C20 헤테로아릴기로 치환(replace)될 수 있고,
    방향족 고리 내부의 *는 CRxx-CRyy의 탄소와 결합하는 부분이다.
  7. 제1항에서,
    상기 화학식 1에서, X2가 CRxx-CRyy인 경우 Rxx 및 Ryy가 서로 연결되어 방향족 고리를 형성하고,
    상기 방향족 고리는 하기 화학식 B-3-1 또는 화학식 B-3-2로 표현되는 모이어티중 하나인 적외선 흡수재:
    [화학식 B-3-1] [화학식 B-3-2]
    Figure pat00065
    Figure pat00066

    상기 화학식 B-3-1 및 화학식 B-3-2에서,
    Ar11 및 Ar12는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아렌기 및 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아렌기에서 선택되고,
    화학식 B-3-1에서 Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 CRa 또는 N이고(여기에서 (여기에서 Ra는 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C10 아릴아민기, C6 내지 C14 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
    방향족 고리 내부의 *는 CRxx-CRyy의 탄소와 결합하는 부분이다.
  8. 제7항에서,
    상기 화학식 B-3-1로 표현되는 모이어티는 하기 화학식 B-3-11로 표현되고,
    상기 화학식 B-3-2로 표현되는 모이어티는 하기 화학식 B-3-21로 표현되는, 적외선 흡수재:
    [화학식 B-3-11]
    Figure pat00067

    [화학식 B-3-21]
    Figure pat00068

    상기 화학식 B-3-11 및 화학식 B-3-21에서,
    각각의 방향족 링의 수소는 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 알콕시기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, C6 내지 C20 아릴기 또는 C3 내지 C20 헤테로아릴기로 치환(replace)될 수 있고,
    방향족 고리 내부의 *는 CRxx-CRyy의 탄소와 결합하는 부분이고,
    Xa 및 Xb는 각각 독립적으로 -O-, -S-, -Se-, -Te-, -NRa-, -SiRbRc- 및 -GeRdRe-에서 선택된다(여기에서 Ra, Rb, Rc, Rd 및 Re 은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택됨).
  9. 제1항에서,
    상기 화학식 1에서, 전자 공여성 헤테로방향족 고리기는 하기 화학식 C(화학식 C-1 내지 화학식 C-9)에서 선택되는, 적외선 흡수재:
    [화학식 C]
    Figure pat00069

    상기 화학식 C-1 내지 화학식 C-9에서,
    Z1, Z2 및 Z3는 각각 독립적으로 O, S, Se, Te, S(=O), S(=O)2, NRa1, BRa2, SiRbRc, GeRdRe 또는 PRf이고(여기에서 Ra1, Ra2, Rb, Rc, Rd, Re 및 Rf는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C12 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
    Rb와 Rc는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    Rd와 Re는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    각각의 방향족 링의 수소는 중수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C12 알킬기, C1 내지 C12 할로알킬기, C1 내지 C12 알콕시기, -SiH3기, C1 내지 C12 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C14 아릴기 또는 C3 내지 C12 헤테로아릴기로 치환(replace)될 수 있고,
    *는 화학식 1과의 연결 지점이다.
  10. 제9항에서,
    상기 화학식 C의 각각의 방향족 링의 수소는 적어도 하나의 아릴아민기로 치환되고, 상기 아릴아민기는 하기 화학식 D-1으로 표현되는, 적외선 흡수재:
    [화학식 D-1]
    Figure pat00070

    상기 화학식 D-1에서,
    Ar5 및 Ar6는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 및 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기에서 선택되고,
    *는 화학식 1과의 연결 지점이다.
  11. 제9항에서,
    상기 화학식 C의 각각의 방향족 링의 수소는 적어도 하나의 N-함유 헤테로고리기로 치환될 수 있고 상기 N-함유 헤테로고리기는 하기 화학식 D-2로 표현되는, 적외선 흡수재:
    [화학식 D-2]
    Figure pat00071

    상기 화학식 D-2에서,
    Ar7 및 Ar8는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아렌기 및 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아렌기에서 선택되고,
    G는 단일결합, -O-, -S-, -Se-, -Te-, -N=, -NRa-, -SiRbRc-, -GeRdRe-, -(CRfRg)n-, 및 -(C(Rh)=C(Ri))-에서 선택되고(여기에서 Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, Rh 및 Ri은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rb와 Rc, Rd와 Re, Rf와 Rg, 또는 Rh와 Ri는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, -(CRfRg)n-의 n은 1 또는 2의 정수임),
    *는 화학식 1과의 연결 지점이다.
  12. 제10항에서,
    상기 화학식 D-1는 하기 화학식 D-1a 또는 화학식 D-1b로 표현되는 적외선 흡수재:
    [화학식 D-1a]
    Figure pat00072

    상기 화학식 D-1a에서,
    Z1 내지 Z10은 각각 독립적으로 N 또는 CRa이고(여기에서 Ra는 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C12 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
    Z1 내지 Z10이 CRx인 경우 Rx는 독립적으로 존재하거나 Z1 내지 Z10중 인접하는 두 개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고,
    *는 화학식 C와의 연결 지점이고,
    [화학식 D-1b]
    Figure pat00073

    상기 화학식 D-1b에서,
    Xa 및 Xb는 각각 독립적으로 -O-, -S-, -Se-, -Te-, -NRa-, -SiRbRc- 및 -GeRdRe-에서 선택되고(여기에서 Ra, Rb, Rc, Rd 및 Re은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택됨),
    Z1 내지 Z6는 각각 독립적으로 N 또는 CRx이고(여기에서 Rx는 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C12 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
    Z1 내지 Z6이 CRx인 경우 Rx는 독립적으로 존재하거나 Z1 내지 Z6중 인접하는 두 개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고,
    *는 화학식 C와의 연결 지점이다.
  13. 제11항에서,
    상기 화학식 D-2는 하기 화학식 D-2a, 화학식 D-2b 또는 화학식 D-2c로 표현되는 적외선 흡수재:
    [화학식 D-2a]
    Figure pat00074

    상기 화학식 D-2a에서,
    G는 단일결합, -O-, -S-, -Se-, -Te-, -N=, -NRa-, -SiRbRc-, -GeRdRe-, -(CRfRg)n-, 및 -(C(Rh)=C(Ri))-에서 선택되고(여기에서 Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, Rh 및 Ri은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rb와 Rc, Rd와 Re, Rf와 Rg, 또는 Rh와 Ri는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, -(CRfRg)n-의 n은 1 또는 2의 정수임),
    Z1 내지 Z8은 각각 독립적으로 N 또는 CRx이고(여기에서 Rx는 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C12 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
    Z1 내지 Z8이 CRx인 경우 Rx는 독립적으로 존재하거나 Z1 내지 Z8중 인접하는 두 개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고,
    *는 화학식 C와의 연결 지점이고,
    [화학식 D-2b]
    Figure pat00075

    [화학식 D-2c]
    Figure pat00076

    상기 화학식 D-2b 및 화학식 D-2c에서,
    G는 단일결합, -O-, -S-, -Se-, -Te-, -N=, -NRa-, -SiRbRc-, -GeRdRe-, -(CRfRg)n-, 및 -(C(Rh)=C(Ri))-에서 선택되고(여기서 Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, Rh 및 Ri은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rb와 Rc, Rd와 Re, Rf와 Rg, 또는 Rh와 Ri는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, -(CRfRg)n-의 n은 1 또는 2의 정수임),
    Xa 및 Xb는 각각 독립적으로 -O-, -S-, -Se-, -Te-, -NRp-, -SiRqRr- 및 -GeRsRt-에서 선택되고(여기에서 Rp, Rq, Rr, Rs 및 Rt은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택됨),
    Z1 내지 Z4은 각각 독립적으로 N 또는 CRx이고(여기에서 Rx는 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C12 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
    Z1 내지 Z4이 CRx인 경우 Rx는 독립적으로 존재하거나 Z1 내지 Z4중 인접하는 두 개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고,
    *는 화학식 C와의 연결 지점이다.
  14. 제1항에서,
    상기 적외선 흡수재는 750nm 내지 3000nm의 파장 영역에서 피크 흡수 파장을 나타내는, 적외선 흡수재.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 화합물을 포함하는 적외선 흡수/차단 필름.
  16. 서로 마주하는 제1 전극과 제2 전극, 그리고
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 유기층
    을 포함하고,
    상기 유기층은 하기 화학식 1로 표현되는 화합물을 포함하는, 광전 소자:
    [화학식 1]
    Figure pat00077

    상기 화학식 1에서,
    Ar은 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 방향족 고리, 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로방향족 고리 또는 이들의 조합이고,
    X1는 O, S, Se, Te, S(=O), S(=O2), NRa1, BRa2, CRbRc, SiRdRe, GeRfRg, CRh=CRi 또는 CRhh=CRii (여기에서 Ra1, Ra2, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, Rh 및 Ri는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, C6 내지 C14 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합이고, Rhh 및 Rii는 서로 연결되어 방향족 고리를 형성함),
    X2는 O, S, Se, Te, C, CRx-CRy, CRxx-CRyy, S(=O) 또는 S(=O2)이고(여기에서 Rx 및 Ry는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, C6 내지 C14 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합이고, Rxx 및 Ryy가 서로 연결되어 방향족 고리를 형성함),
    Y1 및 Y2는 각각 독립적으로 O, S, Se, Te, S(=O), S(=O)2, NRp 또는 SiRqRr이고(여기에서 Rp, Rq 및 Rr은 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, 할로겐기 또는 시아노기임),
    R1 및 R2는 각각 독립적으로 수소, 중수소 또는 C1 내지 C10 알킬기이고,
    R11 및 R12중 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C40 알콕시기이고 다른 하나는 전자 공여성(electron donating) 헤테로방향족 고리기이고,
    R13 및 R14중 하나는 치환 또는 비치환된 C1 내지 C40 알콕시기이고 다른 하나는 전자 공여성 헤테로방향족 고리기이다.
  17. 제16항에서,
    상기 화학식 1에서, Ar은 벤젠, 치환 또는 비치환된 나프탈렌, 치환 또는 비치환된 안트라센, 치환 또는 비치환된 페난트렌, 치환 또는 비치환된 테트라센, 치환 또는 비치환된 파이렌, 치환 또는 비치환된 퀴놀린, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀린, 치환 또는 비치환된 퀴녹살린, 치환 또는 비치환된 퀴나졸린 또는 치환 또는 비치환된 페난트롤린인 광전 소자.
  18. 제16항에서,
    상기 화학식 1에서, Ar은 하기 화학식 A-1로 표현되는 모이어티중 하나인 광전 소자:
    [화학식 A-1]
    Figure pat00078

    상기 화학식 A-1에서,
    각각의 방향족 링의 수소는 중수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3기 또는 C1 내지 C10 알킬실릴기로 치환(replace)될 수 있고,
    방향족 고리 내부의 *는 화학식 1의 N-X1-N-함유 오각링 및 N-함유 육각링과 결합하는 부분이고,
    좌우의 연결기의 *는 화학식 1의 Y1-함유 고리와 Y2-함유 고리에 연결되는 부분이다.
  19. 제16항에서,
    상기 화학식 1에서, Ar은 하기 화학식 A-2로 표현되는 모이어티중 하나인 광전 소자:
    [화학식 A-2]
    Figure pat00079

    상기 화학식 A-2에서,
    각각의 방향족 링의 수소는 중수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3기 또는 C1 내지 C10 알킬실릴기로 치환(replace)될 수 있고,
    방향족 고리 내부의 *는 화학식 1의 N-X1-N-함유 오각링 및 N-함유 육각링과 결합하는 부분이고,
    좌우의 연결기의 *는 화학식 1의 L1과 L2에 연결되는 부분이다.
  20. 제16항에서,
    상기 화학식 1에서, X2가 CRxx-CRyy인 경우 Rxx 및 Ryy가 서로 연결되어 방향족 고리를 형성하고,
    상기 방향족 고리는 치환 또는 비치환된 벤젠, 치환 또는 비치환된 나프탈렌, 치환 또는 비치환된 아세나프텐(acenaphthene), 치환 또는 비치환된 안트라센, 치환 또는 비치환된 페난트렌, 치환 또는 비치환된 테트라센 또는 치환 또는 비치환된 파이렌; 또는 치환 또는 비치환된 퀴놀린, 치환 또는 비치환된 이소퀴놀린, 치환 또는 비치환된 퀴녹살린, 치환 또는 비치환된 퀴나졸린, 치환 또는 비치환된 페난트롤린, 치환 또는 비치환된 피리미딘 또는 치환 또는 비치환된 벤조디티오펜인광전 소자.
  21. 제16항에서,
    상기 화학식 1에서, X2가 CRxx-CRyy인 경우 Rxx 및 Ryy가 서로 연결되어 방향족 고리를 형성하고,
    상기 방향족 고리는 하기 화학식 B-1 및 화학식 B-2로 표현되는 모이어티중 하나인 광전 소자:
    [화학식 B-1]
    Figure pat00080

    상기 화학식 B-1에서,
    각각의 방향족 링의 수소는 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 알콕시기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, C6 내지 C20 아릴기 또는 C3 내지 C20 헤테로아릴기로 치환(replace)될 수 있고,
    방향족 고리 내부의 *는 CRxx-CRyy의 탄소와 결합하는 부분이고,
    [화학식 B-2]
    Figure pat00081

    상기 화학식 B-2에서,
    각각의 방향족 링의 수소는 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 알콕시기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, C6 내지 C20 아릴기 또는 C3 내지 C20 헤테로아릴기로 치환(replace)될 수 있고,
    방향족 고리 내부의 *는 CRxx-CRyy의 탄소와 결합하는 부분이다.
  22. 제16항에서,
    상기 화학식 1에서, X2가 CRxx-CRyy인 경우 Rxx 및 Ryy가 서로 연결되어 방향족 고리를 형성하고,
    상기 방향족 고리는 하기 화학식 B-3-1 또는 화학식 B-3-2로 표현되는 모이어티중 하나인 광전 소자:
    [화학식 B-3-1] [화학식 B-3-2]
    Figure pat00082
    Figure pat00083

    상기 화학식 B-3-1 및 화학식 B-3-2에서,
    Ar11 및 Ar12는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아렌기 및 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아렌기에서 선택되고,
    화학식 B-3-1에서 Z1 및 Z2는 각각 독립적으로 CRa 또는 N이고(여기에서 (여기에서 Ra는 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C10 아릴아민기, C6 내지 C14 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
    방향족 고리 내부의 *는 CRxx-CRyy의 탄소와 결합하는 부분이다.
  23. 제22항에서,
    상기 화학식 B-3-1로 표현되는 모이어티는 하기 화학식 B-3-11로 표현되고,
    상기 화학식 B-3-2로 표현되는 모이어티는 하기 화학식 B-3-21로 표현되는, 광전 소자:
    [화학식 B-3-11]
    Figure pat00084

    [화학식 B-3-21]
    Figure pat00085

    상기 화학식 B-3-11 및 화학식 B-3-21에서,
    각각의 방향족 링의 수소는 할로겐, 시아노기, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 알콕시기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, C6 내지 C20 아릴기 또는 C3 내지 C20 헤테로아릴기로 치환(replace)될 수 있고,
    방향족 고리 내부의 *는 CRxx-CRyy의 탄소와 결합하는 부분이고,
    Xa 및 Xb는 각각 독립적으로 -O-, -S-, -Se-, -Te-, -NRa-, -SiRbRc- 및 -GeRdRe-에서 선택된다(여기에서 Ra, Rb, Rc, Rd 및 Re 은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택됨).
  24. 제16항에서,
    상기 화학식 1에서, 전자 공여성 헤테로방향족 고리기는 하기 화학식 C(화학식 C-1 내지 화학식 C-9)에서 선택되는, 광전 소자:
    [화학식 C]
    Figure pat00086

    상기 화학식 C-1 내지 화학식 C-9에서,
    Z1, Z2 및 Z3는 각각 독립적으로 O, S, Se, Te, S(=O), S(=O)2, NRa1, BRa2, SiRbRc, GeRdRe 또는 PRf이고(여기에서 Ra1, Ra2, Rb, Rc, Rd, Re 및 Rf는 각각 독립적으로 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C12 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
    Rb와 Rc는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    Rd와 Re는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 결합하여 고리를 형성하고,
    각각의 방향족 링의 수소는 중수소, 할로겐, 시아노기, C1 내지 C12 알킬기, C1 내지 C12 할로알킬기, C1 내지 C12 알콕시기, -SiH3기, C1 내지 C12 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C14 아릴기 또는 C3 내지 C12 헤테로아릴기로 치환(replace)될 수 있고,
    *는 화학식 1과의 연결 지점이다.
  25. 제24항에서,
    상기 화학식 C의 각각의 방향족 링의 수소는 적어도 하나의 아릴아민기로 치환되고, 상기 아릴아민기는 하기 화학식 D-1으로 표현되는, 광전 소자:
    [화학식 D-1]
    Figure pat00087

    상기 화학식 D-1에서,
    Ar5 및 Ar6는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아릴기 및 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아릴기에서 선택되고,
    *는 화학식 1과의 연결 지점이다.
  26. 제24항에서,
    상기 화학식 C의 각각의 방향족 링의 수소는 적어도 하나의 N-함유 헤테로고리기로 치환될 수 있고 상기 N-함유 헤테로고리기는 하기 화학식 D-2로 표현되는, 광전 소자:
    [화학식 D-2]
    Figure pat00088

    상기 화학식 D-2에서,
    Ar7 및 Ar8는 각각 독립적으로 치환 또는 비치환된 C6 내지 C30 아렌기 및 치환 또는 비치환된 C3 내지 C30 헤테로아렌기에서 선택되고,
    G는 단일결합, -O-, -S-, -Se-, -Te-, -N=, -NRa-, -SiRbRc-, -GeRdRe-, -(CRfRg)n-, 및 -(C(Rh)=C(Ri))-에서 선택되고(여기에서 Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, Rh 및 Ri은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rb와 Rc, Rd와 Re, Rf와 Rg, 또는 Rh와 Ri는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, -(CRfRg)n-의 n은 1 또는 2의 정수임),
    *는 화학식 1과의 연결 지점이다.
  27. 제25항에서,
    상기 화학식 D-1는 하기 화학식 D-1a 또는 화학식 D-1b로 표현되는 광전 소자:
    [화학식 D-1a]
    Figure pat00089

    상기 화학식 D-1a에서,
    Z1 내지 Z10은 각각 독립적으로 N 또는 CRa이고(여기에서 Ra는 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C12 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
    Z1 내지 Z10이 CRx인 경우 Rx는 독립적으로 존재하거나 Z1 내지 Z10중 인접하는 두 개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고,
    *는 화학식 C와의 연결 지점이고,
    [화학식 D-1b]
    Figure pat00090

    상기 화학식 D-1b에서,
    Xa 및 Xb는 각각 독립적으로 -O-, -S-, -Se-, -Te-, -NRa-, -SiRbRc- 및 -GeRdRe-에서 선택되고(여기에서 Ra, Rb, Rc, Rd 및 Re은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택됨),
    Z1 내지 Z6는 각각 독립적으로 N 또는 CRx이고(여기에서 Rx는 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C12 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
    Z1 내지 Z6이 CRx인 경우 Rx는 독립적으로 존재하거나 Z1 내지 Z6중 인접하는 두 개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고,
    *는 화학식 C와의 연결 지점이다.
  28. 제26항에서,
    상기 화학식 D-2는 하기 화학식 D-2a, 화학식 D-2b 또는 화학식 D-2c로 표현되는 광전 소자:
    [화학식 D-2a]
    Figure pat00091

    상기 화학식 D-2a에서,
    G는 단일결합, -O-, -S-, -Se-, -Te-, -N=, -NRa-, -SiRbRc-, -GeRdRe-, -(CRfRg)n-, 및 -(C(Rh)=C(Ri))-에서 선택되고(여기에서 Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, Rh 및 Ri은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rb와 Rc, Rd와 Re, Rf와 Rg, 또는 Rh와 Ri는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, -(CRfRg)n-의 n은 1 또는 2의 정수임),
    Z1 내지 Z8은 각각 독립적으로 N 또는 CRx이고(여기에서 Rx는 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C12 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
    Z1 내지 Z8이 CRx인 경우 Rx는 독립적으로 존재하거나 Z1 내지 Z8중 인접하는 두 개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고,
    *는 화학식 C와의 연결 지점이고,
    [화학식 D-2b]
    Figure pat00092

    [화학식 D-2c]
    Figure pat00093

    상기 화학식 D-2b 및 화학식 D-2c에서,
    G는 단일결합, -O-, -S-, -Se-, -Te-, -N=, -NRa-, -SiRbRc-, -GeRdRe-, -(CRfRg)n-, 및 -(C(Rh)=C(Ri))-에서 선택되고(여기서 Ra, Rb, Rc, Rd, Re, Rf, Rg, Rh 및 Ri은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택되고, Rb와 Rc, Rd와 Re, Rf와 Rg, 또는 Rh와 Ri는 각각 독립적으로 존재하거나 서로 연결되어 고리를 형성할 수 있고, -(CRfRg)n-의 n은 1 또는 2의 정수임),
    Xa 및 Xb는 각각 독립적으로 -O-, -S-, -Se-, -Te-, -NRp-, -SiRqRr- 및 -GeRsRt-에서 선택되고(여기에서 Rp, Rq, Rr, Rs 및 Rt은 각각 독립적으로 수소, 할로겐, 치환 또는 비치환된 C1 내지 C10 알킬기 및 치환 또는 비치환된 C6 내지 C10 아릴기에서 선택됨),
    Z1 내지 Z4은 각각 독립적으로 N 또는 CRx이고(여기에서 Rx는 수소, 중수소, C1 내지 C10 알킬기, C1 내지 C10 할로알킬기, -SiH3, C1 내지 C10 알킬실릴기, -NH2, C1 내지 C10 알킬아민기, C6 내지 C12 아릴기, C3 내지 C12 헤테로아릴기, 할로겐, 시아노기 또는 이들의 조합임),
    Z1 내지 Z4이 CRx인 경우 Rx는 독립적으로 존재하거나 Z1 내지 Z4중 인접하는 두 개가 서로 연결되어 5원 방향족 고리 또는 6원 방향족 고리를 형성할 수 있고,
    *는 화학식 C와의 연결 지점이다.
  29. 제16항에서,
    상기 유기층은 플러렌 또는 플러렌 유도체를 더 포함하는 광전 소자.
  30. 제16항에서,
    상기 유기층의 피크 흡수 파장은 750nm 내지 3000nm의 파장 영역에 속하는 광전 소자.
  31. 제16항 내지 제30항 중 어느 한 항에 따른 광전 소자를 포함하는 유기 센서.
  32. 제31항에 따른 유기 센서를 포함하는 전자 장치.
  33. 제16항 내지 제30항 중 어느 한 항에 따른 광전 소자를 포함하는 전자 장치.
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