JP7655805B2 - 化合物及びそれを含む光電素子、赤外線吸収材、赤外線吸収/遮断フィルム、並びにセンサー及び電子装置 - Google Patents
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Description
近年、低照度環境でのセンサ感度を改善、又は生体認証装置として使用するための赤外線領域の光電素子の研究・開発が課題となっている。
また、本発明の他の目的は、前記化合物を含む光電素子、赤外線吸収材、赤外線吸収/遮断フィルム、並びに前記化合物又は前記光電素子を含むセンサー(例えば、イメージセンサー)、前記光電素子又は前記センサーを含む電子装置を提供することにある。
R1~R4はそれぞれ独立して、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数6~14のアリール基又は炭素数3~12のヘテロアリール基であり、
R11a~R14cはそれぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、シアノ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数6~14のアリール基、炭素数6~14のアリールオキシ基、炭素数3~12のヘテロアリール基、又は下記に示す化学式1Aで表される官能基であり、R11a~R14cの内の少なくとも1つは下記に示す化学式1Aで表される官能基であり、R11a~R14cは互いに独立して存在するか、又は隣接する2個の官能基が互いに連結されてベンゾインドールと縮合環を形成し、
nは、1又は2の整数である。)
L1は、置換又は非置換の炭素数2~15のヘテロ芳香族環基であり、
L2は、置換又は非置換の炭素数2~15のヘテロ芳香族環基、置換又は非置換の炭素数6~30の芳香族環基、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキレン基、又は置換又は非置換の炭素数3~20のシクロアルキレン基であり、
Arは、置換又は非置換の炭素数6~30の芳香族環基、置換又は非置換の炭素数2~30のヘテロ芳香族環基、これらの縮合環、置換又は非置換の炭素数6~30のアリールアミン基、又は置換又は非置換の炭素数2~30のヘテロアリールアミン基であり、
mは0、1又は2である。)
X1、X2及びX3は、それぞれ独立して、O、S、Se、Te、S(=O)、S(=O)2、NRa、SiRbRc、又はGeRdReであり(ここでRa、Rb、Rc、Rd、及びReは、それぞれ独立して、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数6~14のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
それぞれのヘテロ芳香族環の水素は、重水素、ハロゲン、シアノ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数6~10のアリール基、炭素数6~10のアリールオキシ基、-SiH3基、又は炭素数1~10のアルキルシリル基で置換(replace)される。)
X1及びX2は、それぞれ独立して、O、S、Se、Te、S(=O)、S(=O)2、NRa、SiRbRc、又はGeRdReであり(ここでRa、Rb、Rc、Rd、及びReは、それぞれ独立して、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~10のアリールアミン基、炭素数6~14のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z4は、それぞれ独立して、CRx又はNであり(ここでRxは、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~10のアリールアミン基、炭素数6~14のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、但し、化学式1A-16~化学式1A-18中、Z1~Z4の内の1つはCRxであり、Rxは単結合であり、
それぞれの芳香族環の水素は、重水素、ハロゲン、シアノ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~10のハロアルキル基、-SiH3基、又は炭素数1~10のアルキルシリル基で置換(replace)され得る。
前記L1及びL2は、それぞれ独立して、前記化学式1A-11~化学式1A-15から選択されるヘテロ芳香族環基と前記化学式1A-16~化学式1A-20から選択されるヘテロ芳香族環基の組み合わせであることが好ましい。
前記化学式1A中、Arは、下記に示す化学式1B-11~化学式1B-15から選択される芳香族環基であることが好ましい。
X1、X2、及びX3は、それぞれ独立して、O、S、Se、Te、S(=O)、S(=O)2)、NRa、SiRbRc、又はGeRdReであり(ここでRa、Rb、Rc、Rd、及びReは、それぞれ独立して、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数6~14のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
それぞれのヘテロ芳香族環の水素は、重水素、ハロゲン、シアノ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数6~10のアリール基、炭素数6~10のアリールオキシ基、-SiH3基、又は炭素数1~10のアルキルシリル基で置換(replace)される。)
前記化学式1A中、Arは、置換又は非置換のフェニル基、置換又は非置換のナフチル基、置換又は非置換のアセナフテニル(acenaphthenyl)基、置換又は非置換のアントラセニル基、置換又は非置換のフェナントレニル基、置換又は非置換のテトラセニル基、置換又は非置換のピレニル基、置換又は非置換のキノリル基、置換又は非置換のイソキノリル基、置換又は非置換のキノキサリル基、置換又は非置換のキナゾリル基又は置換又は非置換のフェナントロリル基であることが好ましい。
Ar21及びAr22は、それぞれ独立して、置換又は非置換の炭素数6~30のアリール基、及び置換又は非置換の炭素数3~30のヘテロアリール基から選択される。)
Z1~Z10は、それぞれ独立して、N又はCRxであり(ここでRxは水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~12のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z10がCRxの場合、Rxは独立して存在するか、又はZ1~Z10の内の隣接する2個が互いに連結されて5員芳香族環又は6員芳香族環を形成する。)
Xa及びXbは、それぞれ独立して、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-NRa-、-SiRbRc-、及び-GeRdRe-から選択され(ここでRa、Rb、Rc、Rd及びReはそれぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択される)、
Z1~Z6は、それぞれ独立して、N又はCRxであり(ここでRxは水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~12のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z6がCRxの場合、Rxは独立して存在するか、又はZ1~Z6の内の隣接する2個が互いに連結されて5員芳香族環又は6員芳香族環を形成する。)
Ar23及びAr24は、それぞれ独立して、置換又は非置換の炭素数6~30のアレーン基、及び置換又は非置換の炭素数3~15のヘテロアレーン基から選択され、
Gは単結合、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-N=、-NRa-、-SiRbRc-、-GeRdRe-、-(CRfRg)n-、及び-(C(Rh)=C(Ri))-から選択される(ここでRa、Rb、Rc、Rd、Re、Rf、Rg、Rh、及びRiは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択され、RbとRc、RdとRe、RfとRg、又はRhとRiはそれぞれ独立して存在するか、又は互いに連結されて環を形成することができ、-(CRfRg)n-のnは1又は2の整数である)。)
Gは、単結合、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-N=、-NRa-、-SiRbRc-、-GeRdRe-、-(CRfRg)n-、及び-(C(Rh)=C(Ri))-から選択され(ここでRa、Rb、Rc、Rd、Re、Rf、Rg、Rh、及びRiは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択され、RbとRc、RdとRe、RfとRg、又はRhとRiはそれぞれ独立して存在するか、又は互いに連結されて環を形成することができ、-(CRfRg)n-のnは1又は2の整数である)、
Z1~Z8は、それぞれ独立して、N又はCRxであり(ここでRxは水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~12のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z8がCRxの場合、Rxは独立して存在するか、又はZ1~Z8の内の隣接する2個が互いに連結されて5員芳香族環又は6員芳香族環を形成する。)
Gは、単結合、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-N=、-NRa-、-SiRbRc-、-GeRdRe-、-(CRfRg)n-、及び-(C(Rh)=C(Ri))-から選択され(ここでRa、Rb、Rc、Rd、Re、Rf、Rg、Rh、及びRiは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択され、RbとRc、RdとRe、RfとRg、又はRhとRiはそれぞれ独立して存在するか、又は互いに連結されて環を形成することができ、-(CRfRg)n-のnは1又は2の整数である)、
Xa及びXbは、それぞれ独立して、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-NRp-、-SiRqRr-、及び-GeRsRt-から選択され(ここでRp、Rq、Rr、Rs及びRtはそれぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択される)、
Z1~Z4は、それぞれ独立して、N又はCRxであり(ここでRxは水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~12のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z4がCRxの場合、Rxは独立して存在するか、又はZ1~Z4の内の隣接する2個が互いに連結されて5員芳香族環又は6員芳香族環を形成する。)
X1及びX2は、それぞれ独立して、O、S、Se、Te、S(=O)、S(=O)2、NRa、SiRbRec、又はGeRdReであり(ここでRa、Rb、Rc、Rd、及びReは、それぞれ独立して、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~10のアリールアミン基、炭素数6~14のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z4は、それぞれ独立して、CRx又はNであり(ここでRxは水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~10のアリールアミン基、炭素数6~14のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、但し、化学式1B-20中、Z1~Z4の内の1つはCRxであり、Rxは単結合であり、
Ar11及びAr12は、それぞれ独立して、置換又は非置換の炭素数6~30のアレーン基、及び置換又は非置換の炭素数3~30のヘテロアレーン基から選択され、
それぞれの芳香族環又はヘテロ芳香族環の水素は、重水素、ハロゲン、シアノ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数6~10のアリール基、炭素数6~10のアリールオキシ基、-SiH3基、又は炭素数1~10のアルキルシリル基で置換(replace)され得る。)
前記化学式1B-16~化学式1B-25で表される芳香族環基はアリールアミン基で置換され、前記アリールアミン基は、前記化学式1C-1で表されることが好ましい。
前記化学式1C-1は、前記化学式1C-1a又は化学式1C-1bで表されることが好ましい。
前記化学式1B-16~化学式1B-25で表される芳香族環基は、N-含有ヘテロ環基で置換され、前記N-含有ヘテロ環基は、前記化学式1C-2で表されることが好ましい。
前記化学式1C-2は、前記化学式1C-2a、化学式1C-2b、又は化学式1C-2cで表されることが好ましい。
前記化学式1中、R11a~R11cの内の少なくとも1つは前記化学式1Aで表される官能基であり、R13a~R13cの内の少なくとも1つは前記化学式1Aで表される官能基であることが好ましい。
前記化学式1中、R12a~R12cの内の少なくとも1つは前記化学式1Aで表される官能基であり、R14a~R14cの内の少なくとも1つは前記化学式1Aで表される官能基であることが好ましい。
前記化学式1中、R11a及びR13aは前記化学式1Aで表される官能基であることが好ましい。
前記化学式1中、R12a及びR14aは前記化学式1Aで表される官能基であることが好ましい。
前記赤外線吸収材は、約750nm~約3000nmの波長領域でピーク吸収波長を示すことができる。
上記目的を達成するためになされた本発明による他の光電素子は、互いに対向する第1電極と第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に位置する光活性層と、前記第1電極と光活性層との間又は第2電極と光活性層との間に電荷補助層とを含み、前記第1電極、第2電極、光活性層又は電荷補助層の内の少なくとも一つは前記化学式1で表される化合物を含むことを特徴とする。
上記目的を達成するためになされた本発明によるイメージセンサーは、半導体基板、半導体基板上に位置し、第1赤外線波長領域の光を選択的に吸収するように構成された第1光電素子、及び前記第1赤外線波長領域と異なる別途の波長領域の光を選択的に吸収するように構成された追加センサーを含むことを特徴とする。
前記第1光電素子は、上述した化学式1で表される化合物を含み得る。
前記追加センサーは、半導体基板内に少なくとも部分的に内蔵された赤外線センサーであり得、前記別途の波長領域は第1赤外線波長領域と異なる別途の赤外線波長領域であり得る。前記第1光電素子と赤外線センサーは半導体基板の上面に垂直の方向に重なり得る。
前記追加センサーは半導体基板内に少なくとも部分的に内蔵された複数のフォトダイオードを含み得、複数のフォトダイオードは別途の可視波長領域で光を選択的に吸収するように構成され、第1光電素子と複数のフォトダイオードは半導体基板の上面に垂直の方向に重なり得る。
前記追加センサーは第1光電素子と半導体基板との間に垂直に積層された少なくとも一つの追加光電素子を含み得る。少なくとも一つの追加光電素子はそれぞれ光電変換層を含み得、第1赤外線波長領域と異なる別途の波長領域の光を選択的に吸収するように構成され得る。
前記第1光電素子は互いに対向する第1電極と第2電極と、前記第1電極と第2電極との間に光活性層とを含み、前記光活性層は上述した化合物を含む。
第1光電素子は、互いに対向する第1電極と第2電極と、第1電極と第2電極との間の光活性層と、光活性層と第1電極との間又は光活性層と第2電極との間の電荷補助層とを含み、前記第1電極、第2電極、光活性層又は電荷補助層の内の少なくとも一つは上述した化合物を含み得る。
しかし、実際に適用される構造は様々な異なる形態で具現され、ここで説明する実施形態に限定されない。
図面では様々な層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示している。
層、膜、領域、板などの部分が他の部分の「上に」あるというとき、これは他の部分の「直上に」ある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の「直上」にあるというときは、その中間に他の部分がないことを意味する。
図面では本実施形態を明確に説明するために説明上不要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一又は類似の構成要素については同じ参照符号を付与した。
本明細書において「組み合わせ」とは、2以上の混合物、相互置換及び2以上の積層構造を含む。
本明細書において別途の定義がない限り、「芳香族環」とは、環状の官能基の全ての元素がp-オービタルを有しており、これらのp-オービタルが共役(conjugation)を形成している官能基を意味し、「ヘテロ芳香族環」とは、ヘテロ原子を含む芳香族環を意味する。
「芳香族環」は、炭素数6~30のアレーン基、例えば、炭素数6~20のアレーン基又は炭素数6~30のアリール基、例えば炭素数6~20のアリール基を意味し、「ヘテロ芳香族環」は、炭素数3~30のヘテロアレーン基、例えば炭素数3~20のヘテロアレーン基又は炭素数6~30のヘテロアリール基、例えば、炭素数6~20のヘテロアリール基であり得る。
ヘテロアリール基が縮合環の場合、ヘテロアリール基を形成する環の内の少なくとも1つがヘテロ原子を有し、それぞれの環ごとにヘテロ原子を有する。
本明細書において別途の定義がない限り、「環」は、芳香族環、非芳香族環、ヘテロ芳香族環、ヘテロ非芳香族環、これらの縮合環及び/又はこれらの組み合わせを意味する。
芳香族環は、上述した通りであり、非芳香族環は、炭素数3~30のシクロアルキル基、炭素数3~30のシクロアルケニル基、炭素数3~30のシクロアルキニル基であり得る。
本明細書において別途の定義がない限り、置換又は非置換のアルキレン基において、「置換されたアルキレン基」は、少なくとも1つの水素が前記置換基で置換されるか、又は少なくとも1つのメチレン基が-O-、-C(=O)-、-OC(=O)-又は-C(=O)O-で置換されたものであり得る。
また、シアノ含有基は、=CRx‘-(CRxRy)p-CRy’(CN)2で表される官能基のような2価の官能基を含むことができ、ここで、Rx、Ry、Rx‘及びRy’は、それぞれ独立して水素又はC1~C10のアルキル基であり、pは、0~10(又は1~10)の整数である。
例えば、ジシアノメチル基(dicyanomethyl group)、ジシアノメテニル基(dicyanomethenyl group)又はシアノメチニル基(cyanomethynyl group)がある。
R1~R4は、それぞれ独立して、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数6~14のアリール基、又は炭素数3~12のヘテロアリール基であり、
R11a~R14cは、それぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、シアノ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数6~14のアリール基、炭素数6~14のアリールオキシ基、炭素数3~12のヘテロアリール基、又は下記に示す化学式1Aで表される官能基であり、R11a~R14cの内の少なくとも1つは下記に示す化学式1Aで表される官能基であり、R11a~R14cは互いに独立して存在するか、又は隣接する2個の官能基が互いに連結されてベンゾインドールと縮合環を形成することができ、
nは、1又は2の整数である。
L1は、置換又は非置換の炭素数2~15のヘテロ芳香族環基であり、
L2は、置換又は非置換の炭素数2~15のヘテロ芳香族環基、置換又は非置換の炭素数6~30の芳香族環基、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキレン基、又は置換又は非置換の炭素数3~20のシクロアルキレン基であり、
Arは、置換又は非置換の炭素数6~30の芳香族環基、置換又は非置換の炭素数2~30のヘテロ芳香族環基、これらの縮合環(置換又は非置換の炭素数6~30の芳香族環基及び/又は置換又は非置換の炭素数2~30のヘテロ芳香族環基の縮合環)、置換又は非置換の炭素数6~30のアリールアミン基、又は置換又は非置換の炭素数2~30のヘテロアリールアミン基であり、
mは0、1又は2である。
小さなバンドギャップエネルギーを持つためには共役長を長くするが、共役長が長くなると膜形成工程が容易ではない。
化学式1で表される化合物は、電子受容特性を有する共役構造のコア(化学式1においてスクアレイン(squaraine、SQ)又はクロコナイン(croconaine、CR))に電子供与性のベンゾインドール(benzo[cd]indole)モイエティを含み、モイエティは、化学式1Aで表される官能基を含む。
化学式1Aで表される官能基は、化学式1で表される化合物を、吸収波長を長波長にシフト(shift)させることができ、吸光係数を高める。
化学式1Aで表される官能基は、L1、L2、及びArの多様な組み合わせで、化学式1で表される化合物のバンドギャップを容易に調整(tune)することができる。
以下、化合物、フィルム、層などのエネルギーバンドギャップ(又はバンドギャップエネルギーともいう)はHOMOエネルギー準位とLUMOエネルギー準位との差の絶対値を意味する。
後述する表2に示されているように、一部の実施形態において、化学式1で表される化合物又は化合物を含む層、フィルムなどのエネルギーバンドギャップは約0.99eV~約1.40eV、例えば、約0.99eV~約1.18eVであり得る。
化学式1A中、L1及びL2は互いに同一又は異なり、それぞれ独立してヘテロ芳香族環基であり、Arは置換又は非置換の炭素数6~30の芳香族環基、置換又は非置換の炭素数2~30のヘテロ芳香族環基、これらの縮合環、置換又は非置換の炭素数6~30のアリールアミン基、又は置換又は非置換の炭素数2~30のヘテロアリールアミン基であり得る。
X1、X2、及びX3は、それぞれ独立して、O、S、Se、Te、S(=O)、S(=O)2、NRa、SiRbRc、又はGeRdReであり(ここでRa、Rb、Rc、Rd、及びReはそれぞれ独立して、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数6~14のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
それぞれのヘテロ芳香族環の水素は、重水素、ハロゲン、シアノ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数6~10のアリール基、炭素数6~10のアリールオキシ基、-SiH3基、又は炭素数1~10のアルキルシリル基で置換される。
X1及びX2は、それぞれ独立して、O、S、Se、Te、S(=O)、S(=O)2、NRa、SiRbRc、又はGeRdRgeであり(ここでRa、Rb、Rc、Rd、及びReはそれぞれ独立して、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~10のアリールアミン基、炭素数6~14のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z4は、それぞれ独立して、CRx又はNであり(ここでRxは水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~10のアリールアミン基、炭素数6~14のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、但し、化学式1A-16~化学式1A-18中、Z1~Z4の内の1つはCRxであり、Rxは単結合であり、
それぞれの芳香族環又はヘテロ芳香族環の水素は、重水素、ハロゲン、シアノ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~10のハロアルキル基、-SiH3基、又は炭素数1~10のアルキルシリル基で置換される。
ここで、これらの組み合わせとは、化学式1A-11~化学式1A-15から選択されるヘテロ芳香族環基と化学式1A-16~化学式1A-20から選択されるヘテロ芳香族環基が単結合又は置換又は非置換の炭素数1~6のアルキレン基(例えば、メチレン基)によって連結されることを意味する。
X1、X2、及びX3は、それぞれ独立して、O、S、Se、Te、S(=O)、S(=O)2、NRa、SiRbRc、又はGeRdReであり(ここでRa、Rb、Rc、Rd、及びReは、それぞれ独立して、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数6~14のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
それぞれのヘテロ芳香族環の水素は、重水素、ハロゲン、シアノ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数6~10のアリール基、炭素数6~10のアリールオキシ基、-SiH3基、又は炭素数1~10のアルキルシリル基で置換される。
本発明の一実施形態において、Arの置換基は、ハロゲン又は炭素数1~30のアルコキシ基である。
Ar21Ar22はそれぞれ独立して、置換又は非置換の炭素数6~30のアリール基、及び置換又は非置換の炭素数3~30のヘテロアリール基から選択される。
Z1~Z10は、それぞれ独立して、N又はCRxであり(ここで、Rxは、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~12のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z10がCRxの場合、Rxは独立して存在するか、又はZ1~Z10の内の隣接する2個が互いに連結されて5員芳香族環又は6員芳香族環を形成する。
本発明の一実施形態において、化学式1C-1aのZ3及びZ8は、CRxであり、Rxは、炭素数1~10のハロアルキル基又は炭素数1~10のアルコキシ基であり得る。
a及びbは、それぞれ独立して、1~5の整数であり、
c及びdは、それぞれ独立して、1~4の整数であり
eは、1~3の整数であり、
R3a~R3eは、それぞれ独立して、水素、置換又は非置換の炭素数1~30のアルキル基、置換又は非置換の炭素数6~30のアリール基、置換又は非置換の炭素数3~30のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基(-CN)、シアノ含有基、及びこれらの組み合わせから選択されるか、又は選択的に(optionally)、a、b、c、d、及びeが2以上の場合、複数のR3aの内の互いに隣接する2個、複数のR3bの内の互いに隣接する2個、複数のR3cの内の互いに隣接する2個、複数のR3dの内の互いに隣接する2個、又は複数のR3eの内の互いに隣接する2個が互いに連結されて5員芳香族環又は6員芳香族環を形成する。
Xa及びXbは、それぞれ独立して、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-NRa-、-SiRbRc-、及び-GeRdRe-から選択され(ここで、Ra、Rb、Rc、Rd、及びReは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択される)、
Z1~Z6は、それぞれ独立して、N又はCRxであり(ここで、Rxは、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~12のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z6がCRxの場合、Rxは独立して存在するか、又はZ1~Z6の内の隣接する2個が互いに連結されて5員芳香族環又は6員芳香族環を形成する。
本発明の一実施形態において、化学式1C-1a中のZ2及びZ5は、CRxであり、Rxは、炭素数1~10のハロアルキル基又は炭素数1~10のアルコキシ基であり得る。
Ar23及びAr24は、それぞれ独立して、置換又は非置換の炭素数6~30のアレーン基、及び置換又は非置換の炭素数3~15のヘテロアレーン基から選択され、
Gは、単結合、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-N=、-NRa-、-SiRbRc-、-GeRdRe-、-(CRfRg)n-、及び-(C(Rh)=C(Ri))-から選択される(ここで、Ra、Rb、Rc、Rd、Re、Rf、Rg、Rh、及びRiは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択され、RbとRc、RdとRe、RfとRg、又はRhとRiは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに連結されて環を形成し、
-(CRfRg)n-のnは、1又は2の整数である)。
Gは、単結合、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-N=、-NRa-、-SiRbRc-、-GeRdRe-、-(CRfRg)n-、及び-(C(Rh)=C(Ri))-から選択され(ここで、Ra、Rb、Rc、Rd、Re、Rf、Rg、Rh、及びRiは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択され、RbとRc、RdとRe、RfとRg、又はRhとRiは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに連結されて環を形成し、-(CRfRg)n-のnは、1又は2の整数である)、
Z1~Z8は、それぞれ独立して、N又はCRxであり(ここでRxは水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~12のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z8がCRxの場合、Rxは、独立して存在するか、又はZ1~Z8の内の隣接する2個が互いに連結されて5員芳香族環又は6員芳香族環を形成する。
本発明の一実施形態において、化学式1C-2a中のZ3及びZ7は、CRxであり、Rxは、炭素数1~10のハロアルキル基又は炭素数1~10のアルコキシ基であり得る。
本発明の一実施形態によれば、化学式1C-2a中、Z1~Z4の内の少なくとも1つ及び/又はZ5~Z8の内の少なくとも1つは、Nであり得る。
本発明の一実施形態によれば、化学式1C-2a中、Z1~Z4の内の少なくとも2つ及び/又はZ5~Z8の内の少なくとも2つは、Nであり得る。
a及びbは、それぞれ独立して、1~4の整数であり、
c及びdは、それぞれ独立して、1~3の整数であり、
eは、1又は2の整数であり、
Gは、単結合、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-N=、-NRa-、-SiRbRc-、-GeRdRe-、-(CRfRg)n-、及び-(C(Rh)=C(Ri))-から選択され(ここで、Ra、Rb、Rc、Rd、Re、Rf、Rg、Rh、及びRiは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択され、RbとRc、RdとRe、RfとRg、又はRhとRiは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに連結されて環を形成し、-(CRfRg)n-のnは、1又は2の整数である)、
R3a~R3eは、それぞれ独立して、水素、置換又は非置換の炭素数1~30のアルキル基、置換又は非置換の炭素数6~30のアリール基、置換又は非置換の炭素数3~30のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基(-CN)、シアノ含有基、及びこれらの組み合わせから選択されるか、又は選択的に(optionally)、a、b、c、d、及びeが2以上の場合、複数のR3aの内の互いに隣接する2個、複数のR3bの内の互いに隣接する2個、複数のR3cの内の互いに隣接する2個、複数のR3dの内の互いに隣接する2個、又は複数のR3eの内の互いに隣接する2個が互いに連結されて5員芳香族環又は6員芳香族環を形成する。
Gは、単結合、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-N=、-NRa-、-SiRbRc-、-GeRdRe-、-(CRfRg)n-、及び-(C(Rh)=C(Ri))-から選択され(ここで、Ra、Rb、Rc、Rd、Re、Rf、Rg、Rh、及びRiは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択され、RbとRc、RdとRe、RfとRg、又はRhとRiは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに連結されて環を形成し、-(CRfRg)n-のnは、1又は2の整数である)、
Xa及びXbは、それぞれ独立して、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-NRp-、-SiRqRr-、及び-GeRsRt-から選択され(ここで、Rp、Rq、Rr、Rs、及びRtは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択される)、
Z1~Z4は、それぞれ独立して、N又はCRxであり(ここで、Rxは、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~12のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z4がCRxの場合、Rxは独立して存在するか、又はZ1~Z4の内の隣接する2個が互いに連結されて5員芳香族環又は6員芳香族環を形成する。
本発明の一実施形態において、化学式1C-2b中のZ2及びZ4は、CRxであり、Rxは、炭素数1~10のハロアルキル基又は炭素数1~10のアルコキシ基であり得る。
本発明の一実施形態によれば、化学式1C-2b中のZ1とZ2の内の少なくとも1つ及び/又はZ3とZ4の内の少なくとも1つは、Nであり得る。
本発明の一実施形態によれば、化学式1C-2b中、Z1とZ2及び/又はZ3とZ4は、Nであり得る。
Gは、単結合、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-N=、-NRa-、-SiRbRc-、-GeRdRe-、-(CRfRg)n-、及び-(C(Rh)=C(Ri))-から選択され(ここで、Ra、Rb、Rc、Rd、Re、Rf、Rg、Rh、及びRiは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択され、RbとRc、RdとRe、RfとRg、又はRhとRiは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに連結されて環を形成し、-(CRfRg)n-のnは、1又は2の整数である)、
Xa及びXbは、それぞれ独立して、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-NRp-、-SiRqRr-、及び-GeRsRt-から選択され(ここで、Rp、Rq、Rr、Rs、及びRtは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択される)、
Z1~Z4は、それぞれ独立して、N又はCRxであり(ここで、Rxは、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~12のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z4がCRxの場合、Rxは、独立して存在するか、又はZ1~Z4の内の隣接する2個が互いに連結されて5員芳香族環又は6員芳香族環を形成する。
本発明の一実施形態において、化学式1C-2c中のZ2及びZ4はCRxであり、Rxは炭素数1~10のハロアルキル基又は炭素数1~10のアルコキシ基であり得る。
本発明の一実施形態によれば、前記化学式1C-2c中、Z1とZ2の内の少なくとも1つ及び/又はZ3とZ4の内の少なくとも1つはNであり得る。本発明の一実施形態によれば、前記化学式1C-2c中、Z1とZ2及び/又はZ3とZ4はNであり得る。
X1及びX2は、それぞれ独立して、O、S、Se、Te、S(=O)、S(=O)2、NRa、SiRbRc、又はGeRdReであり(ここで、Ra、Rb、Rc、Rd、及びReは、それぞれ独立して、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~10のアリールアミン基、炭素数6~14のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z4は、それぞれ独立して、CRx又はNであり(ここで、Rxは、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~10のアリールアミン基、炭素数6~14のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、但し、化学式1B-20中のZ1~Z4の内の1つは、CRxであり、Rxは、単結合であり、
Ar11及びAr12は、それぞれ独立して、置換又は非置換の炭素数6~30のアレーン基、及び置換又は非置換の炭素数3~30のヘテロアレーン基から選択され、
それぞれの芳香族環又はヘテロ芳香族環の水素は、重水素、ハロゲン、シアノ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数6~10のアリール基、炭素数6~10のアリールオキシ基、-SiH3基、又は炭素数1~10のアルキルシリル基で置換される。
Z1~Z6は、それぞれ独立して、N又はCRxであり(ここで、Rxは、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~12のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z4がCRxの場合、Rxは、独立して存在するか、又はZ1~Z4の内の隣接する2個が互いに連結されて5員芳香族環又は6員芳香族環を形成する。
Z1~Z8は、それぞれ独立して、N又はCRxであり(ここで、Rxは、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~12のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Xa及びXbは、それぞれ独立して、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-NRp-、-SiRqRr-、及び-GeRsRt-から選択され(ここで、Rp、Rq、Rr、Rs、及びRtは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択される)、
化学式1B-18-1中、Z1~Z8がCRxの場合、Rxは、独立して存在するか、又はZ1~Z4の内の隣接する2個及び/又はZ5~Z8の内の隣接する2個が互いに連結されて5員芳香族環又は6員芳香族環を形成し、
化学式1B-18-2中、Z1及びZ2及び/又はZ3及びZ4がCRxの場合、Rxは、独立して存在するか、又はZ1及びZ2及び/又はZ3及びZ4は、互いに連結されて5員芳香族環又は6員芳香族環を形成する。
Z1~Z10は、それぞれ独立して、N又はCRxであり(ここで、Rxは、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~12のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z5~Z8がCRxの場合、Rxは、独立して存在するか、又はZ5~Z8の内の隣接する2個が互いに連結されて5員芳香族環又は6員芳香族環を形成する。
上記化学式1B-16~化学式1B-25(例えば、化学式1B-17-1、化学式1B-17-2、化学式1B-18-1、化学式1B-18-2、化学式1B-20-1及び化学式1B-20-2)で表される芳香族環基はアリールアミン基又はヘテロアリールアミン基で置換され、上記アリールアミン基又はヘテロアリールアミン基は上記化学式1C-1で表される。上記化学式1C-1は上記化学式1C-1a又は化学式1C-1bで表される。
化学式1C-2は、化学式1C-2a、化学式1C-2b、又は化学式1C-2cで表される。
化学式1Aで表される官能基が2個以上存在する場合、共役構造のコア(化学式1中、スクアレイン(squaraine、SQ)又はクロコナイン(croconaine、CR))に対して対称位置又は非対称位置に連結され得る。
化学式1中、R11a、R11b、R11c、R12a、R12b、及びR12cの内の少なくとも1つは、化学式1Aで表される官能基であり、R13a、R13b、R13c、R14a、R14b、及びR14cの内の少なくとも1つは、化学式1Aで表される官能基であり得る。
また、R12a~R12cの内の少なくとも1つは、化学式1Aで表される官能基であり、R14a~R14cの内の少なくとも1つは、化学式1Aで表される官能基であり得る。
また、R11a及びR13aは、化学式1Aで表される官能基であり得る。
また、R12a及びR14aは、化学式1Aで表される官能基であり得る。
本発明の一実施形態において、R11a、R11b、R11c、R12a、R12b、R12c、R13a、R13b、R13c、R14a、R14b、及びR14cの内の互いに隣接する2個の官能基が連結されて炭素数6~10のアレーン基(ベンゼン、ナフタレンなど)又は炭素数3~10のヘテロアレーン基(例えば、チオフェン、ピロール、ピリジン、ピリミジンなど)を形成し、このようなアレーン基又はヘテロアレーン基がベンゾインドールと縮合環を形成する。
化合物のピーク吸収波長は、例えば、約750nm~3000nmの波長領域に属し、上記の範囲内で、例えば、約750nm~2500nm、例えば、約780nm~2200nm、例えば、約790nm~2100nm、例えば、約800nm~2000nm、例えば、約810nm~2000nm、例えば、約820nm~2000nm、又は例えば、約830nm~2000nmの波長領域に属する。
一実施形態において、本発明の化合物又は化合物を含む層、フィルムなどは例えば、約1000nm~約3000nm、例えば、約1060nm~約1350nmのピーク吸収波長(λmax)を有する。
本発明の他の実施形態は、本発明の化合物を含む赤外線吸収材及び赤外線吸収/遮断フィルムを提供する。
本発明の化合物、赤外線吸収材、及び赤外線吸収/遮断(吸収及び/又は遮断)フィルムは、赤外線波長領域の吸光特性が要求される多様な分野に適用され得る。
化合物及び赤外線吸収材は、近赤外線/赤外線波長領域の吸光特性及び光電特性を同時に有するので、光電変換物質に効果的に用いることができる。
図1を参照すると、本発明の一実施形態による光電素子100は、互いに対向する第1電極10と第2電極20、及び第1電極10と第2電極20との間に配置される光活性層30を含む。
基板は、例えば、ガラスなどの無機物質、ポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリアミド、ポリエーテルスルホン、又はこれらの組み合わせなどの有機物質又はシリコンウェハーなどで作られる。
基板は、省略され得る。
例えば、第1電極10はアノードであり、第2電極20はカソードである。
第1電極10と第2電極20の内の少なくとも1つは透光電極であり得、透光電極は、例えば、インジウム錫オキシド(indium tin oxide:ITO)、インジウム亜鉛オキシド(indium zinc oxide:IZO)、亜鉛酸化物(ZnO)、スズ酸化物(SnO2)、アルミニウムスズ酸化物(AlTO)、及びフッ素ドーピングされたスズ酸化物(FTO)などの導電性酸化物、又は薄い厚さの単一層又は複数層の金属薄膜で作られる。
第1電極10と第2電極20の内の1つが不透光電極の場合、例えば、アルミニウム(Al)、銀(Ag)、又は金(Au)などの不透明導電体で作られる。
一例として、第1電極10と第2電極20は、いずれも透光電極であり得る。
一例として、第2電極20は、光を受ける側に位置する受光電極(light receiving electrode)であり得る。
p型半導体とn型半導体は、それぞれ少なくとも一部の波長領域の光を吸収する吸光物質であり、上述した化学式1で表される化合物又は赤外線吸収材は、p型半導体又はn型半導体として用いることができる。
一例として、上述した化学式1で表される化合物又は赤外線吸収材は、p型半導体に用いることができ、n型半導体としてフラーレン又はフラーレン誘導体を含み得る。
従って、光活性層30は、例えば、約750nm以上、約780nm以上、約790nm以上、約800nm以上、約810nm以上、約820nm以上又は約830nm以上、例えば、約750nm~3000nm、約750nm~2500nm、約780nm~2200nm、約790nm~2100nm、約800nm~2000nm、約810nm~2000nm、約820nm~2000nm又は約830nm~2000nmの波長領域でピーク吸収波長(peak absorption wavelength、λmax)を示し得る。
光活性層30は、p型半導体とn型半導体を含む真性層を含み、この時、p型半導体とn型半導体は、約1:9~9:1の体積比で含まれ、上記の範囲内で、例えば、約2:8~8:2の体積比で含まれ、上記の範囲内で、例えば、約3:7~7:3の体積比で含まれ、上記の範囲内で、例えば、約4:6~6:4の体積比で含まれ、上記の範囲内で、例えば、約5:5の体積比で含まれる。
p型層は、上述したp型半導体を含み、n型層は、上述したn型半導体を含む。
例えば、p型層/I層、I層/n型層、p型層/I層/n型層などの多様な組み合わせで含まれる。
光電素子100は、第1電極10と光活性層30との間及び/又は第2電極20と光活性層30との間に配置される補助層をさらに含む。
補助層は、電荷補助層又は光学補助層である。
図2は、本発明の他の実施形態による光電素子の概略構成を示す断面図である。
図2を参照すると、本実施形態による光電素子100’は、上述した実施形態と同様に互いに対向する第1電極10と第2電極20、及び第1電極10と第2電極20の間に位置する光活性層30を含む。
しかし、本実施形態による光電素子100’は、上述した実施形態とは異なり、第1電極10と光活性層30との間、及び第2電極20と光活性層30との間にそれぞれ電荷補助層(40、45)をさらに含む。
電荷補助層(40、45)は、正孔の注入を容易にする正孔注入層(hole injecting layer:HIL)、正孔の輸送を容易にする正孔輸送層(hole transporting layer:HTL)、電子の移動を阻止する電子遮断層(electron blocking layer:EBL)、電子の注入を容易にする電子注入層(electron injecting layer:EIL)、電子の輸送を容易にする電子輸送層(electron transporting layer:ETL)、及び正孔の移動を阻止する正孔遮断層(hole blocking layer:HBL)から選択される少なくとも1つを含む。
電荷補助層(40、45)は、例えば、有機物、無機物、又は有機-無機物を含む。
有機物は、正孔又は電子特性を有する有機化合物であり、無機物は、例えば、モリブデン酸化物、タングステン酸化物、ニッケル酸化物などの金属酸化物である。
電荷補助層(40、45)は、例えば、上述した赤外線吸収材を含む。
一実施形態で、光電素子100’は、少なくとも一つの電荷補助層(第1電荷補助層40及び第2電荷補助層45の内の少なくとも一つ)を含み、第1電極10、第2電極20、光活性層30又は電荷補助層の内の少なくとも一つは上述した化学式1で表される化合物を含み得る。
電荷補助層40及び/又は45は、本発明の化合物を含み、第1電極10、第2電極20、及び光活性層30は、本発明の化合物を含んでいないこともある。
電荷補助層40及び/又は45と光活性層30は本発明の化合物を含み、第1電極10と第2電極20は、本発明の化合物を含んでいないこともある。
光活性層30は、本発明の化合物を含み、第1電極10、第2電極20、及び電荷補助層40及び/又は45は、本発明の化合物を含んでいないこともある。
例えば、光学補助層は、第2電極20と光活性層30との間に配置される。
反射防止層は、光が入射される側に配置して入射光の反射度を低くすることによって光吸収度をさらに改善することができる。
例えば、第1電極10側に光が入射される場合、反射防止層47は、第1電極10の一面に配置され、第2電極20側に光が入射される場合、反射防止層は、第2電極20の一面に配置される。
反射防止層47は、例えば約1.6~2.5の屈折率を有する物質を含み、例えば、上記範囲の屈折率を有する金属酸化物、カルコゲン酸化物、準金属酸化物(semi-metal oxide)、金属硫化物、及び有機物の内の少なくとも1つを含み得る。
エキシトンは、光活性層30において正孔と電子に分離され、分離された正孔は、第1電極10及び第2電極20の内の一方のアノード側に移動し、分離された電子は、第1電極10及び第2電極20の内の他方のカソード側に移動して電流が流れる。
光電素子(100、100’)は、イメージセンサー(CMOSイメージセンサー)、光検出器、光センサー(赤外光センサー)などのセンサー、太陽電池などに適用されるが、これらに限定されるものではない。
光電素子は、例えば、センサーに適用される。
センサーは、有機CMOSセンサーであり、例えば、有機CMOS赤外光センサー又は有機CMOSイメージセンサーである。
図3は、本発明の一実施形態によるイメージセンサーの概略構成を示す断面図である。
図3を参照すると、本発明の一実施形態によるイメージセンサー200は、半導体基板110、絶縁層80及び光電素子100を含む。
図3には、図1の光電素子100を含むイメージセンサー200を示したが、イメージセンサー200は、図2の光電素子100’を含むこともできる。
電荷貯蔵所55は、画素ごとに集積されている。
電荷貯蔵所55は、光電素子100に電気的に接続されており、電荷貯蔵所55の情報は、伝送トランジスターによって伝えられる。
半導体基板110の上にはまた、金属配線(図示せず)及びパッド(図示せず)が形成される。
金属配線及びパッドは、信号遅延を減らすために低い比抵抗を有する金属、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)及びこれらの合金で作られるが、これらに限定されるものではない。
しかし、上記構造に限定されず、金属配線及びパッドを半導体基板110の下部に配置することもできる。
絶縁層80は、酸化ケイ素及び/又は窒化ケイ素などの無機絶縁物質、又はSiC、SiCOH、SiCO、及びSiOFなどの低誘電率(low K)物質で作られる。
絶縁層80は、電荷貯蔵所55を露出させるトレンチ85を有する。
トレンチ85は、充填材で満たされる。
光電素子100は、上述のように第1電極10、光活性層30、及び第2電極20を含む。
図には、第1電極10、光活性層30、及び第2電極20が順次積層された構造を提示的に示すが、これに限定されず、第2電極20、光活性層30、及び第1電極10の順に配置してもよい。
第1電極10及び第2電極20は、両方とも透明電極であり、光活性層30は、上述した通りである。
光活性層30は、赤外線波長領域の光を選択的に吸収する。
第2電極20側から入射した光は、光活性層30で赤外線波長領域の光が主として吸収されて光電変換される。
集光レンズは、入射光の方向を制御して光を1つの地点に集める。
集光レンズは、例えば、シリンダー状又は半球状であるが、これらに限定されるものではない。
図4を参照すると、本発明の他の実施形態によるイメージセンサー300は、光感知素子(50a、50b、50c)、伝送トランジスター(図示せず)及び電荷貯蔵所55が集積されている半導体基板110、下部絶縁層60、色フィルター層(70a、70b、70c)、上部絶縁層80、及び光電素子100を含む。
光感知素子(50a、50b、50c)は、光ダイオード(例えば、シリコン基盤のダイオード)である。
光感知素子(50a、50b、50c)、伝送トランジスター及び/又は電荷貯蔵所55は、画素ごとに集積されており、一例として、光感知素子50aは、赤色画素に含まれ、光感知素子50Bは、緑色画素に含まれ、光感知素子50cは、青色画素に含まれる。
光感知素子(50a、50b、50c)は、光をセンシングし、センシングされた情報は、伝送トランジスターによって伝えられ、電荷貯蔵所55は、光電素子100に電気的に接続されており、電荷貯蔵所55の情報は、伝送トランジスターによって伝えられる。
金属配線及びパッドは、信号遅延を減らすために低い比抵抗を有する金属、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、及びこれらの合金で作られるが、これらに限定されるものではない。
しかし、上記構造に限定されず、金属配線及びパッドを光感知素子(50a、50b)の下部に配置することもできる。
金属配線及びパッドの上には下部絶縁層60が形成される。下部絶縁層は、絶縁層80で説明された物質で形成され得る。
色フィルター(70a、70b、70c)は、赤色画素に形成されている赤色フィルター70a、緑色画素に形成されている緑色フィルター70b、及び青色画素に形成されている青色フィルター70cを含む。
色フィルター(70a、70b、70c)の上には、上部絶縁層80が形成される。
上部絶縁層80は、色フィルター(70a、70b、70c)による段差を除去して平坦化する。
光電素子100は、上述のように第1電極10、光活性層30、及び第2電極20を含む。
図には、第1電極10、光活性層30、及び第2電極20が順次積層された構造を例示的に示したが、これに限定されず、第2電極20、光活性層30、及び第1電極10の順に配置してもよい。
第1電極10及び第2電極20は、両方とも透明電極であり、光活性層30は上述した通りである。
光活性層30は、赤外線波長領域の光を選択的に吸収する。
残りの波長領域の光は、第1電極10及び色フィルター(70a、70b、70c)を通過し、色フィルター70aを通過した赤色波長領域の光は、光感知素子50aによってセンシングし、色フィルター70bを通過した緑色波長領域の光は、光感知素子50bによってセンシングし、色フィルター70cを通過した青色波長領域の光は、光感知素子50cによってセンシングする。
図5を参照すると、本実施形態によるイメージセンサー400は、赤外光電荷貯蔵所55IR、青色光電荷貯蔵所55B、緑色光電荷貯蔵所55G、赤色光電荷貯蔵所55R、及び伝送トランジスター(図示せず)が集積されている半導体基板110、下部絶縁層65、青色光感知素子100B、緑色光感知素子100G、赤色光感知素子100R、及び赤外光感知素子100IRを含む。
青色光電荷貯蔵所55B、緑色光電荷貯蔵所55G、及び赤色光電荷貯蔵所55Rは、各青色画素、緑色画素及び赤色画素ごとに集積されている。
赤外光電荷貯蔵所55IR、青色光電荷貯蔵所55B、緑色光電荷貯蔵所55G、及び赤色光電荷貯蔵所55Rは、赤外光感知素子100IR、青色光感知素子100B、緑色光感知素子100G、及び赤色光感知素子100Rで吸収した電荷が移動して集積される部分で、それぞれ赤外光感知素子100IR、青色光感知素子100B、緑色光感知素子100G、及び赤色光感知素子100Rに電気的に接続されている。
金属配線及びパッドは、信号遅延を減らすために低い比抵抗を有する金属、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、及びこれらの合金で作られるが、これらに限定されるものではない。
金属配線及びパッドの上には、下部絶縁層65が形成される。
下部絶縁層65は、酸化ケイ素及び/又は窒化ケイ素などの無機絶縁物質、又はSiC、SiCOH、SiCO、及びSiOFなどの低誘電率(low K)物質で作られる。
青色光感知素子100Bは、第1電極10B、第2電極20B、及び青色波長領域の光を選択的に吸収する光活性層30Bを含み、緑色光感知素子100Gは、第1電極10G、第2電極20G、及び緑色波長領域の光を選択的に吸収する光活性層30Gを含み、赤色光感知素子100Rは、第1電極10R、第2電極20R、及び赤色波長領域の光を選択的に吸収する光活性層30Rを含み、赤外光感知素子100IRは、第1電極10IR、第2電極20IR、及び赤外光波長領域の光を選択的に吸収する光活性層30IRを含む。
青色光感知素子100Bの光活性層30Bは、青色波長領域の光を選択的に吸収するp型半導体化合物と青色波長領域の光を選択的に吸収するn型半導体化合物を含み、緑色光感知素子100Gの光活性層30Gは、緑色波長領域の光を選択的に吸収するp型半導体化合物と緑色波長領域の光を選択的に吸収するn型半導体化合物を含み、赤色光感知素子100Rの光活性層30Rは、赤色波長領域の光を選択的に吸収するp型半導体化合物と赤色波長領域の光を選択的に吸収するn型半導体化合物を含み、赤外光感知素子100IRの光活性層30IRは、上述した本発明の化合物を含む。
赤外光感知素子100IRは、可視光領域の吸収なしに、約750nm以上約3000nm以下の赤外線領域の光を選択的に吸収する。
図6を参照すると、イメージセンサー500は、赤外光電荷貯蔵所55IR、青色光電荷貯蔵所55B、緑色光電荷貯蔵所55G、赤色光電荷貯蔵所55R、及び伝送トランジスター(図示せず)が集積されている半導体基板110、下部絶縁層65、上部絶縁層90、青色光感知素子100B、緑色光感知素子100G、赤色光感知素子100R、及び赤外光感知素子100IRを含む。
赤外光感知素子100IRは、青色光感知素子100B、緑色光感知素子100G、赤色光感知素子100Rの前面に形成される。
残りの構成は、図5に示すイメージセンサーと同様である。
このような構成を有するイメージセンサー600を、図7に示す。
赤外光感知素子100IRは、約750nm以上約3000nm以下の赤外線領域の光を選択的に吸収し、広い吸収面積を有することによって効率を向上させる。
一例として、機能が異なる複数のセンサーの内の少なくとも1つは、生体認証センサーであり、生体認証センサーは、例えば、虹彩センサー、距離センサー、指紋センサー、血管分布センサーなどであるが、これらに限定されるものではない。
一例として、機能が異なる複数のイメージセンサーの内の1つは、虹彩センサー(iris sensor)であり、もう1つは、距離センサー(depth sensor)である。
距離センサー(depthsensor)は、3次元客体の情報から客体の形状や位置を把握するセンサーであって、使用者との適切な距離内でセンサーにより客体を撮影し、撮影されたイメージを処理して客体の形状や位置を確認する。
このような距離センサーは、例えば、顔認識センサーに用いられる。
第1波長λ1と第2波長λ2は、例えば、約800nm~3000nmの波長領域内で互いに異なり、例えば、第1波長λ1と第2波長λ2の差は、約30nm以上であり、上記の範囲内で約50nm以上であり、約70nm以上であり、約80nm以上であり、約90nm以上である。
一例として、第1波長λ1と第2波長λ2の内の1つは、約780nm~840nmの波長領域に属し、第1波長λ1と第2波長λ2の内のもう1つは、約910nm~970nmの波長領域に属する。
一例として、第1波長λ1と第2波長λ2の内の1つは、約800nm~830nmの波長領域に属し、第1波長λ1と第2波長λ2の内のもう1つは、約930nm~950nmの波長領域に属する。
一例として、第1波長λ1と第2波長λ2の内の1つは、約805nm~815nmの波長領域に属し、第1波長λ1と第2波長λ2の内のもう1つは、約935nm~945nmの波長領域に属する。
一例として、第1波長λ1と第2波長λ2の内の1つは、約810nmであり、第1波長λ1と第2波長λ2の内のもう1つは、約940nmである。
本実施形態によるイメージセンサー700は、デュアルバンドパスフィルター95、第1赤外光センサー100A、絶縁層80、及び第2赤外光センサー120が集積された(少なくとも部分的に埋め立てられた)半導体基板110を含む。
第1赤外光センサー100Aと第2赤外光センサー120は、例えば、半導体基板110の上面110Sに対して垂直の方向に積層されている。
ここで、その他の光は、紫外線及び可視光線領域の光も含まれる。
第1赤外光センサー100Aは、第1電極10、光活性層30、及び第2電極20を含む。
第1赤外光センサー100Aは、上述した実施形態の光電素子(100、100’)と同様である。
第2赤外光センサー120は、半導体基板110内に集積されており、光感知素子である。
半導体基板110は、例えば、シリコン基板であり、第2赤外光センサー120、電荷貯蔵所55、及び伝送トランジスター(図示せず)が集積されている。
ここで、第2赤外光センサー120に入射した光は、デュアルバンドパスフィルター95と第1赤外光センサー100Aを通過した光で、第2波長λ2を含む所定領域の赤外光である。
第1波長λ1を含む所定領域の赤外光は、第1赤外光センサーの光活性層30で全て吸収されて、第2赤外光センサー120に到達しない。
この場合、第2赤外光センサー120に入射する光の波長選択性のための別のフィルターを必要としない。
しかし、第1波長λ1を含む所定領域の赤外光が光活性層30で全て吸収されない場合に備えて、第1赤外光センサー100Aと第2赤外光センサー120との間にフィルターをさらに備えてもよい。
図9は、本発明のさらに他の実施形態によるイメージセンサーの概略構成を示す断面図である。
図9を参照すると、前述の実施形態のように、イメージセンサー800は、可視光センサー50及び光電素子100を含む。
可視光センサー50は、半導体基板110に集積された赤色光感知素子50a、緑色光感知素子50b、及び青色光感知素子50cを含み、赤色光感知素子50a、緑色光感知素子50b、及び青色光感知素子50cは、光ダイオード(例えば、シリコン基盤の光ダイオード)であり得、可視光領域の光を選択的に吸収するように構成される。
赤色光感知素子50a、緑色光感知素子50b、及び青色光感知素子50cは、基板に垂直である方向に積層される。
赤色光感知素子50a、緑色光感知素子50b、及び青色光感知素子50cは、積層の深さにより各波長領域で光を選択的に吸収及び/又は変換(電気的信号に光電変換)して感知するように構成される。
図10は、本発明のさらに他の実施形態によるイメージセンサーの概略構成を示す断面図である。
図10を参照すると、イメージセンサー900は、入射光中、赤外線波長スペクトル(例えば、第1赤外線波長領域)における光を選択的に吸収及び/又は変換(電気的信号に光電変換)するように構成された第1光電素子(例えば、赤外線光電素子1200d)及び第1光電素子と半導体基板(例えば、110)の間に垂直に積層された少なくとも一つの追加の光電素子(例えば、1200a~1200c)を含み、追加の光電素子は、それぞれの光電変換層を含み、入射光中、第1赤外線波長領域と異なる個別(例えば、それぞれの)波長領域を選択的に吸収及び/又は変換(例えば、光電変換)するように構成される。
個別(例えば、それぞれの)波長領域は、可視光又は非可視光波長領域である。
例えば、図10に示しているように、イメージセンサー900は、入射光の赤色波長スペクトルにおける光を選択的に吸収及び/又は変換(電気的信号に光電変換)するように構成された赤色光電素子1200a、入射光の緑色波長スペクトルにおける光を選択的に吸収及び/又は変換(電気的信号に光電変換)するように構成された緑色光電素子1200b及び入射光の青色波長スペクトルにおける光を選択的に吸収及び/又は変換(電気的信号に光電変換)するように構成された青色光電素子1200cを含む追加の光電素子を含む。
赤色光電素子1200a、緑色光電素子1200b、及び青色光電素子1200cは、半導体基板110の上面110Sに垂直である方向(例えば、y方向)に積層される。
イメージセンサー900は、第1近赤外線波長領域で光を選択的に吸収及び/又は変換するように構成された第1光電素子(例えば、第4光電素子1200d)以外に多数の追加の光電素子(1200a~1200c)を含むものとして示しているが、有機センサー970は、光電素子1200dと半導体基板110との間の一つの追加の光電素子(例えば、1200a~1200cの内の任意の一つ)を含み得る。
本実施形態によるイメージセンサー900は、半導体基板110、下部絶縁層80a、第1中間絶縁層80b、第2中間絶縁層80c、上部絶縁層80d、第1光電素子1200a、第2光電素子1200b、第3光電素子1200c、及び第4光電素子1200dを含む。
本実施形態において、第4光電素子1200dは、第1近赤外線波長領域で光を選択的に吸収及び/又は変換(電気的信号に光電変換)するように構成された第1光電素子であり、第1~第3光電素子(1200a~1200c)は、集合的に(collectively)第1近赤外線波長領域と異なる一つ以上の別途の波長領域で光を選択的に吸収及び/又は変換(電気的信号に光電変換)するように構成された少なくとも一つの追加の光電素子である。
図に示しているように、第1~第4光電素子(1200a~1200d)は、半導体基板110上に垂直に積層され、第1~第4光電素子(1200a~1200d)は、半導体基板110の上面110Sに垂直に伸びる方向に互いに重なる。
半導体基板110は、シリコン基板であり得、伝送トランジスター(図示せず)及び電荷貯蔵所が集積される。
下部絶縁層80aの上には第1光電素子1200aが形成される。
第1光電素子1200aは、光電変換層1230aを含む。
第1光電素子1200aは、上述した一実施形態のいずれか一つによる光電素子である。
光電変換層1230aは、入射光中、赤外線、赤色、青色、及び緑色波長スペクトルの内の一つで光を選択的に吸収及び/又は変換(電気的信号に光電変換)する。
例えば、第1光電素子1200aは、青色光電素子である。
第1光電素子1200aの上には第1中間絶縁層80bが形成される。
第2光電素子1200bは、第1中間絶縁層80bの上に形成される。
第2光電素子1200bは、光電変換層1230bを含む。
第2光電素子1200bは、上述した一実施形態のいずれか一つによる光電素子である。
光電変換層1230bは、入射光中、赤外線、赤色、青色及び緑色波長スペクトルの内の一つで光を選択的に吸収及び/又は変換(電気的信号に光電変換)する。
例えば、第2光電素子1200bは、緑色光電素子である。
第2光電素子1200bの上には第2中間絶縁層80cが形成される。
第3光電素子1200cは、第2中間絶縁層80cの上に形成される。
第3光電素子1200cは、光電変換層1230cを含む。
第3光電素子1200cは、上述した一実施形態のいずれか一つによる光電素子である。
光電変換層1230cは、入射光中、赤外線、赤色、青色、及び緑色波長スペクトルの内の一つで光を選択的に吸収及び/又は変換(電気的信号に光電変換)する。
例えば、第3光電素子1200cは、赤色光電素子である。
第3光電素子1200cの上には上部絶縁層80dが形成される。
下部絶縁層80a、第1及び第2中間絶縁層(80b、80c)及び上部絶縁層80dは、電荷貯蔵所(55a、55b、55c、55d)を露出させる複数の貫通孔又はトレンチ(85a、85b、85c、85d)を有する。
上部絶縁層80dの上には、第4光電素子1200dが形成される。
第4光電素子1200dは、光電変換層1230dを含む。
第4光電素子1200dは、上述した一実施形態のいずれか一つによる光電素子である。
光電変換層1230dは、入射光中、赤外線、赤色、青色、及び緑色波長スペクトルの内の一つで光を選択的に吸収及び/又は変換(電気的信号に光電変換)する。
例えば、第4光電素子1200dは、赤外線吸収材を含む赤外光/近赤外光の光電素子である。
図10で、第1光電素子1200a、第2光電素子1200b、第3光電素子1200c、及び第4光電素子1200dは、順次に積層されるが、本発明はこれに限定されず、多様な順に積層することができる。
上述したように、第1光電素子1200a、第2光電素子1200b、第3光電素子1200c、及び第4光電素子1200dは、積層構造を有するので、有機センサーの大きさを減らし、小型化を実現することができる。
上述したイメージセンサーは、多様な電子装置に適用され、例えば、カメラ、カムコーダー、これらを内蔵したモバイルフォン、ディスプレイ装置、セキュリティー装置、又は医療装置などに適用されるが、これらに限定されるものではない。
図11を参照すると、デジタルカメラ1000は、レンズ1010、イメージセンサー1020、モータ1030、及びエンジン1040を含む。
イメージセンサー1020は、図3~図10に示した実施形態によるイメージセンサーの内のいずれか1つである。
イメージセンサー1020は、レンズ1010を通して受光した光に対してRGBデータを生成する。
本発明の一実施形態において、イメージセンサー1020は、エンジン1040とインタフェースする。
モータ1030は、レンズ1010の焦点を調節するか、又はエンジン1040から受けたコントロール信号に対応してシャッターを調節する。
エンジン1040は、イメージセンサー1020とモータ1030を調節する。
エンジン1040は、ホスト/アプリケーション1050に接続される。
図12を参照すると、電子装置1100は、バス1110を通じて互いに電気的に接続されたプロセッサ1120、メモリ1130、及びイメージセンサー1140を含む。
イメージセンサー1140は、上述の実施形態による任意のイメージセンサーを含む。
メモリ1130は、非一時的コンピュータ読み取り可能の媒体であり、命令プログラムを保存することができる。
プロセッサ1120は、一つ以上の機能を実行するために保存されたコマンドプログラムを実行する。
例えば、プロセッサ1120は、イメージセンサー1140で生成された電気的信号を処理するように構成される。
プロセッサ1120は、上記処理に基づいて出力(例えば、ディスプレイインタフェースに表示されるイメージ)を生成するように構成される。
例えば、処理回路は、より具体的には、中央処理装置(CPU)、算術論理装置(ALU)、デジタル信号プロセッサ、マイクロコンピューター、FPGA(Field Programmable Gate Array)、SoC(System-on-Chip)、プログラミング可能の論理装置、マイクロプロセッサ、ASIC(application-specific integrated circuit)などを含むことができ、これに限定されるのではない。
ただし、下記の実施例は、単に説明のためのものであり、本発明の権利範囲を限定するものではない。
1-オクチルベンゾ[cd]インドール-2(1H)-オン(1-octylbenzo[cd]indol-21H)-one、2.0g、7.1mmol)を乾燥テトラヒドロフラン(dry THF)10mLに溶かした溶液にエチルマグネシウムブロミド溶液(ethylmagnesium bromide solution、3M in diethyl ether、7.1mL、21.3mmol)を徐々に入れた後、60℃で6時間攪拌した。
その後、0℃で1N HCl(20mL)を徐々に入れた後、THFを蒸発させて残った溶液をKI(2.36g、14.2mmol、in 20mL H2O)溶液に注いだ。
その後、析出物をろ過して化合物(1)(1.8g、収率:約60%)を得た。
LC-MS:294.21m/zの分子量確認
「Squaric acid」(0.26g、2.3mmol)、塩化チオニル(thionyl chloride、1M in MC、4.5mL、4.5mmol)、及びジメチルホルムアミド(DMF、0.04g、0.6mmol)をトルエン(8mL)に入れて、95℃で3時間攪拌した。
その後、塩化チオニルを蒸発させた後、常温で化合物(1)(0.32g、0.8mmol)を入れて、1時間攪拌した。
次に、トリエチルアミン(triethylamine、0.76g、7.5mmol)、H2O(0.55g、7.5mmol)、及びアセトン(6mL)を入れて、常温で継続攪拌した。
12時間後、H2O(30mL)を入れて物質を溶かし、溶けない部分はフィルターで除去した。
最後に、2N HCl(10mL)でpH2まで作った後、メチレンクロライド(MC)で抽出した。
得られた生成物は、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによって分離精製(酢酸エチル(EA):n-ヘキサン(n-Hex)=1:1v/v)して、化合物(2)(0.2g、収率:約68%)を得た。
LC-MS:390.28m/zの分子量確認
6-ブロモベンゾ[cd]インドール-2(1H)-オン(6-bromobenzo[cd]indol-2(1H)-one、3g、12.1mmol)をDMF(60mL)に溶かし、0℃でNaH(60% in mineral oil、0.73g、18.0mmol)を徐々に入れて攪拌した。
1時間後、常温で「1-bromooctane」(4.7g、24.2mmol)を入れた後、12時間攪拌した。
反応終了後、EAで抽出した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによって分離精製(EA:n-Hex=1:10v/v)して、化合物(3)(3.8g、収率:約88%)を得た。
LC-MS:360.10m/zの分子量確認
「N,N-di-p-tolyl-5-(tributylstannyl)thiophen-2-amine」(3.0g、5.3mmol)、化合物(3)(1.9g、5.3mmol)、及び「tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0)」(5mol%)を125mLトルエンに溶かし、110℃で18時間攪拌した。
反応終了後、トルエンを濃縮させた後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによって分離精製(EA:n-Hex=1:10v/v)して、化合物(4)(2.5g、収率:約85%)を得た。
LC-MS:559.24m/zの分子量確認
化合物(4)(1.0g、1.8mmol)を乾燥テトラヒドロフラン(dry THF、6mL)に溶かした溶液にメチルマグネシウムクロリド溶液(methylmagnesium chloride solution、3M in THF、0.78mL、2.3mmol)を徐々に入れた後、60℃で6時間攪拌した。
その後、0℃でH2O(5mL)と過塩素酸(perchloric acid)1.5mLを順次に徐々に入れた。
最後に、生成物をEAで抽出した後、ヘキサン(hexane)に沈殿及びろ過して、化合物(5)(0.9g、収率:約76%)を得た。
LC-MS:557.25m/zの分子量確認
化合物(2)(0.040g、0.1mmol)と化合物(5)(0.067g、0.1mmol)を1-ブタノール(3mL)及びトルエン(3mL)の混合溶媒に溶かし、80℃で1時間攪拌した。
反応終了後、溶媒を除去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによって分離精製(EA:n-Hex=1:2v/v)して、化合物(6)(0.03g、収率:約31%)を得た。
LC-MS:928.54m/zの分子量確認
ベンゾ[cd]インドール-2(1H)-オン(benzo[cd]indol-2(1H)-one、1g、5.9mmol)をDMF(24mL)に溶かし、0℃でNaH(60% in mineral oil、0.36g、8.9mmol)を徐々に入れて攪拌した。
1時間後、常温でベンジルブロミド(benzyl bromide、2.0g、11.8mmol)を入れた後、12時間攪拌した。
反応終了後、EAで抽出した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによって分離精製(EA:n-Hex=1:10v/v)して、化合物(7)(1.5g、収率:約98%)を得た。
LC-MS:260.13m/zの分子量確認
化合物(7)(1.5g、5.8mmol)を「dry THF」(10mL)に溶かした溶液にエチルマグネシウムブロミド溶液(3M in diethyl ether、5.8mL、17.4mmol)を徐々に入れた後、60℃で6時間攪拌した。
その後、0℃で1N HCl(20mL)を徐々に入れた後、THFを蒸発(evaporation)させて残った溶液をKI(1.92g、11.6mmol、in 20mL H2O)溶液に注いだ。
その後、析出物をろ過して化合物(8)(0.9g、収率:約40%)を得た。
LC-MS:272.11m/zの分子量確認
スクアリン酸(0.26g、2.3mmol)、塩化チオニル(1M in MC、4.5mL、4.5mmol)、及びDMF(0.04g、0.6mmol)をトルエン(8mL)に入れて、95℃で3時間攪拌した。
その後、塩化チオニルを蒸発させた後、常温で化合物(8)(0.3g、0.8mmol)を入れて、1時間攪拌した。
次に、「triethylamine」(0.76g、7.5mmol)、H2O(0.55g、7.5mmol)、及びacetone(6mL)を入れて、常温で継続攪拌した。
12時間後、H2O(30mL)を入れて物質を溶かし、溶けない部分はフィルターで除去した。
最後に、2N HCl(10mL)でpH2まで作った後、MCで抽出した。
得られた生成物は、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによって分離精製(EA:n-Hex=1:1v/v)して、化合物(9)(0.2g、収率:約72%)を得た。
LC-MS:368.15m/zの分子量確認
化合物(5)(0.067g、0.1mmol)と化合物(9)(0.038g、0.1mmol)を1-ブタノール(3mL)及びトルエン(3mL)の混合溶媒に溶かし、80℃で1時間攪拌した。
反応終了後、溶媒を除去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによって分離精製(EA:n-Hex=1:2v/v)して、化合物(10)(0.02g、収率:約21%)を得た。
LC-MS:906.58m/zの分子量確認
6-ブロモベンゾ[cd]インドール-2(1H)-オン(6-bromobenzo[cd]indol-2(1H)-one、6.1g、24.7mmol)と「Lawesson reagent」(5.0g、12.4mmol)をトルエン250mLに溶かし、110℃で12時間攪拌した。
その後、温度を常温に下げ、トルエンを蒸発(evaporation)させた後、生成物をH2Oに沈殿させて、化合物(11)(5.3g、収率:約82%)を得た。
LC-MS:263.85m/zの分子量確認
化合物(11)(2g、7.6mmol)とヨードメタン(iodomethane、1.3g、9.1mmol)を1N NaOH(10mL)、THF(50mL)に溶かし、常温で攪拌した。
1時間後、EAで抽出した後、蒸発させて、化合物(12)(3g、収率:約98%)を得た。
化合物(12)(3g、7.4mmol)、「Meldrum’s acid」(2g、13.9mmol)、及び酢酸ナトリウム(1.14g、13.9mmol)をエタノール60mLに溶かし、80℃で2時間攪拌した。
生成物は常温に下げ、ろ過して直ちに化合物(13)(2.1g、収率:約75%)を得た。
化合物(13)(1.0g、2.7mmol)、「1-bromooctane」(1.0g、5.3mmol)、及び「potassium carbonate」(0.74g、5.3mmol)をDMF(20mL)に溶かし、120℃で8時間攪拌した。
生成物はEAで抽出した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによって分離精製(EA:chloroform=1:40v/v)して、化合物(14)(0.53g、収率:約41%)を得た。
LC-MS:488.19m/zの分子量確認
4-メチル-N,N-ビス(4-(オクチルオキシ)フェニル)-2-(トリメチルスタンニル)-4H-セレノフェノ[3,2-b]インドール-6-アミン(4-methyl-N,N-bis(4-(octyloxy)phenyl)-2-(trimethylstannyl)-4H-selenopheno[3,2-b]indol-6-amine、3g、3.7mmol)、2-bromo-3-(hexyloxy)thiophene(1.0g、3.7mmol)、及び「tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0)」(5mol%)を100mLトルエンに溶かし、110℃で18時間攪拌した。
反応終了後、トルエンを濃縮させた後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによって分離精製(EA:n-Hex=1:20v/v)して、化合物(15)(0.9g、収率:約29%)を得た。
LC-MS:841.41m/zの分子量確認
化合物(15)(0.9g、1.1mmol)を無水THFに溶かし、-78℃で攪拌した。
2.5M「n-BuLi」(in n-Hex、0.5mL、1.3mmol)を徐々に入れて、3時間攪拌後、1M「trimethyltin chloride」(in THF、1.3mL、1.3mmol)を入れて、常温に上げた。
得られた生成物(化合物(16)、1.0g、収率:約93%)をクロロホルムで抽出した後、追加の精製なしで次の反応に使用した。
LC-MS:1005.31m/zの分子量確認
化合物(14)(0.26g、0.54mmol)、化合物(16)(0.54g、0.54mmol)及び「tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0)」(5mol%)を20mLトルエンに溶かし、110℃で18時間攪拌した。
反応終了後、トルエンを濃縮させた後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによって分離精製(EA:chloroform=1:40v/v)して、化合物(17)(0.28g、収率:約42%)を得た。
LC-MS:1248.58m/zの分子量確認
化合物(17)(0.1g、0.08mmol)を酢酸(5mL)に溶かし、HCl(0.2mL)を徐々に入れた。
70℃で1時間攪拌後、NaPF6(0.13g、0.8mmol)in H2O(1mL)を入れると生成物が析出され、これをろ過して化合物(18)(0.09g、収率:約89%)を得た。
LC-MS:1118.54m/zの分子量確認
化合物(2)(0.020g、0.05mmol)と化合物(18)(0.065g、0.05mmol)を1-ブタノール(3mL)及びトルエン(3mL)の混合溶媒に溶かし、80℃で1時間攪拌した。
反応終了後、溶媒を除去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによって分離精製(EA:n-Hex=1:2v/v)して、化合物(19)(0.015g、収率:約20%)を得た。
LC-MS:1490.97m/zの分子量確認
2,4-ジヘキシル-6-(3-(ヘキシルオキシ)-5-(トリメチルスタンニル)チオフェン-2-イル)-4H-ジチエノ[3,2-b:2’,3’-d]ピロール(2,4-dihexyl-6-(3-(hexyloxy)-5-(trimethylstannyl)thiophen-2-yl)-4H-dithieno[3,2-b:2’,3’-d]pyrrole、0.37g、0.54mmol)、化合物(14)(0.26g、0.54mmol)、及びテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(tetrakis(triphenylphosphine)palladium(0))(5mol%)をトルエン(20mL)に溶かし、110℃で18時間攪拌した。
反応終了後、トルエンを濃縮させた後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによって分離精製(EA:chloroform=1:40v/v)して、化合物(20)(0.35g、収率:約70%)を得た。
LC-MS:937.61m/zの分子量確認
化合物(20)(0.35g、0.37mmol)を酢酸(20mL)に溶かし、HCl(35%)1mLを徐々に入れた。
70℃で1時間攪拌後、KI(0.13g、0.8mmol、in H2O(10mL))を入れると生成物が析出され、これをろ過して化合物(21)(0.30g、収率:約86%)を得た。
LC-MS:807.50m/zの分子量確認
化合物(2)(0.030g、0.08mmol)と化合物(21)(0.072g、0.08mmol)を1-ブタノール(3mL)及びトルエン(3mL)の混合溶媒に溶かし、80℃で1時間攪拌した。
反応終了後、溶媒を除去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによって分離精製(EA:n-Hex=1:2v/v)して、化合物(22)(0.03g、収率:約33%)を得た。
LC-MS:1178.48m/zの分子量確認
化合物(21)(0.080g、0.09mmol)とスクアリン酸(0.005g、0.04mmol)を1-ブタノール(3mL)及びトルエン(3mL)の混合溶媒に溶かし、110℃で1時間攪拌した。
反応終了後、溶媒を除去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによって分離精製(EA:n-Hex=1:2v/v)して、化合物(23)(0.02g、収率:約28%)を得た。
LC-MS:1692.90m/zの分子量確認
2-メチル-1-オクチルベンゾ[cd]インドール-1-リウムヨージド(2-methyl-1-octylbenzo[cd]indol-1-ium iodide、0.4g、1.0mmol)とクロコン酸(croconic acid、0.2g、1.4mmol)をアセトン(6mL)とH2O(6mL)の混合溶媒に溶かし、常温で72時間攪拌した。
その後、H2O(40mL)を入れて、溶ける不純物はフィルターで全て除去した。
残った析出物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーによって分離精製(acetone:chloroform=1:1v/v)して、化合物(24)(0.2g、収率:約50%)を得た。
LC-MS:404.20m/zの分子量確認
化合物(5)(0.067g、0.1mmol)と化合物(24)(0.041g、0.1mmol)を1-ブタノール(3mL)及びトルエン(3mL)の混合溶媒に溶かし、110℃で1時間攪拌した。
反応終了後、溶媒を除去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによって分離精製(EA:n-Hex=1:2v/v)して、化合物(25)(0.02g、収率:約21%)を得た。
LC-MS:942.68m/zの分子量確認
化合物(21)(0.070g、0.07mmol)と化合物(24)(0.030g、0.07mmol)を1-ブタノール(3mL)及びトルエン(3mL)の混合溶媒に溶かし、110℃で1時間攪拌した。
反応終了後、溶媒を除去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによって分離精製(EA:n-Hex=1:2v/v)して、化合物(26)(0.015g、収率:約17%)を得た。
LC-MS:1192.44m/zの分子量確認
化合物(21)(0.080g、0.09mmol)とクロコン酸(0.006g、0.04mmol)を1-ブタノール(3mL)及びトルエン(3mL)の混合溶媒に溶かし、110℃で1時間攪拌した。
反応終了後、溶媒を除去した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーによって分離精製(EA:n-Hex=1:2v/v)して、化合物(27)(0.02g、収率:約27%)を得た。
LC-MS:1721.76m/zの分子量確認
その後、H2O(40mL)を入れて、溶ける不純物はフィルターで全て除去した。
残った析出物をシリカゲルカラムクロマトグラフィーによって分離精製(acetone:chloroform=1:4v/v)して、化学式2-2で表される化合物(0.13g、収率:約50%)を得た。
LC-MS:665.26m/zの分子量確認
合成例1~合成例8及び比較合成例1で得られた化合物をジクロロメタンに1×10-5Mの濃度に溶かして溶液を準備し、上記化合物の溶液状態での吸光特性を評価した。
その結果を下記の表1に示す。
吸光特性は、Shimadzu社製の「UV-3600 Plus UV-Vis-NIR」分光装置(UV-Vis-NIR spectrometer)を用いて最大吸収波長λmaxを測定した。
吸光特性は、Shimadzu社製の「UV-3600 Plus UV-Vis-NIR」分光装置(UV-Vis-NIR spectrometer)を用いて最大吸収波長λmaxを測定した。
その結果を下記の表1に示す。
「M.J.Frisch,etal.,Gaussian 09,Revision D.01;Gaussian,Inc.:Wallingford,CT(2009)」に記載された「B3LYP/6-31 G(d)level」理論で上記薄膜のHOMOエネルギー準位、LUMOエネルギー準位、及びバンドギャップを計算した。
その結果を下記の表2に示す。
ガラス基板上にITOをスパッタリングで積層してアノードを形成した。
次いで、アノード上にPEDOT(poly(3,4-ethylenedioxythiophene))をスピンコート方式でコーティングして45nm厚さの正孔輸送層を形成した。
合成例1~合成例8及び比較合成例1及び比較合成例2で得られたそれぞれの化合物をPC70BMと2.5:7.5の質量比でクロロホルムに溶かした溶液を正孔輸送層上にスピンコートして光活性層(光電変換層)を形成した。
次いで、光活性層上にC60を蒸着して30nm厚さの補助層を形成した。
次いで、補助層上にITOをスパッタリングしてカソードを形成した。
次いで、ガラス板で封止した後、120℃、140℃で順次アニーリングを30分間施して、実施例1~実施例8及び比較合成例1及び比較合成例2による光電素子を製作した。
実施例1~実施例8及び比較例1及び比較例2による光電素子の光電変換効率(EQE)を評価した。
光電変換効率は、「IPCE measurement system」(TNE tech社製、韓国)装置を用いて測定した。
まず、Siフォトダイオード(Hamamatsu社製)を用いて装置を補正(calibration)した後、光電素子を装置に装着し、波長範囲約400nm~約1600nmの領域で測定した。
その中で、実施例1、実施例6、及び比較例1の光電素子の光電変換効率(EQE)を図13に示す。
図13は、実施例1、実施例6及び比較例1の光電素子の光電変換効率を測定した結果を示すグラフである。
20、20B、20G、20R、20IR 第2電極
30、30B、30G、30R、30IR 光活性層
40、45 電荷補助層
50a、50b、50c 光感知素子
55 電荷貯蔵所
55B 青色光電荷貯蔵所
55G 緑色光電荷貯蔵所
55R 赤色光電荷貯蔵所
55IR 赤外光電荷貯蔵所
65 下部絶縁層
70、70a、70b、70c 色フィルター(層)
80 上部絶縁層
85 トレンチ
90 上部絶縁層
95 デュアルバンドパスフィルター
100、100’ 光電素子
100A 第1赤外光センサー
110 半導体基板
100B 青色光感知素子
100G 緑色光感知素子
100R 赤色光感知素子
100IR 赤外光感知素子
120 第2赤外光センサー
300、400、500、600、700 イメージセンサー
1000 デジタルカメラ
1010 レンズ
1020 イメージセンサー
1030 モータ
1040 エンジン
1050 ホスト/アプリケーション
1100 電子装置
1110 バス
1120 プロセッサ
1130 メモリ
1140 イメージセンサー
Claims (31)
- 下記に示す化学式1で表されることを特徴とする化合物。
(前記化学式1中、
R1~R4は、それぞれ独立して、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数6~14のアリール基、又は炭素数3~12のヘテロアリール基であり、
R11a~R14cは、それぞれ独立して、水素、重水素、ハロゲン、シアノ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数6~14のアリール基、炭素数6~14のアリールオキシ基、炭素数3~12のヘテロアリール基、又は下記に示す化学式1Aで表される官能基であり、R11a~R14cの内の少なくとも1つは、下記に示す化学式1Aで表される官能基であり、R11a~R14cは、互いに独立して存在するか、又は隣接する2個の官能基が互いに連結されてベンゾインドールと縮合環を形成し、
nは、1又は2の整数である。)
(前記化学式1A中、
L1は、置換又は非置換の炭素数2~15のヘテロ芳香族環基であり、
L2は、置換又は非置換の炭素数2~15のヘテロ芳香族環基、置換又は非置換の炭素数6~30の芳香族環基、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキレン基、又は置換又は非置換の炭素数3~20のシクロアルキレン基であり、
Arは、置換又は非置換の炭素数6~30の芳香族環基、置換又は非置換の炭素数2~30のヘテロ芳香族環基、これらの縮合環、置換又は非置換の炭素数6~30のアリールアミン基、又は置換又は非置換の炭素数2~30のヘテロアリールアミン基であり、
mは、0、1、又は2である。) - 前記化学式1A中、L1及びL2は、それぞれ独立して、下記に示す化学式1A-11~化学式1A-15から選択されるヘテロ芳香族環基又はこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項1に記載の化合物。
(前記化学式1A-11~化学式1A-15中、
X1、X2、及びX3は、それぞれ独立して、O、S、Se、Te、S(=O)、S(=O)2、NRa、SiRbRc、又はGeRdReであり(ここでRa、Rb、Rc、Rd、及びReはそれぞれ独立して、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数6~14のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
ヘテロ芳香族環のそれぞれの水素は、非置換若しくは、重水素、ハロゲン、シアノ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数6~10のアリール基、炭素数6~10のアリールオキシ基、-SiH3基、及び炭素数1~10のアルキルシリル基からなる一群から選択される置換基で置換される。) - 前記化学式1A中、L1及びL2は、それぞれ独立して、下記に示す化学式1A-16~化学式1A-20から選択されるヘテロ芳香族環基又はこれらの組み合わせであることを特徴とする請求項1に記載の化合物。
(前記化学式1A-16~化学式1A-20中、
X1及びX2は、それぞれ独立して、O、S、Se、Te、S(=O)、S(=O)2、NRa、SiRbRc、又はGeRdReであり(ここでRa、Rb、Rc、Rd、及びReは、それぞれ独立して、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~10のアリールアミン基、炭素数6~14のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z4は、それぞれ独立して、CRx又はNであり(ここでRxは水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~10のアリールアミン基、炭素数6~14のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、但し、化学式1A-16~化学式1A-18中、Z1~Z4の内の1つは、CRxであり、Rxは単結合であり、
芳香族環又はヘテロ芳香族環のそれぞれの水素は、非置換若しくは、重水素、ハロゲン、シアノ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~10のハロアルキル基、-SiH3基、及び炭素数1~10のアルキルシリル基からなる一群から選択される置換基で置換される。) - 前記L1及びL2は、それぞれ独立して、下記に示す化学式1A-11~化学式1A-15から選択されるヘテロ芳香族環基と下記に示す化学式1A-16~化学式1A-20から選択されるヘテロ芳香族環基の組み合わせであることを特徴とする請求項1に記載の化合物。
(前記化学式1A-11~化学式1A-15中、
X1、X2、及びX3は、それぞれ独立して、O、S、Se、Te、S(=O)、S(=O)2、NRa、SiRbRc、又はGeRdReであり(ここでRa、Rb、Rc、Rd、及びR e はそれぞれ独立して、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数6~14のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
ヘテロ芳香族環のそれぞれの水素は、非置換若しくは、重水素、ハロゲン、シアノ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数6~10のアリール基、炭素数6~10のアリールオキシ基、-SiH3基、及び炭素数1~10のアルキルシリル基からなる一群から選択される置換基で置換される。)
(前記化学式1A-16~化学式1A-20中、
X1及びX2は、それぞれ独立して、O、S、Se、Te、S(=O)、S(=O)2、NRa、SiRbRc、又はGeRdReであり(ここでRa、Rb、Rc、Rd、及びReはそれぞれ独立して、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~10のアリールアミン基、炭素数6~14のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z4は、それぞれ独立して、CRx又はNであり(ここでRxは水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~10のアリールアミン基、炭素数6~14のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、但し、化学式1A-16~化学式1A-18中、Z1~Z4の内の1つは、CRxであり、Rxは単結合であり、
芳香族環又はヘテロ芳香族環のそれぞれの水素は、非置換若しくは、重水素、ハロゲン、シアノ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~10のハロアルキル基、-SiH3基、及び炭素数1~10のアルキルシリル基からなる一群から選択される置換基で置換される。) - 前記化学式1中、Arは、下記に示す化学式1B-11~化学式1B-15から選択されるヘテロ芳香族環基であることを特徴とする請求項1に記載の化合物。
(前記化学式1B-11~化学式1B-15中、
X1、X2、及びX3は、それぞれ独立して、O、S、Se、Te、S(=O)、S(=O)2、NRa、SiRbRc、又はGeRdReであり(ここでRa、Rb、Rc、Rd、及びReは、それぞれ独立して、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数6~14のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
ヘテロ芳香族環のそれぞれの水素は、非置換若しくは、重水素、ハロゲン、シアノ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数6~10のアリール基、炭素数6~10のアリールオキシ基、-SiH3基、及び炭素数1~10のアルキルシリル基からなる一群から選択される置換基で置換される。) - 前記化学式1中、Arは、置換又は非置換の炭素数6~30のアリール基、置換又は非置換の炭素数2~15のヘテロアリール基又はこれらの縮合環であることを特徴とする請求項1に記載の化合物。
- 前記化学式1中、Arは、置換又は非置換のフェニル、置換又は非置換のナフチル、アセナフテニル(acenaphthenyl)、置換又は非置換のアントラセニル、置換又は非置換のフェナントレニル、置換又は非置換のテトラセニル、置換又は非置換のピレニル、置換又は非置換のキノリル、置換又は非置換のイソキノリル、置換又は非置換のキノキサリル、置換又は非置換のキナゾリル又は置換又は非置換のフェナントロリルであることを特徴とする請求項1に記載の化合物。
- 前記化学式1C-1は、下記に示す化学式1C-1a又は化学式1C-1bで表されることを特徴とする請求項8に記載の化合物。
(前記化学式1C-1a中、
Z1~Z10は、それぞれ独立して、N又はCRxであり(ここでRxは水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~12のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z10がCRxの場合、Rxは独立して存在するか、又はZ1~Z10の内の隣接する2個が互いに連結されて5員芳香族環又は6員芳香族環を形成する。)
(前記化学式1C-1b中、
Xa及びXbは、それぞれ独立して、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-NRa-、-SiRbRc-、及び-GeRdRe-から選択され(ここでRa、Rb、Rc、Rd及びReは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択される)、
Z1~Z6は、それぞれ独立して、N又はCRxであり(ここでRxは、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~12のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z6がCRxの場合、Rxは独立して存在するか、又はZ1~Z6の内の隣接する2個が互いに連結されて5員芳香族環又は6員芳香族環を形成する。) - 前記化学式1中、前記ヘテロ芳香族環基は、下記に示す化学式1C-2で表されるN-含有ヘテロ芳香族環基であることを特徴とする請求項1に記載の化合物。
(前記化学式1C-2中、
Ar23及びAr24は、それぞれ独立して、置換又は非置換の炭素数6~30のアレーン基、及び置換又は非置換の炭素数3~15のヘテロアレーン基から選択され、
Gは単結合、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-N=、-NRa-、-SiRbRc-、-GeRdRe-、-(CRfRg)n-、及び-(C(Rh)=C(Ri))-から選択される(ここでRa、Rb、Rc、Rd、Re、Rf、Rg、Rh、及びRiは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択され、RbとRc、RdとRe、RfとRg、又はRhとRiは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに連結されて環を形成し、
-(CRfRg)n-のnは、1又は2の整数である))。 - 前記化学式1C-2は、下記に示す化学式1C-2a、化学式1C-2b、又は化学式1C-2cで表されることを特徴とする請求項10に記載の化合物。
(前記化学式1C-2a中、
Gは、単結合、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-N=、-NRa-、-SiRbRc-、-GeRdRe-、-(CRfRg)n-、及び-(C(Rh)=C(Ri))-から選択され(ここでRa、Rb、Rc、Rd、Re、Rf、Rg、Rh及びRiはそれぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択され、RbとRc、RdとRe、RfとRg、又はRhとRiはそれぞれ独立して存在するか、又は互いに連結されて環を形成し、-(CRfRg)n-のnは、1又は2の整数である)、
Z1~Z8は、それぞれ独立して、N又はCRxであり(ここでRxは水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~12のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z8がCRxの場合、Rxは独立して存在するか、又はZ1~Z8の内の隣接する2個が互いに連結されて5員芳香族環又は6員芳香族環を形成する。)
(前記化学式1C-2b及び化学式1C-2c中、
Gは、単結合、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-N=、-NRa-、-SiRbRc-、-GeRdRe-、-(CRfRg)n-、及び-(C(Rh)=C(Ri))-から選択され(ここでRa、Rb、Rc、Rd、Re、Rf、Rg、Rh、及びRiは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択され、RbとRc、RdとRe、RfとRg、又はRhとRiはそれぞれ独立して存在するか、又は互いに連結されて環を形成し、-(CRfRg)n-のnは1又は2の整数である)、
Xa及びXbは、それぞれ独立して、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-NRp-、-SiRqRr-、及び-GeRsRt-から選択され(ここでRp、Rq、Rr、Rs、及びRtは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択される)、
Z1~Z4は、それぞれ独立して、N又はCRxであり(ここでRxは水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~12のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z4がCRxの場合、Rxは独立して存在するか、又はZ1~Z4の内の隣接する2個が互いに連結されて5員芳香族環又は6員芳香族環を形成する。) - 前記化学式1中、Arは、下記に示す化学式1B-16~化学式1B-25から選択される芳香族環基又はヘテロ芳香族環基であることを特徴とする請求項1に記載の化合物。
(前記化学式1B-16~化学式1B-25中、
X1及びX2は、それぞれ独立して、O、S、Se、Te、S(=O)、S(=O)2、NRa、SiRbRc、又はGeRdReであり(ここでRa、Rb、Rc、Rd、及びReは、それぞれ独立して、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~10のアリールアミン基、炭素数6~14のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z4は、それぞれ独立して、CRx又はNであり(ここでRxは、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~10のアリールアミン基、炭素数6~14のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、但し、化学式1B-20中、Z1~Z4の内の1つはCRxであり、Rxは単結合であり、
Ar11及びAr12は、それぞれ独立して、置換又は非置換の炭素数6~30のアレーン基、及び置換又は非置換の炭素数3~30のヘテロアレーン基から選択され、
芳香族環又はヘテロ芳香族環のそれぞれの水素は、非置換若しくは、重水素、ハロゲン、シアノ基、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数6~10のアリール基、炭素数6~10のアリールオキシ基、-SiH3基、及び炭素数1~10のアルキルシリル基からなる一群から選択される置換基で置換される。) - 前記化学式1C-1は、下記に示す化学式1C-1a又は化学式1C-1bで表されることを特徴とする請求項13に記載の化合物。
(前記化学式1C-1a中、
Z1~Z10は、それぞれ独立して、N又はCRxであり(ここでRxは、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~12のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z10がCRxの場合、Rxは独立して存在するか、又はZ1~Z10の内の隣接する2個が互いに連結されて5員芳香族環又は6員芳香族環を形成する。)
(前記化学式1C-1b中、
Xa及びXbは、それぞれ独立して、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-NRa-、-SiRbRc-、及び-GeRdRe-から選択され(ここでRa、Rb、Rc、Rd、及びReは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択される)、
Z1~Z6は、それぞれ独立して、N又はCRxであり(ここでRxは水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~12のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z6がCRxの場合、Rxは独立して存在するか、又はZ1~Z6の内の隣接する2個が互いに連結されて5員芳香族環又は6員芳香族環を形成する。) - 前記化学式1B-16~化学式1B-25で表される芳香族環基は、N-含有ヘテロ環基で置換され、
前記N-含有ヘテロ環基は、下記に示す化学式1C-2で表されることを特徴とする請求項12に記載の化合物。
(前記化学式1C-2中、
Ar23及びAr24は、それぞれ独立して、置換又は非置換の炭素数6~30のアレーン基、及び置換又は非置換の炭素数3~15のヘテロアレーン基から選択され、
Gは、単結合、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-N=、-NRa-、-SiRbRc-、-GeRdRe-、-(CRfRg)n-、及び-(C(Rh)=C(Ri))-から選択される(ここでRa、Rb、Rc、Rd、Re、Rf、Rg、Rh、及びRiは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択され、RbとRc、RdとRe、RfとRg、又はRhとRiはそれぞれ独立して存在するか、又は互いに連結されて環を形成し、-(CRfRg)n-のnは、1又は2の整数である。) - 前記化学式1C-2は、下記に示す化学式1C-2a、化学式1C-2b、又は化学式1C-2cで表されることを特徴とする請求項15に記載の化合物。
(前記化学式1C-2a中、
Gは、単結合、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-N=、-NRa-、-SiRbRc-、-GeRdRe-、-(CRfRg)n-、及び-(C(Rh)=C(Ri))-から選択され(ここでRa、Rb、Rc、Rd、Re、Rf、Rg、Rh、及びRiは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択され、RbとRc、RdとRe、RfとRg、又はRhとRiは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに連結されて環を形成し、-(CRfRg)n-のnは1又は2の整数である)、
Z1~Z8は、それぞれ独立して、N又はCRxである(ここで、Rxは、水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~12のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z8がCRxの場合、Rxは独立して存在するか、又はZ1~Z8の内の隣接する2個が互いに連結されて5員芳香族環又は6員芳香族環を形成する)。)
(前記化学式1C-2b及び化学式1C-2c中、
Gは、単結合、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-N=、-NRa-、-SiRbRc-、-GeRdRe-、-(CRfRg)n-、及び-(C(Rh)=C(Ri))-から選択され(ここでRa、Rb、Rc、Rd、Re、Rf、Rg、Rh、及びRiは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択され、RbとRc、RdとRe、RfとRg、又はRhとRiは、それぞれ独立して存在するか、又は互いに連結されて環を形成し、-(CRfRg)n-のnは1又は2の整数である)、
Xa及びXbは、それぞれ独立して、-O-、-S-、-Se-、-Te-、-NRp-、-SiRqRr-、及び-GeRsRt-から選択され(ここで、Rp、Rq、Rr、Rs、、及びRtは、それぞれ独立して、水素、ハロゲン、置換又は非置換の炭素数1~10のアルキル基、及び置換又は非置換の炭素数6~10のアリール基から選択される)、
Z1~Z4は、それぞれ独立して、N又はCRxであり(ここでRxは水素、重水素、炭素数1~10のアルキル基、炭素数1~10のハロアルキル基、炭素数1~10のアルコキシ基、-SiH3、炭素数1~10のアルキルシリル基、-NH2、炭素数1~10のアルキルアミン基、炭素数6~12のアリール基、炭素数3~12のヘテロアリール基、ハロゲン、シアノ基、又はこれらの組み合わせである)、
Z1~Z4がCRxの場合、Rxは独立して存在するか、又はZ1~Z4の内の隣接する2個が互いに連結されて5員芳香族環又は6員芳香族環を形成する。) - 前記化学式1中、R11a、R11b、R11c、R12a、R12b、及びR12cの内の少なくとも1つは、前記化学式1Aで表される官能基であり、
R13a、R13b、R13c、R14a、R14b、及びR14cの内の少なくとも1つは前記化学式1Aで表される官能基であることを特徴とする請求項1に記載の化合物。 - 前記化学式1中、R11a~R11cの内の少なくとも1つは、前記化学式1Aで表される官能基であり、
R13a~R13cの内の少なくとも1つは、前記化学式1Aで表される官能基であることを特徴とする請求項1に記載の化合物。 - 前記化学式1中、R12a~R12cの内の少なくとも1つは、前記化学式1Aで表される官能基であり、
R14a~R14cの内の少なくとも1つは、前記化学式1Aで表される官能基であることを特徴とする請求項1に記載の化合物。 - 前記化学式1中、R11a及びR13aは、前記化学式1Aで表される官能基であることを特徴とする請求項1に記載の化合物。
- 前記化学式1中、R12a及びR14aは、前記化学式1Aで表される官能基であることを特徴とする請求項1に記載の化合物。
- 請求項1乃至21のいずれか一項に記載の化合物を有することを特徴とする赤外線吸収材。
- 請求項1乃至21のいずれか一項に記載の化合物を有することを特徴とする赤外線吸収/遮断フィルム。
- 互いに対向する第1電極と第2電極と、
前記第1電極と前記第2電極との間に位置する光活性層と、を有し、
前記光活性層は、請求項1乃至21のいずれか一項に記載の化合物を含むことを特徴とする光電素子。 - 前記光活性層は、フラーレン又はフラーレン誘導体をさらに含むことを特徴とする請求項24に記載の光電素子。
- 前記光活性層のピーク吸収波長は、750nm~3000nmの波長領域に属することを特徴とする請求項24に記載の光電素子。
- 互いに対向する第1電極と第2電極と、前記第1電極と前記第2電極との間に位置する光活性層と、前記第1電極と光活性層との間又は第2電極と光活性層との間に電荷補助層とを含み、
前記第1電極、第2電極、光活性層又は電荷補助層の内の少なくとも一つは請求項1乃至21の内のいずれか一項に記載の化合物を含むことを特徴とする光電素子。 - 半導体基板と、半導体基板上に位置して第1赤外線波長領域の光を選択的に吸収するように構成された第1光電素子と、前記第1赤外線波長領域と異なる別途の波長領域の光を選択的に吸収するように構成された追加センサーとを含み、
前記第1光電素子は、請求項1乃至21のいずれか一項に記載の化合物を含むことを特徴とするイメージセンサー。 - 請求項24乃至27のいずれか一項に記載の光電素子を含むことを特徴とする有機センサー。
- 請求項29に記載の有機センサーを含むことを特徴とする電子装置。
- 請求項24乃至27のいずれか一項に記載の光電素子を含むことを特徴とする電子装置。
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