WO2014017042A1 - 成膜用有機材料及びそれを用いて得られた有機光電変換素子、撮像素子、成膜方法、有機光電変換素子の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to an organic material for film formation used for dry film formation of an organic photoelectric conversion element, and an organic photoelectric conversion element, an image pickup element, and an organic electroluminescence element obtained using the same.
- the present invention also relates to a method for forming an organic layer constituting the organic photoelectric conversion element and a method for manufacturing the organic photoelectric conversion element.
- organic photoelectric conversion film with features that can be manufactured by printing process and organic photoelectric conversion element equipped with it is an image sensor (imaging element) used for digital cameras etc.
- image sensor imaging element
- organic electroluminescent elements organic EL
- organic thin film solar cells organic thin film transistors used for electronic paper, and the like.
- the organic imaging device is expected because a high aperture ratio can be obtained compared to a conventional photoelectric conversion site in which a photodiode portion using a PN junction is formed in a semiconductor such as Si. It is growing.
- Organic thin-film solar cells are widely studied due to the advantages of easy manufacturing process and large area at low cost compared to inorganic solar cells typified by silicon, but low energy conversion efficiency. It has not yet reached a practical level.
- Organic electroluminescence (EL) elements are attracting attention as display elements and light-emitting elements because they can emit light with high luminance at a low voltage.
- Organic EL elements can be greatly reduced in power consumption, easily reduced in size, and increased in area, and research into practical use has been actively conducted as next-generation display elements and light-emitting elements.
- the present applicant has repeatedly studied an organic photoelectric conversion element including an organic layer in a light-receiving layer or a light-emitting layer, and an imaging element, an optical sensor, a solar cell, and an organic electroluminescence element including the organic photoelectric conversion element.
- an organic photoelectric conversion element including an organic layer in a light-receiving layer or a light-emitting layer, and an imaging element, an optical sensor, a solar cell, and an organic electroluminescence element including the organic photoelectric conversion element.
- exciton dissociation efficiency is good and charge transportability is good in the light receiving layer.
- the carrier amount in the dark can be controlled.
- the applicant of the present invention has a mixed layer of a p-type organic semiconductor and fullerene or a fullerene derivative (a bulk heterostructure in which two materials are co-evaporated).
- An organic photoelectric conversion element using a layer) has been filed (Patent Document 1).
- Patent Document 1 an organic photoelectric conversion element having high photoelectric conversion efficiency and a good S / N ratio of photocurrent / dark current can be provided. On the other hand, even if such high performance is possible, it is difficult to say that it is practical unless stable production is possible.
- an organic photoelectric conversion element in the production of an organic photoelectric conversion element, in the formation of an organic layer by a dry film-forming method such as a light-receiving layer, if an organic material for dry film-forming having an HPLC purity of 95% or more, preferably 98% or more has been used, the film is formed It was thought that the influence on the film characteristics caused by the material was negligible.
- the present inventor found that the organic material for dry film formation has the main factor, and the main factor is And found that the residual solvent was considered to be negligible from its HPLC purity.
- the organic material for film formation of the present invention is an organic material for film formation used for dry film formation of an organic layer constituting an organic photoelectric conversion element,
- the organic material of the organic layer is a main component, and the residual solvent amount in the organic material for film formation is 3 mol% or less.
- the “main component of the constituent organic substance” means a component excluding inevitable impurities and a residual solvent having a content of 3 mol% or less.
- the appropriate amount of residual solvent may vary depending on the solvent species, but the amount of solvent with an accuracy equivalent to or better than the nuclear magnetic resonance spectroscopy (NMR), gas chromatography, Karl Fischer method, or the like. The value obtained by measurement using a detection method capable of detection.
- the organic material for film formation of the present invention is suitable when the vapor pressure of the residual solvent at a vacuum degree of 1 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa or lower is higher than the sublimation pressure of the constituent organic matter.
- the ratio of the film purity of the organic layer after continuously performing the dry film formation for 2 hours to the film purity of the organic layer at the initial film formation is 0.9. This can be done.
- the film purity at the initial stage of film formation means the film purity immediately after the film formation speed is stabilized.
- the film formation rate is regarded as “stable” when the film formation rate reaches the target speed after the film formation rate increases with the temperature rise.
- the ratio of the purity to the film purity of the organic layer at the initial stage of film formation can be 0.9 or more.
- the film thickness of the organic layer is a value obtained by a stable film formation rate ⁇ time. This film thickness is not limited to the film thickness of a single layer, and when a film of a plurality of layers is formed, it is the total film thickness of the plurality of layers.
- the organic film for film formation of the organic layer has a film purity when the dry film formation is continuously performed and the film thickness of the organic layer reaches 16000 mm.
- the ratio to the purity of the material can be 0.9 or more.
- film purity is a peak area ratio of main components of constituent organic substances, which is obtained by dissolving a film after film formation with a solvent and detecting by HPLC. As long as the in-plane film thickness ratio is in the range of about 15% from the vicinity of the central part, the film formed in any part may be measured.
- the “purity of the organic material for film formation” is the peak area ratio of the main components of the constituent organic substances detected by HPLC after dissolving the organic material for film formation with a solvent.
- the film forming method of the present invention is a method of forming an organic layer constituting an organic photoelectric conversion element by a dry film forming method, and preparing an organic material for film formation mainly composed of organic substances constituting the organic layer, A solvent removal step of removing the solvent contained in the organic material for film formation so that the content is 3 mol% or less; A film forming step of forming the organic layer by the dry film forming method using the film forming organic material whose residual solvent amount is 3 mol% or less by the solvent removing step.
- examples of the dry film forming method include a vacuum resistance heating vapor deposition method. Moreover, a co-evaporation method may be used.
- the present invention can be preferably applied when the organic layer is a photoelectric conversion layer or an electron / hole blocking layer, and the constituent organic substances are represented by the following general formula (DI), general formula (EB- It can be applied more preferably when it contains 1).
- Z1 represents an atomic group necessary for forming a 5- or 6-membered ring.
- L1, L2, and L3 each independently represents an unsubstituted methine group or a substituted methine group.
- D1 represents an atomic group, and n represents an integer of 0 or more.
- R 1 represents an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group which may have a substituent.
- Ra 1 to Ra 8 each independently represents a hydrogen atom or a substituent.
- R 1 and at least two of Ra 1 to Ra 8 may be bonded to each other to form a ring, and Xa may have a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, or a substituent.
- Xa may have a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, or a substituent.
- And represents an alkylene group, a silylene group, an alkenylene group, a cycloalkylene group, a cycloalkenylene group, an arylene group, a divalent heterocyclic group, or an imino group.
- the method for producing an organic photoelectric conversion element of the present invention is a method for producing an organic photoelectric conversion element having a pair of electrodes and a light receiving layer or a light emitting layer including at least a photoelectric conversion layer sandwiched between the pair of electrodes,
- the organic layer is formed by the film forming method of the present invention.
- the organic photoelectric conversion element of the present invention is an organic photoelectric conversion element having a pair of electrodes and a light receiving layer or a light emitting layer including at least a photoelectric conversion layer sandwiched between the pair of electrodes,
- the organic layer is formed by dry film formation using the organic material for film formation of the present invention.
- the imaging device of the present invention includes a plurality of the photoelectric conversion devices of the present invention, And a circuit board on which a signal reading circuit for reading a signal corresponding to the electric charge generated in the photoelectric conversion layer of the photoelectric conversion element is formed.
- the light-emitting element of the present invention includes a pair of electrodes and at least a light-emitting layer sandwiched between the pair of electrodes, and emits light by applying a voltage between the electrodes.
- the organic material for film formation according to the present invention is used for dry film formation of an organic layer constituting an organic photoelectric conversion element, and the organic material constituting the organic layer is a main component and the residual solvent amount is 3 mol% or less.
- the film-forming organic material having such a structure is a film-forming material that does not contain an amount of residual solvent that affects the film characteristics during film formation and / or within the film formed. Therefore, an organic layer is formed using the organic material for film formation according to the present invention, or an organic film is formed by a film formation method including a residual solvent removing step in which the solvent contained in the organic material for film formation is 3 mol% or less.
- Schematic cross-sectional schematic diagram showing an embodiment of the organic photoelectric conversion device of the present invention Schematic perspective view (vacuum heating vapor deposition) showing vapor deposition method of light receiving layer 1 is a schematic cross-sectional schematic diagram illustrating an embodiment of an image sensor according to the present invention. Schematic cross-sectional schematic diagram showing one embodiment of the organic electroluminescent device of the present invention
- FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of the photoelectric conversion element of this embodiment.
- the scale of each part is appropriately changed and shown for easy visual recognition.
- the organic photoelectric conversion element 1 (photoelectric conversion element 1) includes a substrate 10, a lower electrode 20 formed on the substrate 10, an electron blocking layer 31 formed on the lower electrode 20, and , An organic photoelectric conversion layer (hereinafter referred to as a photoelectric conversion layer) 32 formed on the electron blocking layer 31, an electrode 40 formed on the photoelectric conversion layer 32, and a sealing layer 50 formed on the electrode 40.
- a light receiving layer 30 is formed by the electron blocking layer 31 and the photoelectric conversion layer 32.
- the light receiving layer 30 may be a layer including at least the photoelectric conversion layer 32, and may be a layer including a layer other than the electron blocking layer 31 (for example, a hole blocking layer).
- the electron blocking layer 31 included in the light receiving layer 30 suppresses the injection of electrons from the lower electrode 20 into the photoelectric conversion layer 32 and inhibits the electrons generated in the photoelectric conversion layer 32 from flowing to the electrode 20 side.
- the electron blocking layer 31 includes an organic material, an inorganic material, or both.
- the electrode 40 is an electrode that collects electrons out of charges generated in the photoelectric conversion layer 32.
- the electrode 40 is made of a conductive material (for example, ITO) that is sufficiently transparent to light having a wavelength with which the photoelectric conversion layer 32 has sensitivity in order to cause light to enter the photoelectric conversion layer 32.
- ITO a conductive material
- the photoelectric conversion element 1 configured as described above uses the upper electrode 40 as a light incident side electrode, and when light is incident from above the upper electrode 40, this light is transmitted through the upper electrode 40 and incident on the photoelectric conversion layer 32. Here, charges are generated. Holes in the generated charges move to the lower electrode 20. By converting the holes transferred to the lower electrode 20 into a voltage signal corresponding to the amount of the holes and reading out the light, the light can be converted into a voltage signal and extracted.
- a bias voltage may be applied so as to collect electrons at the electrode 20 and collect holes at the electrode 40.
- a hole blocking layer may be provided instead of the electron blocking layer 31.
- the hole blocking layer suppresses injection of holes from the electrode 20 into the photoelectric conversion layer 32, and an organic material for inhibiting holes generated in the photoelectric conversion layer 32 from flowing toward the electrode 20 side. It may be a layer composed of In either case, the portion sandwiched between the electrode 20 and the electrode 40 becomes the light receiving layer 30.
- the light receiving layer 30 including the photoelectric conversion layer 32 is a layer (organic layer) including an organic material, and is an organic film formed by a dry film forming method using the film forming organic material 60. Including layers.
- the organic layer formed by the organic material 60 for film formation will be described as a layer constituting the light receiving layer 30, but the organic layer is not limited to the light receiving layer 30 as long as it is an organic layer formed by a dry film forming method. .
- the dry film forming method is not particularly limited, and examples thereof include physical vapor deposition, sputtering, chemical vapor deposition, and the like, but vacuum resistance vapor deposition can be preferably used.
- FIG. 2 shows an example of a schematic diagram showing a state of film formation by vacuum resistance heating vapor deposition.
- the light-receiving layer is normally vapor-deposited with a substrate holder 90 provided above the opening of the vapor deposition cell 71 installed in the vapor deposition chamber 91, and with the substrate B installed in the holder 90.
- a film-forming organic material (vapor deposition material) 60 is installed in the vapor deposition cell 71 having a heating function, and since the inside of the vapor deposition chamber 91 has a high degree of vacuum, the vapor deposition material evaporated from the vapor deposition cell 71 has an opening portion. The film is emitted from the substrate and travels straight and is formed on the substrate B.
- the maximum emission angle ⁇ of the evaporated vapor deposition material can be adjusted.
- the deposition cell 71 and the substrate B are separated by 10 cm or more if possible.
- the evaporated deposition material is incident on the substrate surface while spreading in a substantially conical shape at an incident angle of 0 ° to ⁇ .
- the organic material 60 for film formation is installed in a vapor deposition source such as a boat type, a basket type, a hairpin type, or a crucible type, and is not particularly limited.
- the present inventor has found that even if there is a very small amount of residual solvent that cannot be detected by HPLC, most of the solvent used in the preparation of the organic material for film formation, particularly in the final stage, has a degree of vacuum of 1 ⁇ 10 ⁇ In dry film formation performed at 3 Pa or less, since the vapor pressure is higher than the sublimation pressure of the constituent organic matter, it is sufficiently volatilized before the sublimation of the organic matter, so there is no effect on the film properties I thought.
- the main factor of the deterioration of the film characteristics was a residual solvent that was considered to be negligible from the HPLC purity, and the content of the residual solvent in the organic material for film formation was 3 mol% or less. As a result, it was found that variation in film characteristics can be suppressed and a photoelectric conversion element having equivalent performance can be stably produced.
- the photoelectric conversion layer 32 or the electron blocking layer 31 is formed using the organic material 60 for film formation with a residual solvent of 3 mol% or less.
- the film characteristics, the photoelectric conversion efficiency (sensitivity) and the response speed (rise time) when the photoelectric conversion element 1 is manufactured are evaluated.
- Table 1 shows changes over time in film characteristics during continuous film formation, and the film was formed using a film-forming organic material 60 having a residual solvent of 3 mol% or less.
- the ratio of the film purity of the photoelectric conversion layer 32 formed after continuous film formation for 2 hours to the film purity of the photoelectric conversion layer (organic layer) 32 immediately after stabilization is 0.9 or more. It is confirmed that the deterioration of can be suppressed to less than 10%.
- Table 2 also shows the photoelectric conversion element 1 having a high photoelectric conversion efficiency (sensitivity) and a high response speed (rise time) by suppressing variations in film characteristics by using the organic material 60 for film formation. It is shown that the film can be formed stably.
- the film-forming organic material 60 is mainly composed of constituent organic substances of the light receiving layer 30 (electron blocking layer 31 and photoelectric conversion layer 32) of the organic photoelectric conversion element 1, and the residual solvent amount is 3 mol% or less. It is what.
- the film-forming organic material 60 is used as the film-forming organic material of the light receiving layer 30.
- the influence of the residual solvent on the film characteristics does not occur only in the photoelectric conversion layer material or the electron blocking material.
- the organic material for film formation by the dry film formation method in the organic photoelectric conversion element is considered to occur without limitation, although there is a difference in the degree of influence such as ease of decomposition.
- the organic material 60 for film formation includes the photoelectric conversion layer 32 and the electron blocking layer 31 constituting the light receiving layer 30, a hole blocking layer (not shown), etc. It can be preferably applied to.
- the type of residual solvent is not limited, although the amount of influence is large or small.
- the solvent include water, alcohols, ethers, ketones, sulfoxides, carbonates, amides, carboxylic acids, esters, nitriles, halogens, aromatics and the like. More specifically, when two or more types of solvents are included, the total content of the two or more types is 3 mol% or less.
- the following solvents can be considered. Specifically, methanol, ethanol, propanol, isopropanol, butanol, isobutanol, t-butyl alcohol, ethylene glycol, propylene glycol, glycerin, dimethyl ether, diethyl ether, 1,2-dimethoxyethane, diglyme, triglyme, oligoethylene oxide , Oligopropylene oxide, polyethylene oxide, polypropylene oxide, anisole, diphenyl ether, THF, dioxane, 1,3-dioxolane, acetone, MEK, cyclohexanone, cyclopentanone, dimethyl sulfoxide, dimethyl sulfone, sulfolane, dimethyl carbonate, diethyl carbonate, ethylene Carbonate, propylene carbonate, N, N-dimethylformamide, N, N-dimethylacetamide, N-methyl Pyrrolidone, N
- the film-forming organic material is prepared and the film-forming organic material is prepared.
- the film formation is performed by a predetermined dry film formation method.
- the light-receiving layer 30 (electron blocking layer 31, photoelectrical layer 30) is formed by a predetermined film formation method in the purification step of the synthesized organic matter or after the solvent removal step after the purification step.
- the conversion layer 32 may be formed.
- the solvent removal step may be performed after molding, granulation, or sintering.
- the method for carrying out the solvent removal step is not particularly limited, but sublimation purification, recrystallization purification, column chromatography purification, reslurry, vacuum drying method, reprecipitation purification, liquid separation, water, washing with solvent, filtration, filtration, ion exchange
- Examples include resin chromatography, activated carbon, diatomaceous earth, ion exchange resin, resin, adsorption with inorganic porous material (zeolite), air drying, heat drying method, freeze drying and the like.
- the organic material 60 for film formation is used for dry film formation of an organic layer (light receiving layer 30; electron blocking layer 31, photoelectric conversion layer 32) constituting the organic photoelectric conversion element 1, and is a constituent organic substance of the organic layer. And the residual solvent amount is 3 mol% or less.
- the film-forming organic material 60 having such a structure is a film-forming material that does not contain an amount of residual solvent that affects the film characteristics during film formation and / or within the film formed. Therefore, the light-receiving layer 30 is formed using the film-forming organic material 60, or the light-receiving layer 30 receives light by a film-forming method including a residual solvent removing step in which the content of the solvent contained in the film-forming organic material 60 is 3 mol% or less. By forming the layer 30, it is possible to stably manufacture the organic photoelectric conversion element 1 having the same performance.
- the configuration of the photoelectric conversion element 1 shown in FIG. 1 will be described.
- the light-receiving layer 30 such as the photoelectric conversion layer 32 and the electron blocking layer 31 that are organic layers is formed by a dry film formation method using the film formation organic material 60.
- the light receiving layer 30 with little variation in film characteristics can be obtained, and the photoelectric conversion element 1 having high photoelectric conversion efficiency and high response speed can be manufactured stably.
- Substrate and electrode> There is no restriction
- the lower electrode 20 is an electrode for collecting holes out of charges generated in the photoelectric conversion layer 32.
- the lower electrode 20 is not particularly limited as long as it has good conductivity. However, depending on the application, there are cases where transparency is provided, and conversely, a case where a material that does not have transparency and reflects light is used. is there.
- conductive metal oxides such as tin oxide (ATO, FTO) doped with antimony or fluorine, tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), Metals such as gold, silver, chromium, nickel, titanium, tungsten, and aluminum, and conductive compounds such as oxides and nitrides of these metals (for example, titanium nitride (TiN)), and these metals and conductivity Examples include mixtures or laminates with metal oxides, inorganic conductive materials such as copper iodide and copper sulfide, organic conductive materials such as polyaniline, polythiophene, and polypyrrole, and laminates of these with ITO or titanium nitride. .
- ATO tin oxide
- FTO tin oxide
- ITO indium tin oxide
- IZO indium zinc oxide
- Metals such as gold, silver, chromium, nickel, titanium, tungsten
- the upper electrode 40 is an electrode that collects electrons out of the charges generated in the photoelectric conversion layer 32.
- the upper electrode 40 is not particularly limited as long as it is a conductive material that is sufficiently transparent to light having a wavelength with which the photoelectric conversion layer 32 has sensitivity in order to allow light to enter the photoelectric conversion layer 32.
- conductive metal oxides such as tin oxide (ATO, FTO) doped with antimony or fluorine, tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), Metal thin films such as gold, silver, chromium and nickel, and mixtures or laminates of these metals and conductive metal oxides, inorganic conductive materials such as copper iodide and copper sulfide, organic materials such as polyaniline, polythiophene and polypyrrole Examples thereof include conductive materials and laminates of these with ITO. Among these, conductive metal oxides are preferable from the viewpoint of high conductivity and transparency.
- the method for forming the electrode is not particularly limited, and can be appropriately selected in consideration of appropriateness with the electrode material. Specifically, it can be formed by a wet method such as a printing method or a coating method, a physical method such as a vacuum deposition method, a sputtering method, or an ion plating method, or a chemical method such as CVD or plasma CVD method.
- the electrode material When the electrode material is ITO, it can be formed by a method such as an electron beam method, a sputtering method, a resistance heating vapor deposition method, a chemical reaction method (sol-gel method or the like), or a dispersion of indium tin oxide. Furthermore, UV-ozone treatment, plasma treatment, or the like can be performed on a film formed using ITO. When the electrode material is TiN, various methods including a reactive sputtering method can be used, and further, UV-ozone treatment, plasma treatment, and the like can be performed.
- the upper electrode 40 is formed on the organic photoelectric conversion layer 32, it is preferable that the upper electrode 40 be formed by a method that does not deteriorate the characteristics of the organic photoelectric conversion layer 32. Therefore, the upper electrode 40 is preferably formed plasma-free.
- plasma free means that no plasma is generated during the deposition of the upper electrode 40, or that the distance from the plasma generation source to the substrate is 2 cm or more, preferably 10 cm or more, more preferably 20 cm or more. It means a state in which the plasma that reaches is reduced.
- Examples of apparatuses that do not generate plasma during the formation of the upper electrode 40 include an electron beam vapor deposition apparatus (EB vapor deposition apparatus) and a pulse laser vapor deposition apparatus.
- EB deposition equipment or pulse laser deposition equipment “Surveillance of Transparent Conductive Films” supervised by Yutaka Sawada (published by CMC, 1999), “New Development of Transparent Conductive Films II” supervised by Yutaka Sawada (published by CMC, 2002) ), “Transparent conductive film technology” by the Japan Society for the Promotion of Science (Ohm Co., 1999), and the references attached thereto, etc. can be used.
- an EB vapor deposition method a method of forming a transparent electrode film using an EB vapor deposition apparatus is referred to as an EB vapor deposition method
- a method of forming a transparent electrode film using a pulse laser vapor deposition apparatus is referred to as a pulse laser vapor deposition method.
- a plasma-free film forming apparatus For an apparatus that can realize a state in which the distance from the plasma generation source to the substrate is 2 cm or more and the arrival of plasma to the substrate is reduced (hereinafter referred to as a plasma-free film forming apparatus), for example, an opposed target sputtering Equipment, arc plasma deposition, etc. are considered, and these are supervised by Yutaka Sawada "New development of transparent conductive film” (published by CMC, 1999), and supervised by Yutaka Sawada "New development of transparent conductive film II” (published by CMC) 2002), “Transparent conductive film technology” (Ohm Co., 1999) by the Japan Society for the Promotion of Science, and references and the like attached thereto can be used.
- a transparent conductive film such as TCO When a transparent conductive film such as TCO is used as the upper electrode 40, a DC short circuit or an increase in leakage current may occur.
- TCO transparent conductive film
- One reason for this is thought to be that fine cracks introduced into the photoelectric conversion layer 32 are covered with a dense film such as TCO, and conduction between the lower electrode 20 on the opposite side is increased. For this reason, in the case of an electrode having a poor film quality such as Al, an increase in leakage current hardly occurs.
- the film thickness of the upper electrode 40 is 1/5 or less, preferably 1/10 or less of the thickness of the photoelectric conversion layer 32.
- the sheet resistance is preferably 100 to 10,000 ⁇ / ⁇ .
- the degree of freedom in the range of film thickness that can be made thin is great.
- the increase in light transmittance is very preferable because it increases the light absorption in the photoelectric conversion layer 32 and increases the photoelectric conversion ability.
- the thickness of the upper electrode 40 is preferably 5 to 100 nm, and more preferably 5 to 20 nm. preferable.
- the light receiving layer 30 is an organic layer including at least the photoelectric conversion layer 32, and includes an organic layer formed by a dry film forming method using the film forming organic material 60.
- the light receiving layer 30 includes an electron blocking layer 31 and a photoelectric conversion layer 32, and either or both of these are formed by a dry film forming method using the film forming organic material 60. ing.
- the light receiving layer 30 can be formed by a dry film forming method or a wet film forming method.
- the dry film formation method is preferable in that a uniform film formation is easy and impurities are not easily mixed, and that film thickness control and lamination on different materials are easy.
- the dry film forming method include a vacuum vapor deposition method, a sputtering method, an ion plating method, a physical vapor deposition method such as an MBE method, or a CVD method such as plasma polymerization.
- a vacuum deposition method is preferred, and in the case of forming a film by the vacuum deposition method, the production conditions such as the degree of vacuum and the deposition temperature can be set according to conventional methods.
- the decomposition temperature is higher than the vapor deposition possible temperature because thermal decomposition during vapor deposition can be suppressed.
- the degree of vacuum at the time of formation is preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 3 Pa or less in consideration of preventing deterioration of element characteristics at the time of forming the light receiving layer. ⁇ 4 Pa or less is more preferable, and 1 ⁇ 10 ⁇ 4 Pa or less is particularly preferable.
- the thickness of the light receiving layer 30 is preferably 10 nm or more and 1000 nm or less, more preferably 50 nm or more and 800 nm or less, and particularly preferably 100 nm or more and 600 nm or less. By setting it to 10 nm or more, a suitable dark current suppressing effect is obtained, and by setting it to 1000 nm or less, suitable photoelectric conversion efficiency is obtained.
- the photoelectric conversion layer 32 receives light and generates an electric charge according to the amount of light, and includes an organic photoelectric conversion material.
- the photoelectric conversion element 1 of the present embodiment has a configuration in which the photoelectric conversion layer 32 includes a mixed layer in which a p-type organic semiconductor (p-type organic compound) and an n-type organic semiconductor are mixed.
- This mixed layer is preferably formed by co-evaporation of the organic material 60 for forming a p-type organic semiconductor material and the organic material 60 for forming an n-type organic semiconductor material.
- the mixed layer refers to a layer in which a plurality of materials are mixed or dispersed.
- the mixed layer is a layer formed by co-evaporating a p-type organic semiconductor and an n-type organic semiconductor. .
- fullerene C 60 fullerene C 70 , fullerene C 76 , fullerene C 78 , fullerene C 80 , fullerene C 82 , fullerene C 84 , fullerene C 90 , fullerene C 96 , fullerene C 2 40 , fullerene 540 , mixed fullerene And fullerene nanotubes.
- the fullerene derivative means a compound having a substituent added thereto.
- the substituent for the fullerene derivative is preferably an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group.
- the alkyl group is more preferably an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, and the aryl group and the heterocyclic group are preferably a benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, phenanthrene ring, fluorene ring, triphenylene ring, naphthacene ring.
- substituents may further have a substituent, and the substituents may be bonded as much as possible to form a ring.
- substituents may be bonded as much as possible to form a ring.
- you may have a some substituent and they may be the same or different.
- a plurality of substituents may be combined as much as possible to form a ring.
- the p-type organic semiconductor (compound) constituting the photoelectric conversion layer 32 preferably has an appropriate particle size that does not greatly affect the stability of the deposition rate.
- the average particle size of the p-type organic semiconductor and the n-type organic semiconductor is preferably 10 to 800 ⁇ m, and more preferably 20 to 700 ⁇ m.
- the p-type organic semiconductor (compound) constituting the photoelectric conversion layer 32 is a donor organic semiconductor (compound), which is mainly represented by a hole-transporting organic compound and refers to an organic compound having a property of easily donating electrons. . More specifically, an organic compound having a smaller ionization potential when two organic materials are used in contact with each other. Therefore, any organic compound can be used as the donor organic compound as long as it is an electron-donating organic compound.
- a metal complex having a ring compound as a ligand can be used.
- the present invention is not limited thereto, and any organic compound having an ionization potential smaller than that of the organic compound used as the n-type organic semiconductor may be used as the donor organic semiconductor.
- triarylamine compounds preferred are triarylamine compounds, pyran compounds, quinacridone compounds, pyrrole compounds, phthalocyanine compounds, merocyanine compounds, and condensed aromatic carbocyclic compounds.
- any organic dye may be used as the p-type organic semiconductor, but preferred are a cyanine dye, a styryl dye, a hemicyanine dye, a merocyanine dye (including zero methine merocyanine (simple merocyanine)), a trinuclear merocyanine dye, 4 Nuclear merocyanine dye, rhodacyanine dye, complex cyanine dye, complex merocyanine dye, allopolar dye, oxonol dye, hemioxonol dye, squalium dye, croconium dye, azamethine dye, coumarin dye, arylidene dye, anthraquinone dye, triphenylmethane dye, azo Dye, azomethine dye, spiro compound, metallocene dye, fluorenone dye, fulgide dye, perylene dye, perinone dye, phenazine dye, phenothiazine dye,
- the fullerene or fullerene derivative contained in the photoelectric conversion layer 32 preferably has a composition of 85% or less.
- a p-type organic semiconductor that is suitable when the n-type organic semiconductor is fullerene or a fullerene derivative and is preferably formed using the organic material 60 for film formation will be described later.
- Electron blocking layer 31 included in the light receiving layer 30 suppresses the injection of electrons from the lower electrode 20 into the photoelectric conversion layer 32 and inhibits the electrons generated in the photoelectric conversion layer 32 from flowing to the electrode 20 side.
- the electron blocking layer 31 includes an organic material, an inorganic material, or both.
- the electron blocking layer 31 may be composed of a plurality of layers. By doing in this way, an interface is formed between each layer which comprises the electron blocking layer 31, and a discontinuity arises in the intermediate level which exists in each layer. As a result, it becomes difficult for the charge to move through the intermediate level and the like, so that the electron blocking effect can be enhanced.
- the layers constituting the electron blocking layer 31 are made of the same material, the intermediate levels existing in the layers may be exactly the same. Therefore, in order to further enhance the electron blocking effect, the materials constituting the layers are different. It is preferable to make it.
- An electron donating organic material can be used for the electron blocking layer 31.
- TPD N, N′-bis (3
- Polyphyrin compounds triazole derivatives, oxa Zazole derivatives, imidazole derivatives, polyarylalkane derivatives, pyrazoline derivatives, pyrazolone derivatives, phenylenediamine derivatives, arylamine derivatives, fluorene derivatives, amino-substituted chalcone derivatives, oxazole derivatives, styrylanthracene derivatives, fluorenone derivatives, hydrazone derivatives, silazane derivatives, etc.
- polymers such as phenylene vinylene, fluorene, carbazole, indole, pyrene, pyrrole, picoline, thiophene, acetylene, diacetylene, and derivatives thereof can be used. Even if it is not, it is possible to use a compound having sufficient hole transportability.
- An inorganic material can be used as the electron blocking layer 31.
- an inorganic material has a dielectric constant larger than that of an organic material, when it is used for the electron blocking layer 31, a large voltage is applied to the photoelectric conversion layer 32, and the photoelectric conversion efficiency can be increased.
- Materials that can be the electron blocking layer 31 include calcium oxide, chromium oxide, chromium oxide copper, manganese oxide, cobalt oxide, nickel oxide, copper oxide, gallium copper oxide, strontium copper oxide, niobium oxide, molybdenum oxide, indium copper oxide, Examples include indium silver oxide and iridium oxide.
- the layer adjacent to the photoelectric conversion layer 32 among the plurality of layers is preferably a layer made of the same material as the p-type organic semiconductor contained in the photoelectric conversion layer 32.
- the same p-type organic semiconductor for the electron blocking layer 31 it is possible to suppress the formation of intermediate levels at the interface between the photoelectric conversion layer 32 and the adjacent layer, and to further suppress the dark current.
- the layer can be a layer made of an inorganic material, or in the case of a plurality of layers, one or more layers can be a layer made of an inorganic material. it can.
- An electron-donating organic material that is suitable when the n-type organic semiconductor is fullerene or a fullerene derivative and is preferably formed using the organic material 60 for film formation will be described later.
- the hole blocking layer suppresses injection of holes from the lower electrode 20 into the photoelectric conversion layer 32, and inhibits holes generated in the photoelectric conversion layer 32 from flowing toward the lower electrode 20 side.
- a layer formed of an organic material may be used. By making the hole blocking layer into a plurality of layers, the hole blocking effect can be enhanced.
- Hole blocking layer ⁇ Hole blocking layer
- electrons or holes collected by the upper electrode 40 may be converted into a voltage signal corresponding to the amount and taken out to the outside.
- an electron blocking layer or a hole blocking layer may be provided between the upper electrode 40 and the photoelectric conversion layer 32. In either case, the portion sandwiched between the lower electrode 20 and the upper electrode 40 becomes the light receiving layer 30.
- An electron-accepting organic material can be used for the hole blocking layer.
- electron accepting materials include oxadiazole derivatives such as 1,3-bis (4-tert-butylphenyl-1,3,4-oxadiazolyl) phenylene (OXD-7), anthraquinodimethane derivatives, and diphenylquinone derivatives.
- OXD-7 1,3-bis (4-tert-butylphenyl-1,3,4-oxadiazolyl) phenylene
- anthraquinodimethane derivatives anthraquinodimethane derivatives
- diphenylquinone derivatives diphenylquinone derivatives.
- Bathocuproine, bathophenanthroline, and derivatives thereof triazole compounds, tris (8-hydroxyquinolinato) aluminum complexes, bis (4-methyl-8-quinolinato) aluminum complexes, distyrylarylene derivatives, silole compounds, etc. Can do.
- a porphyrin compound or a styryl compound such as DCM (4-dicyanomethylene-2-methyl-6- (4- (dimethylaminostyryl))-4H pyran) or a 4H pyran compound can be used.
- the hole blocking layer is also preferably formed using the organic material 60 for film formation.
- the sealing layer 50 is a layer for preventing a factor that degrades an organic material such as water and oxygen from entering the light receiving layer containing the organic material.
- the sealing layer 50 is formed so as to cover the lower electrode 20, the electron blocking layer 31, the photoelectric conversion layer 32, and the upper electrode 40.
- the photoelectric conversion layer 32 since incident light reaches the photoelectric conversion layer 32 through the sealing layer 50, the photoelectric conversion layer 32 has sufficient sensitivity to light having a wavelength with which the photoelectric conversion layer 32 has sensitivity. It must be transparent.
- the sealing layer 50 include ceramics such as dense metal oxide, metal nitride, and metal nitride oxide that do not allow water molecules to permeate, diamond-like carbon (DLC), and the like. Conventionally, aluminum oxide, silicon oxide, Silicon nitride, silicon nitride oxide, a laminated film thereof, a laminated film of them and an organic polymer, or the like is used.
- the sealing layer 50 can be composed of a thin film made of a single material, but by providing a separate function for each layer in a multi-layer structure, the stress relaxation of the entire sealing layer 50 and dust generation during the manufacturing process Such effects as the suppression of defects such as cracks and pinholes caused by the above, and the optimization of material development can be expected.
- the sealing layer 50 is formed by laminating a “sealing auxiliary layer” having a function that is difficult to achieve on the layer that serves the original purpose of preventing the penetration of deterioration factors such as water molecules.
- a two-layer structure can be formed. Although it is possible to have three or more layers, it is preferable that the number of layers is as small as possible in consideration of manufacturing costs.
- the formation method of the sealing layer 50 is not particularly limited, and is preferably formed by a method that does not deteriorate the performance and film quality of the already formed photoelectric conversion layer 32 and the like as much as possible.
- the film is generally formed by various vacuum film formation techniques, but the conventional sealing layer is a thin film at a step due to a structure on the substrate surface, minute defects on the substrate surface, particles adhering to the substrate surface, and the like. Is difficult to grow (because the step becomes a shadow), the film thickness is significantly thinner than the flat part. For this reason, the step portion becomes a path through which the deterioration factor penetrates.
- the degree of vacuum when forming the sealing layer is preferably 1 ⁇ 10 3 Pa or less, and more preferably 5 ⁇ 10 2 Pa or less.
- the atomic layer deposition (ALD) method is a kind of CVD method, and adsorption / reaction of organometallic compound molecules, metal halide molecules, and metal hydride molecules, which are thin film materials, onto the substrate surface and unreacted groups contained therein. Is a technique for forming a thin film by alternately repeating decomposition. When the thin film material reaches the substrate surface, it is in the above-mentioned low molecular state, so that the thin film can be grown in a very small space where the low molecule can enter.
- the step portion which was difficult with the conventional thin film formation method, is completely covered (the thickness of the thin film grown on the step portion is the same as the thickness of the thin film grown on the flat portion), that is, the step coverage is very high. Excellent. For this reason, steps due to structures on the substrate surface, minute defects on the substrate surface, particles adhering to the substrate surface, and the like can be completely covered, and such a step portion does not become an intrusion path for a deterioration factor of the photoelectric conversion material.
- the sealing layer 50 is formed by the atomic layer deposition method, the required sealing layer thickness can be effectively reduced as compared with the prior art.
- the sealing layer 50 is formed by the atomic layer deposition method, a material corresponding to the ceramics preferable for the sealing layer 50 described above can be selected as appropriate.
- the photoelectric conversion layer of the present invention uses an organic photoelectric conversion material, it is limited to a material capable of growing a thin film at a relatively low temperature so that the organic photoelectric conversion material does not deteriorate.
- a dense aluminum oxide thin film can be formed at less than 200 ° C. at which the organic photoelectric conversion material does not deteriorate.
- an aluminum oxide thin film can be formed even at about 100 ° C.
- Silicon oxide and titanium oxide are also preferable because a dense thin film can be formed at less than 200 ° C., similarly to aluminum oxide, by appropriately selecting materials.
- the thin film formed by the atomic layer deposition method can achieve a high-quality thin film formation at a low temperature that is unmatched in terms of step coverage and denseness.
- the physical properties of the thin film material may be deteriorated by chemicals used in the photolithography process. For example, since an aluminum oxide thin film formed by atomic layer deposition is amorphous, the surface is eroded by an alkaline solution such as a developer or a stripping solution.
- thin films formed by CVD such as atomic layer deposition
- CVD chemical vapor deposition
- atomic layer deposition often have tensile stresses with very large internal stress, such as processes that repeat intermittent heating and cooling, such as semiconductor manufacturing processes, Due to storage / use in a high temperature / high humidity atmosphere for a period, deterioration of the thin film itself may occur.
- the sealing layer 50 formed by the atomic layer deposition method it is preferable to form a sealing auxiliary layer that has excellent chemical resistance and can cancel the internal stress of the sealing layer 50.
- auxiliary sealing layer examples include any of ceramics such as metal oxide, metal nitride, and metal nitride oxide that are excellent in chemical resistance formed by physical vapor deposition (PVD) such as sputtering. Or a layer containing one of them. Ceramics formed by a PVD method such as sputtering often has a large compressive stress, and can cancel the tensile stress of the sealing layer 50 formed by an atomic layer deposition method.
- PVD physical vapor deposition
- the sealing layer 50 formed by the atomic layer deposition method preferably includes any of aluminum oxide, silicon oxide, and titanium oxide.
- the sealing auxiliary layer includes aluminum oxide, silicon oxide, silicon nitride, and silicon nitride oxide.
- a sputtered film containing any one of the above is preferable.
- the thickness of the sealing layer 50 is preferably 0.05 ⁇ m or more and 0.5 ⁇ m or less.
- the photoelectric conversion element 1 is configured.
- n-type organic semiconductor material suitable when the n-type organic semiconductor is fullerene or a fullerene derivative will be described.
- these materials are compounds having a shallower HOMO level than the fullerene or fullerene derivative, and have an absorption peak in the visible light region (wavelength 400 nm to 700 nm). .
- an electron blocking layer material (electron donating organic material) suitable when the n-type organic semiconductor is a fullerene or a fullerene derivative will be described.
- These compounds are suitable as p-type organic semiconductor materials and electron-donating organic materials when fullerenes or fullerene derivatives are used as n-type semiconductors, but as other functional layers in other configurations. It may be used. As already described, these organic compound layers are preferably formed using the organic material 60 for film formation.
- a compound represented by the following general formula (DI) is preferable.
- Z 1 represents an atomic group necessary to form a 5- or 6-membered ring.
- L 1 , L 2 , and L 3 are each independently an unsubstituted methine group, or Represents a substituted methine group, D 1 represents an atomic group, and n represents an integer of 0 or more.
- Z 1 is a ring containing at least two carbon atoms, and is a 5-membered ring, a 6-membered ring, or a condensed ring containing at least one of a 5-membered ring and a 6-membered ring.
- a condensed ring containing at least one of a 5-membered ring, a 6-membered ring, and a 5-membered ring and a 6-membered ring those usually used as an acidic nucleus in a merocyanine dye are preferable. Specific examples thereof include the following: Is mentioned.
- (A) 1,3-dicarbonyl nucleus for example, 1,3-indandione nucleus, 1,3-cyclohexanedione, 5,5-dimethyl-1,3-cyclohexanedione, 1,3-dioxane-4,6- Zeon etc.
- (B) pyrazolinone nucleus for example 1-phenyl-2-pyrazolin-5-one, 3-methyl-1-phenyl-2-pyrazolin-5-one, 1- (2-benzothiazoyl) -3-methyl-2 -Pyrazolin-5-one and the like.
- (C) isoxazolinone nucleus for example, 3-phenyl-2-isoxazolin-5-one, 3-methyl-2-isoxazolin-5-one and the like.
- (D) Oxindole nucleus For example, 1-alkyl-2,3-dihydro-2-oxindole and the like.
- Examples of the derivatives include 1-alkyl compounds such as 1-methyl and 1-ethyl, 1,3-dialkyl compounds such as 1,3-dimethyl, 1,3-diethyl and 1,3-dibutyl, 1,3-diphenyl, 1,3-diaryl compounds such as 1,3-di (p-chlorophenyl) and 1,3-di (p-ethoxycarbonylphenyl), 1-alkyl-1-aryl compounds such as 1-ethyl-3-phenyl, Examples include 1,3-di (2-pyridyl) 1,3-diheterocyclic substituents and the like.
- (F) 2-thio-2,4-thiazolidinedione nucleus for example, rhodanine and its derivatives.
- the derivatives include 3-alkylrhodanine such as 3-methylrhodanine, 3-ethylrhodanine and 3-allylrhodanine, 3-arylrhodanine such as 3-phenylrhodanine, and 3- (2-pyridyl) rhodanine. And the like.
- (J) 2,4-thiazolidinedione nucleus: for example, 2,4-thiazolidinedione, 3-ethyl-2,4-thiazolidinedione, 3-phenyl-2,4-thiazolidinedione and the like.
- (M) 2-thio-2,4-imidazolidinedione (2-thiohydantoin) nucleus for example, 2-thio-2,4-imidazolidinedione, 3-ethyl-2-thio-2,4-imidazolidinedione etc.
- (N) Imidazolin-5-one nucleus for example, 2-propylmercapto-2-imidazolin-5-one and the like.
- (O) 3,5-pyrazolidinedione nucleus for example, 1,2-diphenyl-3,5-pyrazolidinedione, 1,2-dimethyl-3,5-pyrazolidinedione and the like.
- Benzothiophen-3-one nucleus for example, benzothiophen-3-one, oxobenzothiophen-3-one, dioxobenzothiophen-3-one and the like.
- Indanone nucleus for example, 1-indanone, 3-phenyl-1-indanone, 3-methyl-1-indanone, 3,3-diphenyl-1-indanone, 3,3-dimethyl-1-indanone, etc.
- the ring represented by Z 1 is preferably a 1,3-dicarbonyl nucleus, a pyrazolinone nucleus, a 2,4,6-triketohexahydropyrimidine nucleus (including a thioketone body, for example, a barbituric acid nucleus, a 2-thiobarbiti nucleus, Tool acid nucleus), 2-thio-2,4-thiazolidinedione nucleus, 2-thio-2,4-oxazolidinedione nucleus, 2-thio-2,5-thiazolidinedione nucleus, 2,4-thiazolidinedione nucleus, 2 , 4-imidazolidinedione nucleus, 2-thio-2,4-imidazolidinedione nucleus, 2-imidazolin-5-one nucleus, 3,5-pyrazolidinedione nucleus, benzothiophen-3-one nucleus, indanone nucleus And more preferably a 1,
- Z 1 Z 1
- Z 3 represents a ring containing at least 3 carbon atoms and represents a 5-membered ring, a 6-membered ring, or a condensed ring containing at least one of a 5-membered ring and a 6-membered ring.
- D Represents a general formula (D -Represents the bonding position with L 1 in I).
- Z 3 can be selected from the ring formed by Z 1 and is preferably a 1,3-dicarbonyl nucleus, a 2,4,6-triketohexahydropyrimidine nucleus (including a thioketone body), Particularly preferred are 1,3-indandione nucleus, barbituric acid nucleus, 2-thiobarbituric acid nucleus and derivatives thereof.
- the ring represented by Z 1 may function as an acceptor part.
- the fullerene and the co-deposited film are formed by controlling the interaction between the acceptor parts, a high positive
- the present inventors have found that pore transport properties can be expressed. It is possible to control the interaction by introducing an acceptor moiety structure and a steric hindrance substituent.
- the barbituric acid nucleus and 2-thiobarbituric acid nucleus it is possible to control the interaction between molecules preferably by substituting two hydrogen atoms at two N positions with substituents.
- the substituent W mentioned later is mentioned as this, More preferably, it is an alkyl group, More preferably, they are a methyl group, an ethyl group, a propyl group, or a butyl group.
- the case where the ring represented by Z 1 is represented by the following general formula (DV) is preferred.
- R 51 to R 56 each independently represents a hydrogen atom or a substituent. Two of R 51 to R 56 may be bonded to each other to form a ring. * Represents a bonding position with L 1. x represents 0 or 1.
- R 51 to R 56 each independently represents a hydrogen atom or a substituent.
- substituent W for example, those mentioned below as the substituent W can be applied, preferably an alkyl group, more preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms.
- two adjacent R 51 to R 56 may be bonded to each other to form a ring.
- R 53 and R 54 are bonded to form a ring (for example, a benzene ring, a pyridine ring, a pyrazine ring).
- R 51 to R 56 are preferably all hydrogen atoms.
- the ring represented by Z 1 is a 2,4,6-triketohexahydropyrimidine nucleus (including a thioketone body), it is preferably a group represented by the general formula (D-VI).
- R 71 and R 72 each independently represents a hydrogen atom or a substituent.
- R 73 represents an oxygen atom, a sulfur atom or a substituent. * Represents a bond to L 1 . Represents the position.
- R 71 and R 72 each independently represents a hydrogen atom or a substituent.
- substituent for example, those exemplified as the substituent W described later can be applied.
- R 71 and R 72 are each independently preferably an alkyl group, an aryl group or a heterocyclic group (preferably 2-pyridyl etc.), and an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms (for example, methyl, ethyl, n-propyl, t -Butyl) is more preferred.
- R 73 represents an oxygen atom, a sulfur atom or a substituent, and R 73 is preferably an oxygen atom or a sulfur atom.
- substituent those in which the bond is a nitrogen atom and those having a carbon atom are preferable.
- an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms
- an aryl group having 6 to 12 carbon atoms
- Specific examples include a methylamino group, an ethylamino group, a butylamino group, a hexylamino group, a phenylamino group, and a naphthylamino group.
- At least one electron withdrawing group may be substituted.
- the electron withdrawing group include a carbonyl group, a cyano group, a sulfoxide group, a sulfonyl group, and a phosphoryl group. It is good to have a group.
- R 73 is preferably one that forms a 5-membered or 6-membered ring containing the carbon atom, and specific examples thereof include those having the following structure.
- Ph represents a phenyl group.
- L 1 , L 2 , and L 3 each independently represent an unsubstituted methine group or a substituted methine group.
- the substituted methine groups may be bonded to form a ring.
- a 6-membered ring (for example, benzene ring etc.) is mentioned as a ring.
- the substituent of the substituted methine group include the substituent W described later, and it is preferable that all of L 1 , L 2 and L 3 are unsubstituted methine groups.
- n represents an integer of 0 or more, preferably 0 or more and 3 or less, more preferably 0.
- N 0 is preferable in that it has appropriate absorption in the visible region and suppresses thermal decomposition during vapor deposition.
- D 1 represents an atomic group.
- D 1 is preferably a group containing —NR a (R b ), and D 1 is preferably an aryl group substituted with —NR a (R b ) (preferably having a substituent).
- Preferred is a phenyl group or a naphthyl group.
- R a and R b each independently represent a hydrogen atom or a substituent, and examples of the substituent include a substituent W described later, and preferably an aliphatic hydrocarbon group (preferably having a substituent).
- the hetero ring is preferably a 5-membered ring such as a furan ring, a thiophene ring, a pyrrole ring, or an oxadiazole ring.
- R a and R b are a substituent (preferably an alkyl group or an alkenyl group), the substituent is an aromatic ring (preferably a benzene ring or naphthalene ring) of an aryl group substituted by —NR a (R b ). ) It may be bonded to a skeleton hydrogen atom or a substituent to form a ring (preferably a 6-membered ring).
- R a and R b may be bonded to each other to form a ring (preferably a 5-membered or 6-membered ring, more preferably a 6-membered ring), and each of R a and R b is L
- a ring (preferably a 5-membered or 6-membered ring, more preferably a 6-membered ring) may be formed by combining with a substituent in (represents any one of L 1 , L 2 and L 3 ).
- D 1 is preferably an aryl group substituted with an amino group at the para position (preferably a phenyl group or a naphthyl group).
- substituent of the amino group include a substituent W described later, an aliphatic hydrocarbon group (preferably an alkyl group which may be substituted), an aryl group (preferably a phenyl group and a naphthyl group which may be substituted). Or a heterocyclic group is preferred.
- the amino group is preferably a so-called diaryl group-substituted amino group in which two aryl groups are substituted.
- a substituent of the amino group is bonded to a hydrogen atom of the aromatic ring (preferably benzene ring or naphthyl group) skeleton of the aryl group or a ring (preferably May form a 6-membered ring).
- R a and R b are an aliphatic hydrocarbon group, an aryl group or a heterocyclic group, an alkyl group, an alkenyl group, an aryl group, an alkoxy group, an aryloxy group, an acyl group, an alkoxycarbonyl group, Aryloxycarbonyl group, acylamino group, sulfonylamino group, sulfonyl group, silyl group, aromatic heterocyclic group, more preferably alkyl group, alkenyl group, aryl group, alkoxy group, aryloxy group, silyl group, aromatic A heterocyclic group, more preferably an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group, an aryloxy group, a silyl group, and an aromatic heterocyclic group.
- those exemplified for the substituent W described later can be applied.
- R a and R b are preferably an alkyl group, an aryl group, or an aromatic heterocyclic group.
- R a and R b are particularly preferably an alkyl group, an alkylene group linked to L to form a ring, or an aryl group, more preferably an alkyl group having 1 to 8 carbon atoms, L to be linked to L to 5 to 6
- D 1 is also preferably represented by the following general formula (D-II).
- R 21 and R 22 each independently represents a hydrogen atom or a substituent.
- Ar 21 represents an aromatic hydrocarbon ring group or an aromatic heterocyclic group. * Represents a bond. Represents a position, Ar 21 and R 21 , Ar 21 and R 22 , and R 21 and R 22 may be bonded to each other to form a ring.
- R 21 and R 22 each independently represent a hydrogen atom or a substituent, and examples of the substituent include the substituent W described later. These may further have a substituent. Specific examples of further substituents include the substituent W described later, preferably a halogen atom, an alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, a hydroxyl group, an amino group, or a mercapto group, more preferably a halogen atom, an alkyl group.
- the alkyl group preferably has a linear or branched structure, preferably has 1 to 20 carbon atoms, more preferably has 1 to 10 carbon atoms, and still more preferably has 1 to 5 carbon atoms.
- R 21 and R 22 are preferably alkyl groups, alkenyl groups, aryl groups, alkoxy groups, aryloxy groups, acyl groups, alkoxycarbonyl groups, aryloxycarbonyl groups, acylamino groups, sulfonylamino groups, sulfonyl groups, silyl groups,
- An aromatic heterocyclic group more preferably an alkyl group, aryl group, alkoxy group, aryloxy group, silyl group, aromatic heterocyclic group (preferably a furan ring, a thiophene ring, a pyridine ring, a pyridazine ring, a pyrimidine ring, Pyrazine ring, oxadiazole ring, triazole ring, imidazole ring, pyrazole ring, thiazole ring), more preferably alkyl group, aryl group, or aromatic hetero ring group (preferably furan ring, thiophene
- Ar 21 represents an aromatic hydrocarbon ring or an aromatic heterocyclic group, and examples of the substituent that they may have include a substituent W described later.
- Ar 21 is preferably a benzene ring, naphthalene ring, indane ring, anthracene ring, fluorene ring, pyrene ring, phenanthrene ring, perylene ring, pyridine ring, quinoline ring, isoquinoline ring, phenanthridine ring, pyrimidine ring, pyrazine ring, pyridazine Ring, triazine ring, cinnoline ring, acridine ring, phthalazine ring, quinazoline ring, quinoxaline ring, naphthyridine ring, pteridine ring, pyrrole ring, pyrazole ring, triazole ring, indole ring, carbazole ring, indazole
- Ar 21 may further have a substituent.
- substituents include the substituent W described later, preferably a halogen atom, an alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, a hydroxyl group, an amino group, or a mercapto group, more preferably a halogen atom, an alkyl group.
- R 21 and R 22 each independently represents a hydrogen atom or a substituent.
- R 23 to R 28 each independently represents a hydrogen atom or a substituent.
- K is 0.
- Rx and Ry each independently represents a hydrogen atom or a substituent, and when k is 2 or more, a plurality of Rx and Ry may be the same or different from each other.
- R 23 and R 24 , R 24 and Rx, Rx and R 25 , R 25 and R 21 , R 26 and Ry, Ry and R 27 , R 27 and R 28 , R 28 and R 22 , R 21 and R 22 are respectively They may be bonded to each other to form a ring. * Represents the bonding position.
- k is preferably 0 or 1, and more preferably 0.
- R 21 and R 22 have the same meanings as R 21 and R 22 in the general formula (D-II), and preferred ranges are also the same.
- R 23 to R 28 , Rx, and Ry represent a substituent
- substituent W examples include the substituent W described later. These may further have a substituent.
- substituent W described later preferably a halogen atom, an alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, a hydroxyl group, an amino group, or a mercapto group, more preferably a halogen atom, an alkyl group.
- a group, an aryl group, and a heterocyclic group more preferably a fluorine atom, an alkyl group, and an aryl group, particularly preferably an alkyl group and an aryl group, and most preferably an alkyl group.
- R 23 to R 28 are preferably all hydrogen atoms.
- Rx and Ry are preferably hydrogen atoms. More preferably, R 23 to R 28 are hydrogen atoms, and Rx and Ry are hydrogen atoms.
- D 1 is also preferably a group represented by the following general formula (II-b) or (II-c).
- R 21 , and R 22 are each independently, each independently .R 211 ⁇ R 214 represents a hydrogen atom or a substituent, and .R 211 represents a hydrogen atom or a substituent R 212 , R 213 and R 214 , R 21 and R 22 , R 212 and R 21 , and R 214 and R 22 may be bonded to each other to form a ring.
- R 21 and R 22 have the same meanings as R 21 and R 22 in the general formula (D-II), and preferred ranges are also the same.
- R 211 to R 214 represent a substituent
- substituent W examples of the substituent include the substituent W described later.
- R 211 to R 214 are a hydrogen atom, or R 212 and R 21 or R 214 and R 22. Form a 5-membered ring or a 6-membered ring, and more preferably, any of R 211 to R 214 is a hydrogen atom.
- R 211 and R 212 , R 213 and R 214 , R 21 and R 22 , R 212 and R 21 , and R 214 and R 22 are bonded to each other to form a ring
- Ring R is mentioned.
- Preferred are a benzene ring, a naphthalene ring, an anthracene ring, a pyridine ring, a pyrimidine ring and the like.
- R 215 to R 218 , R 219 to R 223 , and R 224 to R 228 each independently represents a hydrogen atom or a substituent.
- R 215 , R 216 , R 217 , R218 , R223 and R222 , R222 and R219 , R219 and R220 , R220 and R221 , R228 and R227 , R227 and R224 , R224 and R225 , R225 and R226 May be bonded to each other to form a ring. * Represents a bonding position.
- R215 and R216 , R217 and R218 , R223 and R222 , R222 and R219 , R219 and R220 , R220 and R221 , R228 and R227 , R227 and R224 , R224 And R 225 , R 225 and R 226 may be bonded to each other to form a ring, and examples of the ring formed include ring R described later.
- R216 and R223 , R218 and R226 , R228 and R221 may be connected to each other.
- R 216 and R 223, R 218 and R 226, R 228 and R 221 form a 5- to 10-membered ring together with the bond to N atom through (preferably 5 to 6-membered ring) may be, R 216 and R
- the connection between 223 , R 218 and R 226 , and R 228 and R 221 may be a single bond.
- R 215 to R 218 , R 219 to R 223 , and R 224 to R 228 represent a substituent
- substituent W examples of the substituent include the substituent W described later.
- R 215 to R 218 , R 219 to R 223 , and R 224 to R 228 are a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an aryl group having 6 to 18 carbon atoms, or a heterocyclic ring having 4 to 16 carbon atoms.
- the alkyl group may be branched.
- substituent W preferably a halogen atom, an alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, a hydroxyl group, an amino group, or a mercapto group, more preferably a halogen atom, an alkyl group.
- the general formula (DI) is preferably the following general formula (II-d).
- Z 1 represents an atomic group necessary for forming a 5- or 6-membered ring.
- L 1 , L 2 , and L 3 are each independently an unsubstituted methine group, or R 231 to R 236 each independently represents a hydrogen atom or a substituent, R 231 and R 232 , R 232 and R 233 , R 234 and R 235 , R 235 and R 236 are each a substituted methine group.
- R 237 ⁇ R 241, and R 242 ⁇ R 246 each independently represent a hydrogen atom or a substituent. also, R 237 ⁇ R 241, R 242 ⁇ R Adjacent ones of 246 may be bonded to each other to form a ring, and R 233 and R 237 , and R 236 and R 246 may be independently bonded to form a ring.
- Z 1 , L 1, L 2, L 3 has the same meaning as Z 1, L 1, L 2 , L 3 in the general formula (D-I), also preferable range It is the same.
- R 231 to R 236 represent a substituent
- substituent W examples include the substituent W described later.
- R 231 to R 236 are preferably a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an aryl group having 6 to 18 carbon atoms, or a heterocyclic group having 4 to 16 carbon atoms. More preferred are an alkyl group having 12 to 12 carbon atoms, an aryl group having 6 to 14 carbon atoms and a fluorine atom, and a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms and an aryl group having 6 to 10 carbon atoms are still more preferred.
- a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a hexyl group, a cyclohexyl group, a phenyl group, and a naphthyl group are preferable, and a hydrogen atom, a methyl group, a butyl group, a hexyl group, and a phenyl group are particularly preferable.
- the alkyl group may be branched.
- substituent W preferably a halogen atom, an alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, a hydroxyl group, an amino group, or a mercapto group, more preferably a halogen atom, an alkyl group.
- R 231 and R 232 , R 232 and R 233 , R 234 and R 235 , and R 235 and R 236 may be bonded to each other to form a ring.
- the ring formed include ring R described later.
- Preferred are a benzene ring, a naphthalene ring, an anthracene ring, a pyridine ring, a pyrimidine ring and the like.
- R 237 to R 241 and R 242 to R 246 each independently represents a hydrogen atom or a substituent.
- examples of the substituent include the substituent W described later.
- R 237 to R 241 and R 242 to R 246 are preferably a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an aryl group having 6 to 18 carbon atoms, or a heterocyclic group having 4 to 16 carbon atoms, A hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 12 carbon atoms, an aryl group having 6 to 14 carbon atoms and a fluorine atom are more preferable, and a hydrogen atom, an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms and an aryl group having 6 to 10 carbon atoms are still more preferable.
- Hydrogen atom, fluorine atom, methyl group, ethyl group, propyl group, butyl group, hexyl group, cyclohexyl group, phenyl group, and naphthyl group are preferable, and hydrogen atom, methyl group, butyl group, hexyl group, and phenyl group are particularly preferable.
- the alkyl group may be branched.
- substituent W preferably a halogen atom, an alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, a hydroxyl group, an amino group, or a mercapto group, more preferably a halogen atom, an alkyl group.
- R 237 to R 241 and R 242 to R 246 may be bonded to each other to form a ring.
- the ring formed include ring R described later.
- the ring to be formed is preferably a benzene ring, a naphthalene ring, an anthracene ring, a pyridine ring, a pyrimidine ring or the like.
- R 233 and R 237 , R 236 and R 246 may be connected to each other.
- R 233 and R 237 or R 236 and R 246 When R 233 and R 237 or R 236 and R 246 are connected, it becomes a condensed ring of 4 or more rings containing a naphthylene group and a phenyl group. Connection between R 233 and R 237 or R 236 and R 246 may be a single bond.
- the compound represented by the general formula (DI) is preferably a compound represented by the following general formula (D-III) or (D-IV).
- Z 1 represents an atomic group necessary to form a 5- or 6-membered ring.
- L 1 , L 2 , and L 3 are each independently an unsubstituted methine group, or Represents a substituted methine group, n represents an integer of 0 or more, m represents 0 or 1.
- R 41 to R 46 each independently represents a hydrogen atom or a substituent
- R 42 and R 43 , R 43 and R 44 , R 45 and R 46 , and R 41 and R 46 may each independently form a ring
- R 401 and R 402 each represent a single bond, a divalent or a trivalent linking group
- R 41 to R 46, R 401 and R 402 , and R 402 and R 41 to R 46 may be bonded to each other to form a ring.
- Z 1 represents an atomic group necessary to form a 5- or 6-membered ring.
- L 1 , L 2 , and L 3 are each independently an unsubstituted methine group, or Represents a substituted methine group, n represents an integer of 0 or more, m represents 0 or 1.
- R 41 to R 46 each independently represents a hydrogen atom or a substituent
- R 42 and R 43 , R 43 and R 44 , R 45 and R 46 , R 41 and R 46 may each independently form a ring
- R 401 represents a single bond or a divalent linking group
- R 402 each independently represents a hydrogen atom or Xa represents a single bond, oxygen atom, sulfur atom, alkylene group, silylene group, alkenylene group, cycloalkylene group, cycloalkenylene group, arylene group, divalent heterocyclic group, or imino group, These may further have a substituent.
- R 401 and R 402 , and R 402 and R 41 to R 46 may be bonded to
- the compound represented by the general formula (DI) can be produced according to the synthesis method described in JP-A-2000-297068.
- the compound represented by the general formula (DI) is particularly useful as a photoelectric conversion material used for an optical sensor or a photovoltaic cell. As other applications, it can also be used as a coloring material, liquid crystal material, organic semiconductor material, organic light emitting device material, charge transport material, pharmaceutical material, fluorescent diagnostic material, and the like.
- the compound represented by the general formula (DI) can be synthesized, for example, according to the following reaction.
- R 41 ⁇ R 46, R 401 , R 402 has the same meaning as R 41 ⁇ R 46, R 401 , R 402 in Formula (D-IV).
- the Z 1 of the formula (D-I) compound represented by the cited case is 1,3 benzoin Dan-dione nucleus
- the case Z 1 is other structure It can be synthesized in the same manner as described above by changing 1,3-benzoindandione to another compound.
- Electron donating organic material An electron donating organic material suitable as the electron blocking layer 31 when fullerene or a fullerene derivative is used as the n-type organic semiconductor of the photoelectric conversion layer 32 will be described below.
- Examples of the electron blocking layer 31 include a compound represented by the following general formula (EB-1) and a compound represented by the following general formula (EB-2).
- the compound represented by the general formula (EB-2) has a high charge transfer rate, the device performance can be improved while maintaining the heat resistance of the device.
- the photoelectric conversion element can achieve high charge collection efficiency and high-speed response, the organic electroluminescence element can realize high-efficiency light emission, and the organic transistor can achieve a high On / Off ratio.
- the compound represented by the general formula (EB-1) having a condensed diarylamine structure suppresses free rotation of the molecule due to thermal motion, so that the glass transition temperature becomes high and the heat resistance of the device is increased. Becomes higher.
- R 1 represents an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group which may have a substituent.
- Ra 1 to Ra 8 each independently represents a hydrogen atom or a substituent.
- Ra 1 and Ra 1 to Ra 8 may be bonded to each other to form a ring
- Xa is a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, or an alkylene group which may have a substituent
- Xa represents a silylene group, an alkenylene group, a cycloalkylene group, a cycloalkenylene group, an arylene group, a divalent heterocyclic group, or an imino group.
- R 1 represents an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group which may have a substituent.
- R 0 and R 2 to R 10 each independently represents a hydrogen atom or a substituent. To express.
- EB-3 in which a condensed diarylamine (substituent represented by the following general formula (A-1)) is connected by the following divalent linking group (C-1).
- the compound is useful as an electron blocking material for a photoelectric conversion element.
- the linking group (C-1) is used as the linking group, the molecular weight can be increased and the heat resistance can be improved as compared with the case where the linking group (C-2) is used.
- a layer using the material for example, an electron blocking layer
- an adjacent layer for example, a photoelectric conversion layer
- the dark current of the conversion element is kept low.
- the diarylamine structure which is a charge transport unit is introduced not at the inside of the molecule but at both ends, it is considered to have a high charge transport property.
- Ra 1 to Ra 8 each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, or an alkoxy group, and these further have a substituent.
- Ra 1 to Ra 8 may be bonded to each other to form a ring, * represents a bonding position, and Xa is a single bond, an oxygen atom, a sulfur atom, or a substituent.
- each of S 11 independently represents the following substituents ( S 11 ) and substituted as any one of Ra 1 to Ra 8.
- Each n independently represents an integer of 1 to 4.)
- Rs 1 to Rs 3 each independently represents a hydrogen atom or an alkyl group.
- each Y is independently —C (R 21 ) (R 22 ) —, —Si (R 23 ) (R 24 ) —, —N (R 20 ) — represents an oxygen atom or a sulfur atom
- R 20 to R 24 each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, a hydroxyl group, an amino group, or a mercapto group.
- R 11 to R 18 and R ′ 11 to R ′ 18 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, a hydroxyl group, an amino group, or It represents a mercapto group, which may further have a substituent.
- any one in R 15 ⁇ R 18 is linked to any one in R '15 ⁇ R' 18, single bond
- a 11 and A 12 each independently represents a substituent represented by the general formula (A-1), and any one of R 11 to R 14 and R ′ 11 to R ′ 14
- each Y is independently a carbon atom, a nitrogen atom, an oxygen atom, a sulfur atom, or a silicon atom, which may further have a substituent.
- R 1 represents an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group, and may have a substituent.
- substituent W include the substituent W described later, preferably a halogen atom, an alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, a hydroxyl group, an amino group, or a mercapto group, more preferably a halogen atom or an alkyl group.
- an aryl group, a heterocyclic group and an amino group more preferably a fluorine atom, an alkyl group, an aryl group and an amino group, particularly preferably an alkyl group, an aryl group and an amino group, most preferably an alkyl group, It is an amino group.
- the substituents may be connected to form a ring. Examples of the ring to be formed include the ring R described later.
- R 1 is an alkyl group
- the alkyl group may be a linear or branched alkyl group or a cyclic alkyl group (cycloalkyl group), but is preferably a cycloalkyl group.
- examples of the cycloalkyl group include a cycloalkyl group (such as a cyclopropyl group, a cyclopentyl group, and a cyclohexyl group), a cycloalkenyl group (such as a 2-cyclohexen-1-yl group) and the like.
- a cycloalkyl group such as a cyclopropyl group, a cyclopentyl group, and a cyclohexyl group
- a cycloalkenyl group such as a 2-cyclohexen-1-yl group
- R 1 is an aryl group
- the aryl group if not contain carbazole skeleton in R 1, preferably 6 to 20 carbon atoms, more preferably 6-16, in R 1
- a carbazole skeleton is contained, it is preferably a substituted or unsubstituted aryl group having 21 to 35 carbon atoms, more preferably 21 to 31 carbon atoms. More specifically, a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, a fluorenyl group, etc. are mentioned.
- R 1 is a heterocyclic group
- examples of the heterocyclic group include 5-membered or 6-membered heterocyclic groups, and specifically include a furyl group, a thienyl group, a pyridyl group, a quinolyl group, a thiazolyl group, and an oxazolyl group.
- the aryl group or heterocyclic group may contain a condensed ring composed of 2 to 4 monocycles.
- R 1 is preferably an aryl group or a heterocyclic group, more preferably an aryl group, and most preferably a phenyl group. Another preferred embodiment of R 1 is an aryl group or a heterocyclic group having a skeleton represented by the above general formula (C-2).
- the group having a skeleton represented by the general formula (C-2) may further have a substituent, and specific examples of the substituent include the substituent W described later. It is also preferable that the substituent further has an aryl group or heterocyclic group having a skeleton represented by general formula (C-2) (these groups may further have a substituent W described later).
- substituents may be connected to form a ring, and examples of the ring formed include ring R described later.
- R 1 an aspect in which two or more aryl groups or heterocyclic groups having a skeleton represented by the general formula (C-2) are linked via a single bond or a substituent (more preferably An embodiment in which two aryl groups or heterocyclic groups having a skeleton represented by the general formula (C-2) are connected via a single bond is a particularly preferable embodiment.
- Ra 1 ⁇ Ra 8 independently represents a hydrogen atom or a substituent
- specific examples of the substituent include the substituent W described below.
- the substituent is preferably a halogen atom, an alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, a hydroxyl group, an amino group, a mercapto group, or an alkoxy group, more preferably a halogen atom, an alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, or an alkoxy group.
- a halogen atom an alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, more preferably a fluorine atom, an alkyl group, or an aryl group, particularly preferably an alkyl group or an aryl group, most preferably an alkyl group. is there.
- Ra 1 to Ra 8 include a hydrogen atom, a fluorine atom, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, a butyl group, a hexyl group, a cyclohexyl group, a phenyl group, and a naphthyl group.
- Ra 3 and Ra 6 are a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms
- Ra 1 , Ra 2 , Ra 4 , Ra 5 , Ra 7 , Ra 8 are hydrogen atoms
- at least one of Ra 2 and Ra 7 is a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms
- Ra 1 , Ra 3 , Ra 4 , Ra 5 , Ra 6 , Ra 8 are a hydrogen atom
- Ra 3 and Ra 6 are each a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms
- Ra 1 , Ra 2 , Ra 4 , Ra 5 , Ra 7 , Ra 8 are particularly hydrogen atoms. preferable.
- R 1 and Ra 1 to Ra 8 may be bonded to each other to form a ring.
- the ring to be formed include the ring R described later.
- the ring to be formed is a cycloalkyl ring having 5 to 18 carbon atoms, benzene ring, naphthalene ring, indane ring, anthracene ring, pyrene ring, phenanthrene ring, perylene ring, pyridine ring, quinoline ring, isoquinoline ring, phenanthridine ring.
- Xa is a single bond, an oxygen atom, or an optionally substituted sulfur atom, alkylene group, silylene group, alkenylene group, cycloalkylene group, cycloalkenylene group, arylene group, divalent heterocyclic group, Or represents an imino group.
- substituent W preferably an alkyl group or an aryl group.
- Xa is a single bond, an alkylene group having 1 to 12 carbon atoms, an alkenylene group having 2 to 12 carbon atoms, an arylene group having 6 to 14 carbon atoms, a heterocyclic group having 4 to 13 carbon atoms, an oxygen atom, a sulfur atom, carbon
- An imino group for example, phenylimino group, methylimino group, t-butylimino group
- a hydrocarbon group preferably an aryl group or an alkyl group
- alkenylene groups having 2 carbon atoms for example, —CH 2 ⁇ CH 2 —
- arylene having 6 to 10 carbon atoms More preferably a group (for example, 1,2-phenylene group
- a condensed diarylamine (a substituent represented by the general formula (A-1)) is connected to the divalent linking group (C-1).
- R 11 to R 18 and R ′ 11 to R ′ 18 each independently represent a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, a hydroxyl group, an amino group, or a mercapto group, These may further have a substituent.
- substituent W examples include the substituent W described later, preferably a halogen atom, an alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, a hydroxyl group, an amino group, or a mercapto group, more preferably a halogen atom, an alkyl group.
- R 11 to R 18 and R ′ 11 to R ′ 18 are preferably a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an aryl group, from the viewpoint of chemical stability, charge mobility and heat resistance,
- a heterocyclic group more preferably a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an aryl group having 6 to 18 carbon atoms, or a heterocyclic group having 4 to 16 carbon atoms. It is.
- the substituent represented by the general formula (A-1) is independently substituted with R 12 and R ′ 12 , and is represented by the general formula (A-1).
- R 12 and R ′ 12 are independently substituted, and R 11 , R 13 to R 18 , R ′ 11 , R ′ 13 to R ′ 18 have a hydrogen atom or a substituent. More preferably an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, particularly preferably a substituent represented by the general formula (A-1) is independently substituted with R 12 and R ′ 12 , and R 11 , R 13 to R 18 , R ′ 11 and R ′ 13 to R ′ 18 are hydrogen atoms.
- Y each independently represents a carbon atom, a nitrogen atom, an oxygen atom, a sulfur atom, or a silicon atom, and these may further have a substituent. That is, Y represents a divalent linking group composed of a carbon atom, a nitrogen atom, an oxygen atom, a sulfur atom, or a silicon atom. Examples of the substituent include the substituent W described later.
- Y is independently, -C (R 21) (R 22) -, - Si (R 23) (R 24) -, - N (R 20) -, an oxygen atom or a sulfur atom, R 20 ⁇
- Each R 24 preferably independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, a hydroxyl group, an amino group, or a mercapto group.
- R 21 and R 22 each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, a hydroxyl group, an amino group, or a mercapto group.
- R 21 and R 22 may further have a substituent, and specific examples of the further substituent include a substituent W, preferably an alkyl group, an aryl group, or an alkoxy group.
- R 21 and R 22 are preferably a hydrogen atom, an alkyl group which may have a substituent, an aryl group or a heterocyclic group, more preferably a hydrogen atom or an optionally substituted carbon number.
- R 23 and R 24 each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, a hydroxyl group, an amino group, or a mercapto group.
- R 23 and R 24 may further have a substituent, and specific examples of the further substituent include a substituent W, preferably an alkyl group, an aryl group, or an alkoxy group.
- R 23 and R 24 are preferably a hydrogen atom, an alkyl group that may have a substituent, an aryl group, or a heterocyclic group, and more preferably a hydrogen atom or a carbon number that may have a substituent.
- R 23 and R 24 may combine to form a ring, and the ring is preferably an aliphatic hydrocarbon ring, more preferably an aliphatic hydrocarbon ring having 4 to 10 carbon atoms.
- R 20 preferably represents an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group.
- R 20 may further have a substituent, and specific examples of the further substituent include a substituent W, preferably an alkyl group or an aryl group.
- R 20 is more preferably a hydrogen atom, an optionally substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, an aryl group having 6 to 18 carbon atoms, or a heterocyclic group having 4 to 16 carbon atoms, More preferred are a hydrogen atom and an optionally substituted alkyl group having 1 to 18 carbon atoms, and particularly preferred is an alkyl group having 1 to 18 carbon atoms.
- Ra 1 ⁇ Ra 8 and Xa in the above formula (A-1), is the same as Ra 1 ⁇ Ra 8 and Xa explained in the general formula (EB-1).
- Rs 1 represents a hydrogen atom or an alkyl group.
- Rs 1 is preferably an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, from the viewpoints of chemical stability, charge mobility, and heat resistance.
- a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an iso-propyl group, a butyl group, or a tert-butyl group is preferable, and a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an iso-propyl group, or a tert-butyl group is more preferable.
- a methyl group, an ethyl group, an iso-propyl group, or a tert-butyl group More preferred is a methyl group, an ethyl group, or a tert-butyl group.
- Rs 2 represents a hydrogen atom or an alkyl group.
- Rs 2 is preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, from the viewpoints of chemical stability, charge mobility, and heat resistance.
- a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, a propyl group, an iso-propyl group, a butyl group, or a tert-butyl group more preferably a hydrogen atom, a methyl group, an ethyl group, or a propyl group.
- Group more preferably a hydrogen atom or a methyl group, and particularly preferably a methyl group.
- Rs 3 represents a hydrogen atom or an alkyl group.
- Rs 3 is preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, more preferably a hydrogen atom or an alkyl group having 1 to 6 carbon atoms, from the viewpoints of chemical stability, charge mobility, and heat resistance. Specifically, it is a hydrogen atom or a methyl group, more preferably a methyl group.
- the ring is preferably an aliphatic hydrocarbon ring.
- the number of ring members is not particularly limited, but is preferably a 5- to 12-membered ring, more preferably a 5- or 6-membered ring, and still more preferably a 6-membered ring.
- Specific examples of the ring include a cyclopentane ring, a cyclohexane ring, an adamantane ring, and the like.
- S 11 represents the above substituent (S 11 ) and is substituted as any one of Ra 1 to Ra 8 . It is preferable that at least one of Ra 3 and Ra 6 in formula (A-1) independently represents a substituent (S 11 ).
- Preferred examples of the substituent (S 11 ) include the following (a) to (x), (a) to (j) are more preferable, (a) to (h) are more preferable, and (a) to (h) f) is particularly preferred, (a) to (c) are more preferred, and (a) is most preferred.
- “*” represents a position substituted with the general formula (A-1).
- n independently represents an integer of 1 to 4, preferably 1 to 3, more preferably 1 or 2, and particularly preferably 2.
- Ra 1 to Ra 8 each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, or an alkyl group.
- Ra 1 to Ra 8 each independently represents a hydrogen atom, a halogen atom, or an alkyl group
- one of preferred forms is the general formula (A-1 )
- Ra 33 to Ra 38 , Ra 41 , Ra 44 to Ra 48 , Ra 51 , Ra 52 , Ra 55 to Ra 58 are each independently a hydrogen atom.
- Xa represents a single bond, oxygen atom, sulfur atom, alkylene group, silylene group, alkenylene group, cycloalkylene group, cycloalkenylene group, arylene group, 2 Represents a valent heterocyclic group, or an imino group, each of S 11 independently represents the substituent (S 11 ), and Ra 33 to Ra 38 , Ra 41 , R 44 to Ra 48 , R 51 , R 52 , R 55 to replace the one of in R 58 .Z 31, Z 41, Z 51 is a cycloalkyl ring, aromatic hydrocarbon ring, or .n representing an aromatic heterocycle integer of 1-4 A representative.)
- Ra 33 to Ra 38 , Ra 41 , R 44 to Ra 48 , Ra 51 , Ra 52 , Ra 55 to Ra 58 are represented by Ra in the general formula (A-1). It is synonymous with a hydrogen atom, a halogen atom, or an alkyl group represented by 21 to Ra 28 , and preferred examples are also the same.
- Z 31 , Z 41 and Z 51 each represents a cycloalkyl ring, an aromatic hydrocarbon ring, or an aromatic heterocyclic ring.
- the ring represented by Z 31 , Z 41 and Z 51 is preferably a cycloalkyl ring having 5 to 18 carbon atoms, benzene ring, naphthalene ring, indane ring, anthracene ring, pyrene ring, phenanthrene ring, perylene ring, pyridine ring.
- Quinoline ring isoquinoline ring, phenanthridine ring, pyrimidine ring, pyrazine ring, pyridazine ring, triazine ring, cinnoline ring, acridine ring, phthalazine ring, quinazoline ring, quinoxaline ring, naphthyridine ring, pteridine ring, pyrrole ring, pyrazole ring , Triazole ring, indole ring, carbazole ring, indazole ring, benzimidazole ring, oxazole ring, thiazole ring, oxadiazole ring, thiadiazole ring, benzoxazole ring, benzothiazole ring, imidazopyridine ring, thiophene ring, benzothi Fen ring, a furan ring, benzofuran ring, a phosphole ring, a
- the group represented by the general formula (A-1) include groups represented by the following N-1 to N-135.
- the group represented by formula (A-1) is preferably N-1 to N-93, more preferably N-1 to N-79, still more preferably N-1 to N-37, and N— Among these, 1 to N-3, N-12 to N-22, and N-24 to N-35 are particularly preferable, and N-1 to N-3, N-17 to N-22, and N-30 to N-35 are particularly preferable. N-1 to N-3, N-17 to N-19, and N-30 to N-32 are most preferable.
- (S) represents the aforementioned substituent (S 11 ), n ′ and n ′′ each independently represents an integer of 1 to 4, and n ′ + n ′′ is an integer of 1 to 4.
- One preferred form of the compound represented by the general formula (EB-3) is a compound represented by the following general formula (EB-4).
- EB-4 a compound represented by the following general formula (EB-4).
- R 11 to R 16 , R 18 , R ′ 11 to R ′ 16 and R ′ 18 are each independently a hydrogen atom, a halogen atom, an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group.
- a 11 and A 12 each independently represents a substituent represented by the general formula (A-1); Substitute as any one of R 11 to R 14 and any one of R ′ 11 to R ′ 14.
- Y is independently a carbon atom, nitrogen atom, oxygen atom, sulfur atom, or silicon Represents an atom, which may further have a substituent.
- R 11 to R ′ 16 , R 18 , R ′ 11 to R ′ 16 , R ′ 18 , Y, A 11 , and A 12 are R 11 in the general formula (EB-3).
- ⁇ R ′ 16 , R 18 , R ′ 11 ⁇ R ′ 16 , R ′ 18 , Y, A 11 , and A 12 have the same meanings, and preferred ranges are also the same.
- each Y is independently —C (R 21 ) (R 22 ) —, —Si (R 23 ) (R 24 ) — represents an oxygen atom or a sulfur atom
- Ra 1 to Ra 8 are each independently a hydrogen atom, This is a case where a halogen atom or an alkyl group is represented.
- each Y is independently —N (R 20 ) — is also preferred, and R 20 is preferably an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group.
- one of preferable embodiments of the compound represented by the general formula (EB-3) and the compound represented by the general formula (EB-4) is a substituent represented by the general formula (A-1). Is a case where R 12 and R ′ 12 are each independently substituted. The symmetry of the molecule increases, and the melting point and glass transition point increase.
- n is preferably 1 or 2.
- the ionization potential (Ip) of the compound represented by the general formula (EB-3) and the compound represented by the general formula (EB-4) indicates the hole transport in the photoelectric conversion layer when used in the electron blocking layer. Since it is necessary to receive holes from the supporting material without a barrier, it must be smaller than Ip of the material that is responsible for hole transport in the photoelectric conversion layer. In particular, when an absorbing material having sensitivity in the visible range is selected, the ionization potential of the compound according to the present invention is preferably 5.8 eV or less in order to adapt to more materials. When Ip is 5.8 eV or less, an effect of exhibiting high charge collection efficiency and high-speed response without generating a barrier to charge transport can be obtained.
- Ip is preferably 4.9 eV or more, and more preferably 5.0 eV or more. When Ip is 4.9 eV or more, a higher dark current suppressing effect can be obtained.
- the Ip of each compound can be measured by ultraviolet photoelectron spectroscopy (UPS) or an atmospheric photoelectron spectrometer (for example, AC-2 manufactured by Riken Keiki Co., Ltd.).
- the Ip of the compound according to the present invention can be within the above range by changing the substituent bonded to the skeleton.
- R 1 represents an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group which may have a substituent.
- R 0 and R 2 to R 10 each independently represents a hydrogen atom or a substituent. To express.
- R 1 is the same as (EB-1) and is preferably an aryl group.
- R 0 and R 2 to R 10 each independently represent a hydrogen atom or a substituent, and specific examples of the substituent include the substituent W described later.
- the substituent is preferably a halogen atom, an alkyl group, an aryl group, a heterocyclic group, a hydroxyl group, an amino group, or a mercapto group, more preferably a halogen atom, an alkyl group, an aryl group, or a heterocyclic group, still more preferably.
- At least two of R 0 and R 2 to R 10 may be bonded to each other to form a ring.
- Examples of the ring to be formed include the ring R described later.
- Me methyl group
- Et ethyl group
- i-Pr isopropyl group
- n-Bu n-butyl group
- t-Bu tert-butyl group
- Ph phenyl group
- 2- tol 2-toluyl group
- 3-tol 3-toluyl group
- 4-tol 4-toluyl group, 1-Np: 1-naphthyl group, 2-Np: 2-naphthyl group
- 2-An 2-anthryl
- 2-Fn 2-fluorenyl group.
- the molecular weight of the compound represented by the general formula (EB-1), (EB-2), (EB-3) or (EB-4) is preferably 500 to 2000, more preferably 500 to 1500. 700 to 1500 is more preferable, 800 to 1500 is particularly preferable, 900 to 1500 is particularly preferable, and 940 to 1500 is most preferable. When the molecular weight is 500 or more and 2000 or less, the material can be deposited and the heat resistance can be further increased.
- impurities such as halogen ions and metal ions are small from the viewpoint of device performance.
- the compound represented by the general formula (EB-1), (EB-2), (EB-3) or (EB-4) can be synthesized by applying a known method.
- the organic material for film formation of the present embodiment is preferably formed as an electron blocking layer by film formation using the material.
- a halogen atom an alkyl group (including a cycloalkyl group, a bicycloalkyl group, and a tricycloalkyl group), an alkenyl group (including a cycloalkenyl group and a bicycloalkenyl group), an alkynyl group, an aryl group, and a heterocyclic group (May be referred to as a heterocyclic group), cyano group, hydroxy group, nitro group, carboxy group, alkoxy group, aryloxy group, silyloxy group, heterocyclic oxy group, acyloxy group, carbamoyloxy group, alkoxycarbonyloxy group, Aryloxycarbonyloxy group, amino group (including anilino group), ammonio group, acylamino group, aminocarbonylamino group, alkoxycarbonylamino group, aryloxycarbonylamino group, sulfamo
- W represents the following (1) to (48).
- Halogen atom For example, fluorine atom, chlorine atom, bromine atom, iodine atom
- Alkyl group represents a linear, branched, or cyclic substituted or unsubstituted alkyl group. These include (2-a) to (2-e).
- (2-a) alkyl group Preferably an alkyl group having 1 to 30 carbon atoms (for example, methyl, ethyl, n-propyl, isopropyl, t-butyl, n-octyl, eicosyl, 2-chloroethyl, 2-cyanoethyl, 2-ethylhexyl) )
- Cycloalkyl group Preferably, the substituted or unsubstituted cycloalkyl group having 3 to 30 carbon atoms (eg, cyclohexyl, cyclopentyl, 4-n-dodecylcyclohexyl).
- Bicycloalkyl group Preferably, it is a substituted or unsubstituted bicycloalkyl group having 5 to 30 carbon atoms (for example, bicyclo [1,2,2] heptan-2-yl, bicyclo [2,2,2] Octane-3-yl)
- Tricycloalkyl group Preferably, it is a substituted or unsubstituted tricycloalkyl group having 7 to 30 carbon atoms (eg, 1-adamantyl).
- a polycyclic cycloalkyl group having a larger ring structure an alkyl group (for example, an alkyl group of an alkylthio group) in the substituents described below represents an alkyl group having such a concept.
- Group and alkynyl group represents an alkyl group having such a concept.
- Alkenyl group represents a linear, branched, or cyclic substituted or unsubstituted alkenyl group. They include (3-a) to (3-c).
- Alkenyl group Preferably a substituted or unsubstituted alkenyl group having 2 to 30 carbon atoms (eg, vinyl, allyl, prenyl, geranyl, oleyl)
- Cycloalkenyl group Preferably, the substituted or unsubstituted cycloalkenyl group having 3 to 30 carbon atoms (eg, 2-cyclopenten-1-yl, 2-cyclohexen-1-yl)
- Bicycloalkenyl group A substituted or unsubstituted bicycloalkenyl group, preferably a substituted or unsubstituted bicycloalkenyl group having 5 to 30 carbon atoms (for example, bicyclo [2,2,1] hept-2-ene -1-yl, bicyclo [2,2,2] oct-2-en-4-yl)
- Alkynyl group Preferably, the substituted or unsubstituted alkynyl group having 2 to 30 carbon atoms (for example, ethynyl, propargyl, trimethylsilylethynyl group)
- Aryl group Preferably, it is a substituted or unsubstituted aryl group having 6 to 30 carbon atoms (for example, phenyl, p-tolyl, naphthyl, m-chlorophenyl, o-hexadecanoylaminophenyl, ferrocenyl).
- Heterocyclic group is a monovalent group obtained by removing one hydrogen atom from a 5- or 6-membered substituted or unsubstituted aromatic or non-aromatic heterocyclic compound, more preferably carbon. It is a 5- or 6-membered aromatic heterocyclic group of 2 to 50.
- 2-furyl, 2-thienyl, 2-pyrimidinyl, 2-benzothiazolyl, 2-carbazolyl, 3-carbazolyl, 9-carbazolyl, such as 1-methyl-2-pyridinio and 1-methyl-2-quinolinio May be a cationic heterocyclic group
- Cyano group (8) Hydroxy group (9) Nitro group (10) Carboxy group
- Alkoxy group Preferably, the substituted or unsubstituted alkoxy group having 1 to 30 carbon atoms (for example, methoxy, ethoxy, isopropoxy, t-butoxy, n-octyloxy, 2-methoxyethoxy)
- Aryloxy group Preferably, the substituted or unsubstituted aryloxy group having 6 to 30 carbon atoms (for example, phenoxy, 2-methylphenoxy, 4-t-butylphenoxy, 3-nitrophenoxy, 2-tetradecanoyl) Aminophenoxy)
- Silyloxy group Preferably, the silyloxy group having 3 to 20 carbon atoms (for example, trimethylsilyloxy, t-butyldimethylsilyloxy)
- Heterocyclic oxy group preferably a substituted or unsubstituted heterocyclic oxy group having 2 to 30 carbon atoms (for example, 1-phenyltetrazol-5-oxy, 2-tetrahydropyranyloxy)
- Acyloxy group preferably formyloxy group, substituted or unsubstituted alkylcarbonyloxy group having 2 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted arylcarbonyloxy group having 6 to 30 carbon atoms (for example, formyloxy, acetyloxy , Pivaloyloxy, stearoyloxy, benzoyloxy, p-methoxyphenylcarbonyloxy)
- Carbamoyloxy group Preferably, the substituted or unsubstituted carbamoyloxy group having 1 to 30 carbon atoms (for example, N, N-dimethylcarbamoyloxy, N, N-diethylcarbamoyloxy, morpholinocarbonyloxy, N, N— Di-n-octylaminocarbonyloxy, Nn-octylcarbamoyloxy)
- Alkoxycarbonyloxy group preferably a substituted or unsubstituted alkoxycarbonyloxy group having 2 to 30 carbon atoms (for example, methoxycarbonyloxy, ethoxycarbonyloxy, t-butoxycarbonyloxy, n-octylcarbonyloxy)
- Aryloxycarbonyloxy group Preferably, the substituted or unsubstituted aryloxycarbonyloxy group having 7 to 30 carbon atoms (for example, phenoxycarbonyloxy, p-methoxyphenoxycarbonyloxy, pn-hexadecyloxyphenoxycarbonyl) Oxy)
- Amino group Preferably, an amino group, a substituted or unsubstituted alkylamino group having 1 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted anilino group having 6 to 30 carbon atoms (for example, amino, methylamino, dimethylamino, Anilino, N-methyl-anilino, diphenylamino)
- Ammonio group Preferably, an ammonio group, an ammonio group substituted with 1 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted alkyl, aryl, or heterocyclic ring (for example, trimethylammonio, triethylammonio, diphenylmethylammonio)
- (21) Acylamino group Preferably, a formylamino group, a substituted or unsubstituted alkylcarbonylamino group having 1 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted arylcarbonylamino group having 6 to 30 carbon atoms (for example, formylamino, acetyl) Amino, pivaloylamino, lauroylamino, benzoylamino, 3,4,5-tri-n-octyloxyphenylcarbonylamino)
- Aminocarbonylamino group preferably a substituted or unsubstituted aminocarbonylamino having 1 to 30 carbon atoms (for example, carbamoylamino, N, N-dimethylaminocarbonylamino, N, N-diethylaminocarbonylamino, morpholinocarbonylamino) )
- alkoxycarbonylamino group Preferably, the substituted or unsubstituted alkoxycarbonylamino group having 2 to 30 carbon atoms (for example, methoxycarbonylamino, ethoxycarbonylamino, t-butoxycarbonylamino, n-octadecyloxycarbonylamino, N- Methyl-methoxycarbonylamino)
- Aryloxycarbonylamino group Preferably, the substituted or unsubstituted aryloxycarbonylamino group having 7 to 30 carbon atoms (for example, phenoxycarbonylamino, p-chlorophenoxycarbonylamino, mn-octyloxyphenoxycarbonylamino) )
- the substituted or unsubstituted sulfamoylamino group having 0 to 30 carbon atoms for example, sulfamoylamino, N, N-dimethylaminosulfonylamino, Nn-octylamino) Sulfonylamino
- alkyl or arylsulfonylamino group Preferably, the substituted or unsubstituted alkylsulfonylamino having 1 to 30 carbon atoms, or the substituted or unsubstituted arylsulfonylamino having 6 to 30 carbon atoms (for example, methylsulfonylamino, butylsulfonyl) Amino, phenylsulfonylamino, 2,3,5-trichlorophenylsulfonylamino, p-methylphenylsulfonylamino) (27) Mercapto group
- Alkylthio group preferably a substituted or unsubstituted alkylthio group having 1 to 30 carbon atoms (for example, methylthio, ethylthio, n-hexadecylthio)
- Arylthio group Preferably, the substituted or unsubstituted arylthio having 6 to 30 carbon atoms (eg, phenylthio, p-chlorophenylthio, m-methoxyphenylthio)
- heterocyclic thio group Preferably, the substituted or unsubstituted heterocyclic thio group having 2 to 30 carbon atoms (for example, 2-benzothiazolylthio, 1-phenyltetrazol-5-ylthio)
- the substituted or unsubstituted sulfamoyl group having 0 to 30 carbon atoms for example, N-ethylsulfamoyl, N- (3-dodecyloxypropyl) sulfamoyl, N, N-dimethylsulfamoyl) N-acetylsulfamoyl, N-benzoylsulfamoyl, N- (N′-phenylcarbamoyl) sulfamoyl) (32) Sulfo group
- an alkyl or arylsulfinyl group preferably a substituted or unsubstituted alkylsulfinyl group having 1 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted arylsulfinyl group having 6 to 30 carbon atoms (for example, methylsulfinyl, ethylsulfinyl, phenylsulfinyl, p-methylphenylsulfinyl)
- an alkyl or arylsulfonyl group preferably a substituted or unsubstituted alkylsulfonyl group having 1 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted arylsulfonyl group having 6 to 30 carbon atoms, such as methylsulfonyl, ethylsulfonyl, phenylsulfonyl, p-methylphenylsulfonyl)
- Acyl group Preferably, it is a formyl group, a substituted or unsubstituted alkylcarbonyl group having 2 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted arylcarbonyl group having 7 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted group having 4 to 30 carbon atoms.
- Heterocyclic carbonyl groups bonded to carbonyl groups at substituted carbon atoms eg, acetyl, pivaloyl, 2-chloroacetyl, stearoyl, benzoyl, pn-octyloxyphenylcarbonyl, 2-pyridylcarbonyl, 2-furylcarbonyl
- Heterocyclic carbonyl groups bonded to carbonyl groups at substituted carbon atoms eg, acetyl, pivaloyl, 2-chloroacetyl, stearoyl, benzoyl, pn-oc
- Aryloxycarbonyl group Preferably, the substituted or unsubstituted aryloxycarbonyl group having 7 to 30 carbon atoms (for example, phenoxycarbonyl, o-chlorophenoxycarbonyl, m-nitrophenoxycarbonyl, pt-butylphenoxycarbonyl) )
- Alkoxycarbonyl group preferably a substituted or unsubstituted alkoxycarbonyl group having 2 to 30 carbon atoms (for example, methoxycarbonyl, ethoxycarbonyl, t-butoxycarbonyl, n-octadecyloxycarbonyl)
- Carbamoyl group Preferably, the substituted or unsubstituted carbamoyl having 1 to 30 carbon atoms (for example, carbamoyl, N-methylcarbamoyl, N, N-dimethylcarbamoyl, N, N-di-n-octylcarbamoyl, N— (Methylsulfonyl) carbamoyl)
- Aryl and heterocyclic azo group Preferably, a substituted or unsubstituted arylazo group having 6 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted heterocyclic azo group having 3 to 30 carbon atoms (for example, phenylazo, p-chlorophenylazo , 5-ethylthio-1,3,4-thiadiazol-2-ylazo)
- Phosphino group Preferably, the substituted or unsubstituted phosphino group having 2 to 30 carbon atoms (for example, dimethylphosphino, diphenylphosphino, methylphenoxyphosphino)
- Phosphinyl group Preferably, the substituted or unsubstituted phosphinyl group having 2 to 30 carbon atoms (for example, phosphinyl, dioctyloxyphosphinyl, diethoxyphosphinyl).
- Phosphinyloxy group Preferably, the substituted or unsubstituted phosphinyloxy group having 2 to 30 carbon atoms (for example, diphenoxyphosphinyloxy, dioctyloxyphosphinyloxy)
- Phosphinylamino group Preferably, the substituted or unsubstituted phosphinylamino group having 2 to 30 carbon atoms (for example, dimethoxyphosphinylamino, dimethylaminophosphinylamino) (45) Phosphor group
- Silyl group Preferably, the substituted or unsubstituted silyl group having 3 to 30 carbon atoms (for example, trimethylsilyl, triethylsilyl, triisopropylsilyl, t-butyldimethylsilyl, phenyldimethylsilyl)
- Hydrazino group Preferably a substituted or unsubstituted hydrazino group having 0 to 30 carbon atoms (for example, trimethylhydrazino)
- Ureido group Preferably a substituted or unsubstituted ureido group having 0 to 30 carbon atoms (for example, N, N-dimethylureido)
- substituents W those having a hydrogen atom may be substituted with the above groups by removing this.
- substituents include —CONHSO 2 — group (sulfonylcarbamoyl group, carbonylsulfamoyl group), —CONHCO— group (carbonylcarbamoyl group), —SO 2 NHSO 2 — group (sulfonylsulfamoyl group).
- alkylcarbonylaminosulfonyl group for example, acetylaminosulfonyl
- arylcarbonylaminosulfonyl group for example, benzoylaminosulfonyl group
- alkylsulfonylaminocarbonyl group for example, methylsulfonylaminocarbonyl
- arylsulfonylamino Examples include a carbonyl group (for example, p-methylphenylsulfonylaminocarbonyl).
- Ring R examples include an aromatic or non-aromatic hydrocarbon ring, a heterocyclic ring, and a polycyclic fused ring formed by further combining these.
- FIG. 3 is a schematic cross-sectional view showing a schematic configuration of an image sensor for explaining an embodiment of the present invention.
- This imaging device is used by being mounted on an imaging device such as a digital camera or a digital video camera, an imaging module such as an electronic endoscope or a mobile phone, or the like.
- the image pickup device 100 is a circuit board on which a plurality of organic photoelectric conversion elements 1 configured as shown in FIG. 1 and a readout circuit that reads out signals corresponding to charges generated in the photoelectric conversion layer of each organic photoelectric conversion element are formed. And a plurality of organic photoelectric conversion elements are arranged one-dimensionally or two-dimensionally on the same surface above the circuit board.
- the image sensor 100 includes a substrate 101, an insulating layer 102, a connection electrode 103, a pixel electrode 104, a connection portion 105, a connection portion 106, a light receiving layer 107, a counter electrode 108, a buffer layer 109, a sealing layer.
- a stop layer 110, a color filter (CF) 111, a partition wall 112, a light shielding layer 113, a protective layer 114, a counter electrode voltage supply unit 115, and a readout circuit 116 are provided.
- the pixel electrode 104 has the same function as the lower electrode 20 of the organic photoelectric conversion element 1 shown in FIG.
- the counter electrode 108 has the same function as the upper electrode 40 of the organic photoelectric conversion element 1 shown in FIG.
- the light receiving layer 107 has the same configuration as the light receiving layer 30 provided between the lower electrode 20 and the upper electrode 40 of the organic photoelectric conversion element 1 shown in FIG.
- the sealing layer 110 has the same function as the sealing layer 50 of the organic photoelectric conversion element 1 shown in FIG.
- the pixel electrode 104, a part of the counter electrode 108 facing the pixel electrode 104, the light receiving layer 107 sandwiched between the electrodes, and the buffer layer 109 and the part of the sealing layer 110 facing the pixel electrode 104 are subjected to organic photoelectric conversion.
- the element is configured.
- the substrate 101 is a glass substrate or a semiconductor substrate such as Si.
- An insulating layer 102 is formed on the substrate 101.
- a plurality of pixel electrodes 104 and a plurality of connection electrodes 103 are formed on the surface of the insulating layer 102.
- the light receiving layer 107 is a layer common to all the organic photoelectric conversion elements provided on the plurality of pixel electrodes 104 so as to cover them.
- the counter electrode 108 is one electrode provided on the light receiving layer 107 and common to all the organic photoelectric conversion elements.
- the counter electrode 108 is formed up to the connection electrode 103 disposed outside the light receiving layer 107 and is electrically connected to the connection electrode 103.
- connection part 106 is embedded in the insulating layer 102 and is a plug or the like for electrically connecting the connection electrode 103 and the counter electrode voltage supply part 115.
- the counter electrode voltage supply unit 115 is formed on the substrate 101 and applies a predetermined voltage to the counter electrode 108 via the connection unit 106 and the connection electrode 103.
- the power supply voltage is boosted by a booster circuit such as a charge pump to supply the predetermined voltage.
- the readout circuit 116 is provided on the substrate 101 corresponding to each of the plurality of pixel electrodes 104, and reads out a signal corresponding to the charge collected by the corresponding pixel electrode 104.
- the reading circuit 116 is configured by, for example, a CCD, a MOS circuit, or a TFT circuit, and is shielded from light by a light shielding layer (not shown) disposed in the insulating layer 102.
- the readout circuit 116 is electrically connected to the corresponding pixel electrode 104 via the connection unit 105.
- the buffer layer 109 is formed on the counter electrode 108 so as to cover the counter electrode 108.
- the sealing layer 110 is formed on the buffer layer 109 so as to cover the buffer layer 109.
- the color filter 111 is formed at a position facing each pixel electrode 104 on the sealing layer 110.
- the partition wall 112 is provided between the color filters 111 and is for improving the light transmission efficiency of the color filter 111.
- the light shielding layer 113 is formed in a region other than the region where the color filter 111 and the partition 112 are provided on the sealing layer 110, and prevents light from entering the light receiving layer 107 formed outside the effective pixel region.
- the protective layer 114 is formed on the color filter 111, the partition 112, and the light shielding layer 113, and protects the entire image sensor 100.
- the imaging device 100 when light is incident, the light is incident on the light receiving layer 107, and charges are generated here. Holes in the generated charges are collected by the pixel electrode 104, and a voltage signal corresponding to the amount is output to the outside of the image sensor 100 by the readout circuit 116.
- the manufacturing method of the image sensor 100 is as follows.
- connection portions 105 and 106, the plurality of connection electrodes 103, the plurality of pixel electrodes 104, and the insulating layer 102 are formed on the circuit substrate on which the counter electrode voltage supply portion 115 and the readout circuit 116 are formed.
- the plurality of pixel electrodes 104 are arranged on the surface of the insulating layer 102 in a square lattice pattern, for example.
- a light receiving layer 107, a counter electrode 108, a buffer layer 109, and a sealing layer 110 are sequentially formed on the plurality of pixel electrodes 104.
- the formation method of the light receiving layer 107, the counter electrode 108, and the sealing layer 110 is as described in the description of the photoelectric conversion element 1.
- the buffer layer 109 is formed by, for example, a vacuum resistance heating vapor deposition method.
- the protective layer 114 is formed, and the imaging element 100 is completed.
- Organic electroluminescent device In the above description, in the imaging element and the photoelectric conversion element suitable as the imaging element, the aspect including the organic layer formed using the organic material for film formation of the present invention has been described. However, the organic material for film formation of the present invention has been described. No. 60 can also be preferably used for forming an organic layer in an organic electroluminescence device and a photoelectric conversion device suitable as the organic electroluminescence device. Below, an organic electroluminescent element is demonstrated with reference to FIG.
- FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of an organic electroluminescent device 200 according to an embodiment of the organic electroluminescent device of the present invention.
- An organic electroluminescent device 200 shown in FIG. 4 is a light emitting device including a plurality of the photoelectric conversion devices of the present invention, and is provided between a pair of electrodes 220 (anode 221 and cathode 222) on a support substrate 210.
- An organic layer 230 is sandwiched between the layers. Specifically, a hole injection layer 231, a hole transport layer 232, an electron block layer 233, a light emitting layer (photoelectric conversion layer) 234, and an electron transport layer 235 are arranged in this order between the anode 221 and the cathode 222.
- the hole injection layer 231, the hole transport layer 232, the electron block layer 233, the light emitting layer (photoelectric conversion layer) 234, and the electron transport layer 235 are the organic layer 230.
- a voltage between the pair of electrodes 220 light can be emitted from the light emitting layer 230, and light can be extracted from the end surface on the transparent electrode (eg, anode 221) side from which light is extracted.
- the layers sandwiched between the pair of electrodes 220 will be described as being all organic layers in this embodiment, but at least one layer may be an organic layer.
- At least one layer of the organic layer 230 may be formed using the organic material 60 for film formation described above, but as many layers as possible are formed in the organic electroluminescent element 200. It is preferable to form a film using the organic material 60 for use.
- the organic material 60 for film formation may be any of a light emitting material, a host material, an electron transport material, a hole transport material, an electron block material, and a hole block material, but a light emitting material, a host material, and a hole transport material.
- a material and an electron block material are preferable, and a light emitting material, a host material, and a hole transport material are more preferable.
- the organic layer 230 is formed on the entire surface or one surface of one of the pair of electrodes 220.
- the shape, size, thickness and the like of the organic layer are not particularly limited and can be appropriately selected depending on the purpose.
- the structure of the organic layer in the organic electroluminescent element 200 includes the structure shown below in addition to the structure shown in FIG. 4, but the present invention is not limited to these structures.
- the substrate 210 is preferably a substrate that does not scatter or attenuate light emitted from the organic layer 230.
- an organic material it is preferable that it is excellent in heat resistance, dimensional stability, solvent resistance, electrical insulation, and workability.
- the anode 221 usually only has a function as an electrode for supplying holes to the organic layer 230, and there is no particular limitation on the shape, structure, size, etc., depending on the use and purpose of the light-emitting element. Thus, it can be appropriately selected from known electrode materials. As described above, the anode is usually provided as a transparent anode.
- the cathode 222 only needs to have a function as an electrode for injecting electrons into the organic layer 230, and there is no particular limitation on the shape, structure, size, etc., depending on the use and purpose of the light-emitting element. , Can be appropriately selected from known electrode materials.
- the organic layer 230 includes the hole injection layer 231, the hole transport layer 232, the electron block layer 233, the light emitting layer (photoelectric conversion layer) 234, and the electron transport layer 235. These organic layers can be formed by dry film forming methods such as physical vapor deposition, sputtering, and chemical vapor deposition.
- the light-emitting layer 234 receives holes from the anode 221, the hole injection layer 231, or the hole transport layer 232 and receives electrons from the cathode 222, the electron injection layer (not shown), or the electron transport layer 235 when an electric field is applied.
- the light emitting layer 234 may be composed of only a light emitting material, or may be a mixed layer of a host material and a light emitting material.
- a fluorescent light emitting material or a phosphorescent light emitting material can be used, and the dopant may be one kind or two or more kinds.
- the host material is preferably a charge transport material.
- the host material may be one kind or two or more kinds, and examples thereof include a configuration in which an electron transporting host material and a hole transporting host material are mixed.
- the light emitting layer 234 may include a material (binder material) that does not have a charge transporting property and does not emit light.
- the light emitting layer 234 may be a single layer or a multilayer of two or more layers. In addition, each light emitting layer may emit light with different emission colors.
- fluorescent material examples include, for example, benzoxazole derivatives, benzimidazole derivatives, benzothiazole derivatives, styrylbenzene derivatives, polyphenyl derivatives, diphenylbutadiene derivatives, tetraphenylbutadiene derivatives, naphthalimide derivatives, coumarin derivatives, condensed aromatic compounds.
- Various complexes represented by pyrrolopyrrole derivatives, aromatic dimethylidin compounds, complexes of 8-quinolinol derivatives and complexes of pyromethene derivatives Etc, polythiophene, polyphenylene, polyphenylene vinylene polymer compounds include compounds such as organic silane derivatives.
- phosphorescent material examples include US6303238B1, US6097147, WO00 / 57676, WO00 / 70655, WO01 / 08230, WO01 / 39234A2, WO01 / 41512A1, WO02 / 02714A2, WO02 / 15645A1, WO02 / 44189A1, WO05 / 19373A2, and WO05 / 19373A2.
- 2001-247859 JP 2002-302671, JP 2002-117978, JP 2003-133074, JP 2002-235076, JP 2003-123982, JP 2002-170684, EP 121257, JP 2002-226495, JP 2002-234894, JP-A No.
- luminescent dopants include Ir complex, Pt complex, Cu complex, Re complex, W complex, Rh complex, Ru complex, Pd complex, Os complex, Eu complex, Tb complex, Gd complex, Dy complex. , And Ce complexes.
- an Ir complex, a Pt complex, or a Re complex among which an Ir complex or a Pt complex containing at least one coordination mode of a metal-carbon bond, a metal-nitrogen bond, a metal-oxygen bond, and a metal-sulfur bond. Or Re complexes are preferred. Furthermore, from the viewpoints of luminous efficiency, driving durability, chromaticity, etc., an Ir complex, a Pt complex, or a Re complex containing a tridentate or higher polydentate ligand is particularly preferable.
- the content of the light emitting material is preferably 0.1% by mass or more and 50% by mass or less, more preferably 1% by mass or more and 40% by mass or less, and more preferably 5% by mass with respect to the total mass of the light emitting layer 234.
- the range of 30% by mass or less is most preferable. In particular, in the range of 5% by mass or more and 30% by mass or less, the chromaticity of light emission of the organic electroluminescent element 200 has little dependency on the addition concentration of the light emitting material.
- the host material is a compound mainly responsible for charge injection and transport in the light emitting layer, and itself is a compound that does not substantially emit light.
- substantially no light emission means that the light emission amount from the substantially non-light emitting compound is preferably 5% or less, more preferably 3% or less of the total light emission amount of the entire device. More preferably, it means 1% or less.
- the light emitting layer 234 preferably contains a host material.
- the host material include a hole-transporting host material, an electron-transporting host material, or a so-called bipolar host material that combines both, and a bipolar host material is preferable.
- the concentration of the host material in the light emitting layer 234 is not particularly limited, but is preferably a main component (a component having the largest content) in the light emitting layer 234, and more preferably 50% by mass or more and 99.9% by mass or less.
- a main component a component having the largest content
- 50 mass% or more and 99.8 mass% or less are more preferable, 60 mass% or more and 99.7 mass% or less are especially preferable, and 70 mass% or more and 95 mass% or less are the most preferable.
- the glass transition point Tg of the host material is preferably 60 ° C. or higher and 500 ° C. or lower, more preferably 90 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, and Tg is more preferably 130 ° C. or higher and 250 ° C. or lower, and 175 ° C. or higher and 250 ° C. or lower. Of these, 200 ° C. or higher and 250 ° C. or lower is particularly preferable, and 220 ° C. or higher and 250 ° C. or lower is most preferable.
- the light emitting be the lowest triplet excitation energy of the host material (the T 1 energy) is higher than the T 1 energy of the luminescent material efficiency, in view of driving durability.
- the following compounds may be included in the partial structure.
- pyrrole indole, carbazole (eg, CBP (4,4′-di (9-carbazoyl) biphenyl)), azaindole, azacarbazole, triazole, oxazole, oxadiazole, pyrazole, imidazole, thiophene, polyarylalkane, Pyrazoline, pyrazolone, phenylenediamine, arylamine, amino-substituted chalcone, styrylanthracene, fluorenone, hydrazone, stilbene, silazane, aromatic tertiary amine compound, styrylamine compound, porphyrin compound, polysilane compound, poly (N-vinyl) Carbazole), aniline copolymer, thiophene oligomer, conductive polymer oligomer such as polythiophene,
- the present invention is not limited to these.
- the thickness of the light emitting layer 234 is not particularly limited, but is usually preferably 1 nm to 500 nm, more preferably 5 nm to 200 nm, and further preferably 10 nm to 100 nm.
- the hole injection layer 231 and the hole transport layer 232 are layers provided between the anode 221 and the light emitting layer 234 and have a function of receiving holes from the anode 221 or the anode 221 side and transporting them to the cathode 222 side.
- the hole injection layer 231 and the hole transport layer 232 include a carbazole derivative, a triazole derivative, an oxazole derivative, an oxadiazole derivative, an imidazole derivative, a polyarylalkane derivative, a pyrazoline derivative, a pyrazolone derivative, a phenylenediamine derivative, Contains arylamine derivatives, amino-substituted chalcone derivatives, styrylanthracene derivatives, fluorenone derivatives, hydrazone derivatives, stilbene derivatives, silazane derivatives, aromatic tertiary amine compounds, styrylamine compounds, porphyrin compounds, organosilane derivatives, carbon, etc.
- a layer is preferred.
- the thickness of the hole injection layer 231 and the hole transport layer 232 is preferably 500 nm or less from the viewpoint of lowering the driving voltage.
- the thickness of the hole transport layer 232 is preferably 1 nm to 500 nm, more preferably 5 nm to 200 nm, and even more preferably 5 nm to 100 nm.
- the thickness of the hole injection layer 231 is preferably 0.1 nm to 500 nm, more preferably 0.5 nm to 300 nm, and still more preferably 1 nm to 200 nm.
- the hole injection layer 231 and the hole transport layer 232 may have a single-layer structure composed of one or more of the above-described materials, or may have a multilayer structure composed of a plurality of layers having the same composition or different compositions. Good.
- the electron injection layer (not shown) and the electron transport layer 235 are provided between the cathode 222 and the light emitting layer 234, and have a function of receiving electrons from the cathode 222 or the cathode 222 side and transporting them to the anode 221 side.
- the electron injection layer and the electron transport layer 235 are triazole derivatives, oxazole derivatives, oxadiazole derivatives, imidazole derivatives, fluorenone derivatives, anthraquinodimethane derivatives, anthrone derivatives, diphenylquinone derivatives, thiopyran dioxide derivatives.
- the thickness of the electron injection layer and the electron transport layer 235 is preferably 100 nm or less from the viewpoint of lowering the driving voltage.
- the thickness of the electron transport layer 235 is preferably 1 nm to 100 nm, more preferably 5 nm to 50 nm, and still more preferably 10 nm to 30 nm.
- the thickness of the electron injection layer is preferably from 0.1 nm to 100 nm, more preferably from 0.2 nm to 80 nm, and even more preferably from 0.5 nm to 50 nm.
- the electron injection layer and the electron transport layer 235 may have a single layer structure made of one or more of the materials described above, or may have a multilayer structure made of a plurality of layers having the same composition or different compositions.
- the hole blocking layer (not shown) is provided between the cathode 222 and the light emitting layer 234 and has a function of preventing holes transported from the anode 221 side to the light emitting layer 234 from passing to the cathode 222 side. Is a layer.
- a hole blocking layer can be provided as an organic layer adjacent to the light emitting layer 234 on the cathode 222 side.
- organic compounds constituting the hole blocking layer include aluminum (III) bis (2-methyl-8-quinolinato) 4-phenylphenolate (Aluminum (III) bis [2-methyl-8-quinolinato] 4- phenyl complexes (abbreviated as BAlq)), carbazole derivatives, triazole derivatives, 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1) , 10-phenanthroline (abbreviated as BCP)) and the like.
- the thickness of the hole blocking layer is preferably 1 nm to 500 nm, more preferably 5 nm to 200 nm, and even more preferably 10 nm to 100 nm.
- the hole blocking layer may have a single layer structure composed of one or more of the above-described materials, or a multilayer structure composed of a plurality of layers having the same composition or different compositions.
- the electron blocking layer 233 is a layer that is provided between the anode 221 and the light emitting layer 234 and has a function of preventing electrons transported from the cathode 222 side to the light emitting layer 234 from passing to the anode 221 side.
- the organic compound constituting the electron blocking layer 233 for example, those mentioned above as the hole transport material can be applied.
- the thickness of the electron blocking layer 233 is preferably 1 nm to 500 nm, more preferably 5 nm to 200 nm, and even more preferably 10 nm to 100 nm.
- the electron block layer 233 may have a single-layer structure made of one or more of the materials described above, or may have a multilayer structure made up of a plurality of layers having the same composition or different compositions.
- the entire organic electroluminescent element 200 may be protected by a protective layer.
- a protective layer the matters described in paragraph numbers [0169] to [0170] of JP-A-2008-270736 can be applied to the present invention.
- the organic electroluminescent element 200 may be sealed as a whole using a sealing container.
- a sealing container the matters described in paragraph [0171] of JP-A-2008-270736 can be applied to the present invention.
- the organic electroluminescent element 200 emits light by applying a direct current (which may include an alternating current component if necessary) voltage (usually 2 to 15 volts) or a direct current between the anode 221 and the cathode 222. Obtainable.
- the driving method of the organic electroluminescent device 200 is disclosed in JP-A-2-148687, JP-A-6-301355, JP-A-5-290080, JP-A-7-134558, JP-A-8-234665, and JP-A-8-2441047. No. 2,784,615, US Pat. Nos. 5,828,429 and 6,023,308, and the like, and the like can be applied.
- the organic electroluminescent element 200 can be suitably used for a display element, a display, a backlight, electrophotography, an illumination light source, a recording light source, an exposure light source, a reading light source, a sign, a signboard, an interior, or optical communication.
- a device driven in a region having a high light emission luminance such as a lighting device and a display device.
- compound 1b which was compound 1b, palladium acetate, tri (t-butyl) phosphine, Cesium carbonate and bromobenzene were dissolved in xylene and reacted at boiling point reflux for 7 hours under a nitrogen atmosphere to obtain compound 1c, bis (2-methoxyethoxy) aluminum dihydride in THF under a nitrogen atmosphere.
- Add sodium (SMEAH) 70% toluene solution (cool to 0 ° C.
- N-methylpiperazine dropwise, stir for 30 minutes, reduce The reducing agent solution was added dropwise to the THF solution of compound 1c in a nitrogen atmosphere at ⁇ 40 ° C. After stirring the reaction solution at ⁇ 20 ° C.
- a film-forming organic material of the present invention comprising compound 1 as a main component (hereinafter referred to as film-forming compound 1) was obtained. Specifically, the solvent amount of Compound 1 was adjusted by sublimation purification and recrystallization purification. The amount of residual solvent contained in the organic material for film formation in each example was measured by NMR (analysis system: Bruker, AV400) and Karl Fischer measurement (AQ-2100, manufactured by Hiranuma Sangyo). The powder purity was measured by HPLC (analysis system: LC-10A manufactured by Shimadzu Corporation, column: TSKGel-80TS manufactured by Tosoh Corporation).
- the film-forming compound 1 of each example when the film-forming compound 1 is stabilized on the glass substrate at a deposition rate of about 2 ⁇ / s, the film is formed by vacuum resistance heating vapor deposition. A deposited film having a thickness of 100 nm was formed. Thereafter, with the rate maintained, a deposited film having a thickness of 100 nm was formed on a new glass substrate every 60 minutes. In each case, a deposited film was formed at 0 minutes, 60 minutes, and 120 minutes. At the time of deposition of the deposited film after 120 minutes, the total deposited film thickness by continuous heating was about 16000 mm including the temperature rising process.
- the film purity of the deposited film was measured by HPLC. It calculated by the peak area ratio of HPLC (detection wavelength: 254 nm).
- the amount of residual solvent was changed in the same manner by changing the solution in which compound 1d and benzoindanedione were dissolved to acetic acid, anisole, ethanol, dimethyl ether, or a mixed solvent thereof, and the same result was obtained.
- the photoelectric conversion element was produced using the film-forming compound 1 of each of the above examples, and the characteristics were evaluated.
- Amorphous ITO (30 nm) was formed on a plurality of substrates on a glass substrate by sputtering to form pixel electrodes (lower electrodes).
- an electron blocking layer made of an electron blocking layer material (EB-A) represented by the following formula (which may contain inevitable impurities) having a film thickness of 100 nm is subjected to a solvent removal step to remove residual solvent. It formed by vacuum resistance heating vapor deposition using the organic material for film-forming of this invention made into 0.1 mol% or less.
- C 60 was co-deposited by vacuum resistance heating deposition.
- the volume ratio of compound 1 and fullerene was set to 1: 3, and the device was started at 0 minutes when stabilized at a deposition rate of about 2 ⁇ / s.
- compound 1 was while maintaining the rate, C 60 was maintained in a state of being cooled to a temperature not out rate. Thereafter, C60 was reheated, and a deposited film (300 nm) was formed while changing the substrate every 60 minutes.
- a film of amorphous ITO (10 nm) was formed as the upper electrode by sputtering to form a transparent electrode (upper electrode), thereby producing a photoelectric conversion element.
- an Al 2 O 3 layer was formed thereon by ALCVD.
- the time when the compound reached a deposition rate of about 2 ⁇ / s on the glass substrate was set to 0 minute, and the deposited film (100 nm) was heated by vacuum resistance. Film formation was started by vapor deposition. Thereafter, with the rate maintained, a new deposited film (100 nm) was formed by vacuum resistance heating deposition every 60 minutes, and the film purity was evaluated.
- the exemplary compound 2 can be produced by the following reaction formula.
- 1,2'-dinaphthylamine manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.
- methyl 6-bromo-2-naphthoate manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd.
- palladium acetate BINAP (2,2'-bis (diphenylphosphine) Fino) -1,1′-binaphthyl
- cesium carbonate was added and refluxed for 4 hours.
- the reaction mixture was purified with a silica gel column to give compound 2-a.
- compound 4-a By dissolving 3,5-di-tert-butylaniline, palladium acetate, triphenylphosphine, cesium carbonate, and 2-bromonaphthalene in xylene and reacting at boiling point reflux for 7 hours under a nitrogen atmosphere, compound 4-a Got.
- Compound 4-b is obtained by dissolving compound 4-a, palladium acetate, triphenylphosphine, cesium carbonate, and methyl 6-bromo-2-naphthoate in xylene and reacting at boiling point reflux for 10 hours under a nitrogen atmosphere. Obtained.
- Compound 5-a was obtained from Org. Lett. 2009, 11, 1-4. It was synthesized by the method described in 1. Compound 5-a was dissolved in dehydrated N, N-dimethylformamide, and trifluoromethanesulfonic anhydride was added dropwise thereto. The mixture was heated to 90 ° C. under a nitrogen atmosphere and stirred for 1 hour to obtain compound 5-b. Under a nitrogen atmosphere, compound 5-b and benzoindanedione were added to 2-propanol solvent and refluxed for 3 hours. After allowing to cool, suction filtration was performed to obtain Compound 5.
- Illustrative compound 6 can be produced by the following reaction formula. Isopropenyl aniline, methyl orthoiodobenzoate, palladium acetate (, tri (t-butyl) phosphine, cesium carbonate were dissolved in xylene and reacted at reflux for 5 hours in a nitrogen atmosphere to give compound 6-a. Compound 6-a was added to a mixed solvent of acetic acid and concentrated hydrochloric acid, and stirred for 1 hour at 60 ° C. to obtain Compound 6-b.Compound 6-b, paradibromobenzene, copper powder, copper iodide and potassium carbonate were added.
- Compound 6-c was obtained by adding to diphenyl ether and refluxing for 5 hours, dissolving compound 6-c in dehydrated tetrahydrofuran, and dropping 3M methyl Grignard reagent (ethyl ether solution), and then heating to reflux temperature.
- Compound 6-d was obtained by stirring for 1 hour Compound 6-d was added to phosphoric acid and stirred at 90 ° C. for 2 hours to obtain Compound 6-e.
- Compound 6-e was dissolved in dehydrated tetrahydrofuran and cooled to ⁇ 40 ° C. using a dry ice bath, then n-butyllithium (1.6 M in Hexane) was added dropwise and stirred for 15 minutes.
- Illustrative compound 7 can be produced by the following reaction formula.
- Illustrative compound 9 can be produced by the following reaction formula.
- Illustrative compound 10 can be produced by the following reaction formula.
- 2-Bromofluorene (89.0 g, 0.363 mol) is dissolved in 1.3 l of tetrahydrofuran (THF), cooled to 5 ° C., and potassium-tert-butoxide (102 g, 0.908 mol) is added.
- Methyl iodide (565 ml, 0.908 mol) is added dropwise at 5 ° C. After the dropwise addition, the mixture was stirred at room temperature for 5 hours to obtain 2-bromo-9,9-dimethyl-fluorene in a yield of 87%.
- magnesium powder (3.51 g, 0.144 mol) was added to 50 ml of THF, refluxed at the boiling point, and a solution of 2-bromo-9,9-dimethyl-fluorene (75.0 g, 0.275 mol) in 250 ml of THF was added. Add dropwise and stir for 1 hour. Thereafter, tetrakis (triphenylphosphine) palladium (1.59 g, 1.38 mmol) was added, and the mixture was refluxed at the boiling point for 2 hours to obtain Compound a in a yield of 82%.
- Carbazole potassium salt (17.6 g, 85.9 mol) and 1,3-dibromo-5-fluorobenzene (24.0 g, 94.5 mol) were dissolved in 150 ml of 1-methyl-2-pyrrolidone, and the mixture was heated at 100 ° C. for 3 hours. Stirring gave compound i in 75% yield.
- Illustrative compound 15 can be produced by the following reaction formula.
- Illustrative compound 21 can be produced by the following reaction formula.
- the exemplified compound 22 can be produced by the following reaction formula.
- the exemplified compound 23 can be produced by the following reaction formula.
- Illustrative compound 27 can be produced by the following reaction formula.
- Exemplary compound 28 can be produced by the following reaction formula.
- An amorphous ITO (30 nm) was formed on a plurality of substrates on a glass substrate by a sputtering method to form a pixel electrode (lower electrode).
- the film-forming compound 7 was stabilized at a deposition rate of about 2 ⁇ / s by vacuum resistance heating deposition under the same conditions as in Examples 15 and 16 and Comparative Example 11, the film thickness was 100 nm.
- An electron blocking layer was formed. After the formation of the electron blocking layer, a vapor deposition film (100 nm) was formed while changing the substrate every 60 minutes while maintaining the rate of Compound 7.
- a photoelectric conversion layer having a thickness of 300nm by a film-forming compound 6 and fullerene C 60 was co-deposited by vacuum resistance heating deposition.
- the volume ratio of compound 6 and fullerene was set to 1: 3.
- a film of amorphous ITO (10 nm) was formed as the upper electrode by sputtering to form a transparent electrode (upper electrode), thereby producing a photoelectric conversion element.
- an Al 2 O 3 layer was formed thereon by ALCVD.
- the relative sensitivity and the relative response speed were expressed as relative values with the time of 0 minutes in Example 15 being 100. As shown in Table 5, in the photoelectric conversion elements using the deposited films of Examples 15 and 16 (Table 4), the relative response speed and the change in sensitivity remain within 5%, which is suitable for mass production. It was confirmed.
- the organic material for film formation and the film forming method using the same of the present invention are applied to an organic imaging device mounted on a digital camera, a camera for a mobile phone, an endoscope camera, an organic EL display, an organic EL illumination, or the like. It can be preferably applied to film formation of an organic layer of an organic photoelectric conversion element used for an organic light emitting element to be mounted, an organic thin film transistor mounted on an electronic paper or a wireless tag, an optical sensor, or the like.
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Abstract
【課題】同等性能の有機光電変換素子及びそれを備えた撮像素子を安定して製造する 【解決手段】有機光電変換素子(1)を構成する有機層(30)の乾式成膜に用いられる成膜用有機材料(60)であって、有機層(30)の構成有機物を主成分とし、成膜用有機材料(60)中の残留溶媒量が3mol%以下である。
Description
本発明は有機光電変換素子の乾式成膜に用いる成膜用有機材料用及びそれを用いて得られる有機光電変換素子、撮像素子及び有機電界発光素子に関する。本発明はまた、有機光電変換素子を構成する有機層の成膜方法及び有機光電変換素子の製造方法に関する。
軽量、大面積化が可能、高いフレキシブル性、印刷プロセスにより製造が可能などの特徴を有する有機光電変換膜、並びにそれを備えた有機光電変換素子は、デジタルカメラ等に用いるイメージセンサ(撮像素子)や、ディスプレイ、照明等に用いる有機電界発光素子(有機EL)、電子ペーパー等に用いる有機薄膜太陽電池や有機薄膜トランジスタ等、様々な用途への展開が期待されている。
撮像素子の分野では、近年、撮像素子の多画素化による画素サイズの小型化に伴い、フォトダイオード部の面積が小さくなっており、開口率や集光効率の低下、及びそれに伴う感度低下が問題となっている。一般に、撮像素子としては、半導体中に光電変換部位を2次元的に配列して画素とし、各画素で光電変換により発生した信号をCCD回路やCMOS回路により電荷転送、読み出しを行う平面型受光素子が広く用いられている。
有機撮像素子は、上記した特徴以外にも、従来のSiなどの半導体中にPN接合を用いたフォトダイオード部が形成された光電変換部位に比して、高い開口率が得られることから期待が高まっている。
有機薄膜太陽電池は、シリコンなどに代表される無機太陽電池に比して製造工程の容易性、低コストで大面積化が可能であるという利点から広く検討されているが、エネルギー変換効率が低く未だ実用レベルに達していない。
有機電界発光(EL)素子は、低電圧で高輝度の発光を得ることができるため、表示素子、発光素子として注目されている。有機EL素子は消費電力を大幅低減、小型化、大面積化が容易であり、次世代の表示素子、発光素子としてその実用化研究が積極的になされている。
本出願人は、受光層又は発光層に有機層を含む有機光電変換素子及びそれを備えた撮像素子、光センサ、太陽電池、及び有機電界発光素子について検討を重ねている。有機光電変換素子において、高いS/N比を実現するには、高光電変換効率、低暗電流の性能を有する必要がある。
例えば、受光素子における光電変換効率の向上には、受光層において励起子解離効率が良く、電荷輸送性が良好であることが好ましい。また、撮像素子として用いる場合、暗電流を抑制することが必要で、暗時キャリア量を制御できることが好ましい。また、高速信号応答性を満たす必要がある。
本出願人は、有機光電変換素子において上記の性能向上を目的として、受光層の一部に、p型有機半導体とフラーレン又はフラーレン誘導体との混合層(2つの材料を共蒸着したバルクへテロ構造層)を用いた有機光電変換素子を出願している(特許文献1)。
特許文献1によれば、光電変換効率が高く、光電流/暗電流のS/N比の良好な有機光電変換素子を提供することができる。一方で、このような高性能化が可能となっても、安定的な製造ができなければ実用性があるとは言い難い。
特許文献1を含む本出願人が出願した特許文献に記載の有機光電変換素子について、その製造安定性について検討したところ、同等性能の素子を製造することはできるものの、その安定性には更なる向上が望まれる。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、同等性能の有機光電変換素子及びそれを備えた撮像素子を安定して製造することを目的とするものである。
本発明はまた、上記光電変換素子を実現しうる有機層を乾式成膜により形成可能な、成膜用有機材料を提供することを目的とするものである。
本発明はまた、上記光電変換素子を実現しうる有機層を乾式成膜により形成可能な、成膜用有機材料を提供することを目的とするものである。
有機光電変換素子の製造において、受光層等の乾式成膜法による有機層の形成では、これまでHPLC純度95%以上、好ましくは98%以上の乾式成膜用有機材料を用いれば、その成膜材料に起因する膜特性への影響は無視できる程度であると考えられていた。
しかしながら、本発明者が、有機光電変換素子においてその製造安定性を低下させる要因について鋭意検討を行った結果、乾式成膜用有機材料にその主要因があることを見出し、更に、その主要因は、そのHPLC純度から無視できると考えられていた残留溶媒であることを見出した。
すなわち、本発明の成膜用有機材料は、有機光電変換素子を構成する有機層の乾式成膜に用いられる成膜用有機材料であって、
前記有機層の構成有機物を主成分とし
前記成膜用有機材料中の残留溶媒量が3mol%以下であることを特徴とする。
前記有機層の構成有機物を主成分とし
前記成膜用有機材料中の残留溶媒量が3mol%以下であることを特徴とする。
本明細書において、「構成有機物の主成分」とは、不可避不純物及び含量3mol%以下の残留溶媒を除く成分を意味する。また、残留溶媒の含量は、溶媒種によって適切な方法が異なると考えられるが、核磁気共鳴分光法(NMR),ガスクロマトグラフィ,カールフィッシャー法、又はこれらの精度と同等以上の精度の溶媒量の検出が可能な検出方法にて測定して得られた値とする。
本発明の成膜用有機材料は、真空度1×10-3Pa以下における前記残留溶媒の蒸気圧が、前記構成有機物の昇華圧よりも高い態様である場合に好適である。
また、本発明の成膜用有機材料によれば、前記有機層の成膜初期の膜純度に対する、前記乾式成膜を連続で2時間実施後の前記有機層の膜純度の比を0.9以上とすることができる。
「成膜初期の膜純度」とは、成膜速度が安定した直後の膜純度を意味するものとする。成膜速度は、成膜速度が昇温とともに上昇したのちに、目標速度に達した時を「安定した」と見なされるものとする。
また、本発明の成膜用有機材料によれば、前記乾式成膜を連続で実施して、昇温時を含めた前記有機層の総膜厚が16000Åに達した時の該有機層の膜純度の、成膜初期の前記有機層の膜純度に対する比を0.9以上とすることができる。ここで、有機層の膜厚は、安定した成膜レート×時間にて求められた値とする。この膜厚は、1層の膜の膜厚に限らず、複数層の膜を成膜した場合には、複数層の総膜厚とする。
また、本発明の成膜用有機材料によれば、前記乾式成膜を連続で実施して前記有機層の膜厚が16000Åに達した時の該有機層の膜純度の、前記成膜用有機材料の純度に対する比が0.9以上とすることができる。
本明細書において、「膜純度」とは、成膜後の膜を溶媒で溶解させ、HPLCで検出した構成有機物の主成分のピーク面積比である。中央部付近から面内膜厚比15%程度の範囲内であれば、どこの部分に成膜されたものを測定してもよい。
本明細書において、「成膜用有機材料の純度」とは、成膜用有機材料を溶媒で溶解させ、HPLCで検出した構成有機物の主成分のピーク面積比である。
本発明の成膜方法は、有機光電変換素子を構成する有機層を乾式成膜法により形成する方法であって、前記有機層の構成有機物を主成分とする成膜用有機材料を用意し、
該成膜用有機材料に含まれる溶媒を、含量3mol%以下となるように除去する溶媒除去工程と、
該溶媒除去工程により残留溶媒量が3mol%以下となった前記成膜用有機材料を用いて前記有機層を前記乾式成膜法により形成する成膜工程とを有することを特徴とする。
該成膜用有機材料に含まれる溶媒を、含量3mol%以下となるように除去する溶媒除去工程と、
該溶媒除去工程により残留溶媒量が3mol%以下となった前記成膜用有機材料を用いて前記有機層を前記乾式成膜法により形成する成膜工程とを有することを特徴とする。
本発明において、前記乾式成膜法としては、真空抵抗加熱蒸着法が挙げられる。また、共蒸着法であってもよい。
また、本発明は、前記有機層が光電変換層又は電子、正孔ブロッキング層である場合に好ましく適用することができ、前記構成有機物が、下記一般式(D-I)、一般式(EB-1)を含む場合により好ましく適用することができる。
(一般式(D-I)中、Z1は5又は6員環を形成するのに必要な原子群を表す。L1、L2、及びL3はそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。D1は原子群を表す。nは0以上の整数を表す。)
(式(EB-1)中、R1は、置換基を有してもよい、アルキル基、アリール基、又は複素環基を表す。Ra1~Ra8は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。R1及びRa1~Ra8のうち少なくとも2つが互いに結合して環を形成してもよい。Xaは、単結合、酸素原子、硫黄原子、又は、置換基を有してもよい、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、若しくはイミノ基を表す。)
本発明の有機光電変換素子の製造方法は、一対の電極と、前記一対の電極に挟持された少なくとも光電変換層を含む受光層又は発光層を有する有機光電変換素子の製造方法であって、前記有機層を上記本発明の成膜方法により成膜することを特徴とするものである。
本発明の有機光電変換素子は、一対の電極と、前記一対の電極に挟持された少なくとも光電変換層を含む受光層又は発光層を有する有機光電変換素子であって、
前記有機層が、上記本発明の成膜用有機材料を用いて乾式成膜されたものであることを特徴とするものである。
前記有機層が、上記本発明の成膜用有機材料を用いて乾式成膜されたものであることを特徴とするものである。
本発明の撮像素子は、複数の上記本発明の光電変換素子と、
前記光電変換素子の前記光電変換層で発生した電荷に応じた信号を読み出す信号読出し回路が形成された回路基板とを備えることを特徴とするものである。
前記光電変換素子の前記光電変換層で発生した電荷に応じた信号を読み出す信号読出し回路が形成された回路基板とを備えることを特徴とするものである。
本発明の発光素子は、一対の電極と、前記一対の電極に挟持された少なくとも発光層を含み、電極間に電圧を印加することで発光を得ることを特徴とするものである。
本発明の成膜用有機材料は、有機光電変換素子を構成する有機層の乾式成膜に用いられるものであって、有機層の構成有機物を主成分とし、残留溶媒量が3mol%以下となっている。かかる構成の成膜用有機材料は、成膜時及び/又は成膜された膜内において膜特性に影響を及ぼす量の残留溶媒を含んでいない成膜用材料である。従って、本発明の成膜用有機材料を用いて有機層を成膜する、あるいは、成膜用有機材料に含まれる溶媒を含量3mol%以下とする残留溶媒除去工程を備えた成膜方法により有機層を成膜することにより、同等性能の有機光電変換素子及びそれを備えた撮像素子、発光素子を安定して製造することができる。
「成膜用有機材料、有機層成膜方法、光電変換素子」
図面を参照して、本発明にかかる一実施形態の光電変換素子について説明する。図1は、本実施形態の光電変換素子の構成を示す概略断面図である。本明細書の図面において、視認しやすくするため、各部の縮尺は適宜変更して示してある。
図面を参照して、本発明にかかる一実施形態の光電変換素子について説明する。図1は、本実施形態の光電変換素子の構成を示す概略断面図である。本明細書の図面において、視認しやすくするため、各部の縮尺は適宜変更して示してある。
図1に示されるように、有機光電変換素子1(光電変換素子1)は、基板10と、基板10上に形成された下部電極20と、下部電極20上に形成された電子ブロッキング層31と、電子ブロッキング層31上に形成された有機光電変換層(以下、光電変換層とする)32と、光電変換層32上に形成された電極40と、電極40上に形成された封止層50とを備える。電子ブロッキング層31と光電変換層32によって受光層30が形成されている。受光層30は、光電変換層32を少なくとも含む層であればよく、また、電子ブロッキング層31以外の層(例えば正孔ブロッキング層)を含む層であってもよい。
受光層30に含まれる電子ブロッキング層31は、下部電極20から光電変換層32に電子が注入されるのを抑制し、光電変換層32で発生した電子が電極20側に流れるのを阻害するための層である。電子ブロッキング層31は、有機材料又は無機材料、あるいはその両方を含んで構成されている。
電極40は、光電変換層32で発生した電荷のうちの電子を捕集する電極である。電極40は、光電変換層32に光を入射させるために、光電変換層32が感度を持つ波長の光に対して十分に透明な導電性材料(例えばITO)を用いる。電極40及び電極20間にバイアス電圧を印加することで、光電変換層32で発生した電荷のうち、正孔を電極20に、電子を電極40に移動させることができる。
このように構成された光電変換素子1は、上部電極40を光入射側の電極としており、上部電極40上方から光が入射すると、この光が上部電極40を透過して光電変換層32に入射し、ここで電荷が発生する。発生した電荷のうちの正孔は下部電極20に移動する。下部電極20に移動した正孔を、その量に応じた電圧信号に変換して読み出すことで、光を電圧信号に変換して取り出すことができる。
また、電極20において電子を捕集し、電極40において正孔を捕集するようにバイアス電圧を印加してもよい。この場合には、電子ブロッキング層31の代わりに正孔ブロッキング層を設ければよい。正孔ブロッキング層は、電極20から光電変換層32に正孔が注入されるのを抑制し、光電変換層32で発生した正孔が電極20側に流れてしまうのを阻害するための有機材料で構成された層とすればよい。いずれの場合も、電極20と電極40で挟まれた部分が受光層30となる。
上記光電変換素子1において、光電変換層32を含む受光層30は、有機材料を含む層(有機層)であり、成膜用有機材料60を用いた乾式成膜法により成膜されてなる有機層を含む。なお、以下、成膜用有機材料60により成膜する有機層が、受光層30を構成する層として説明するが、乾式成膜法により成膜する有機層であれば、受光層30に限定されない。
乾式成膜法としては特に制限されず、物理蒸着法、スパッタ法、化学気相堆積法等が挙げられるが、真空抵抗蒸着法を好ましく用いることができる。
図2に真空抵抗加熱蒸着の成膜の様子を示す模式図の一例を示す。図2に示すように、通常、受光層の蒸着は、蒸着室91内に設置された蒸着セル71の開口部の上方に、基板ホルダ90を備え、該ホルダ90に基板Bを設置した状態で行う。加熱機能を有する蒸着セル71内には、成膜用有機材料(蒸着材料)60が設置されており、蒸着室91内部は真空度が高いため、蒸着セル71から蒸発した蒸着材料は、開口部から出射されて直進し、基板B上に成膜される。蒸着セル71の開口部の開口径を調整することにより、蒸発した蒸着材料の最大出射角度θを調整することができる。
蒸着セル71と基板Bとは、できれば10cm以上離間されていることが好ましい。蒸発した蒸着原料は、基板面に対し0°~θの入射角でほぼ円錐状に広がって入射されることとなる。
成膜用有機材料60は、ボート型、バスケット型、ヘアピン型、るつぼ型などの形状の蒸着源にとして設置されており、特に限定されない。
「課題を解決するための手段」の項目において、本発明者は、HPLC純度95%以上、好ましくは98%以上の乾式成膜用有機材料を用いて成膜した有機層であっても、成膜される膜特性にはばらつきがあり、これにより、同等性能の光電変換素子の安定した製造が難しくなっていることを述べた。
本発明者は、HPLCでは検出されないごく僅かな残留溶媒があったとしても、成膜用有機材料の調製に用いられる、特に、最終段階にて用いられる溶媒のほとんどは、真空度1×10-3Pa以下で実施される乾式成膜では、その蒸気圧が、構成有機物の昇華圧よりも高いことから、有機物の昇華前の段階で充分に揮発されるため、膜特性への影響はないものと考えていた。
しかしながら、後記実施例及び比較例に示されるように、残留溶媒が3mol%以下の成膜用有機材料を用いた実施例では連続成膜1時間後、2時間後の膜特性はほとんど変わらないのに対し、残留溶媒が3mol%超の成膜用有機材料を用いた比較例では、時間が経つにつれて膜特性が悪化することが確認された。
かかる結果から、上記膜特性の悪化の主要因が、そのHPLC純度から無視できると考えられていた残留溶媒であることを見出し、その残留溶媒の成膜用有機材料中における含量が3mol%以下とすることにより、膜特性のばらつきを抑制し、同等性能の光電変換素子を安定性して製造することができることを見出した。
このメカニズムについては定かではないが、本発明者は、わずかに含まれる残留溶媒が、熱負荷により分解が促進されるため、または時間が経つにつれて熱負荷の増加によって残留溶媒が有機物と反応することにより、有機物に部分的な分解等の悪影響を及ぼし、その有機物が昇華されて成膜されることから、時間が経つにつれて膜特性の悪化が観察されるものと推察している。
後記実施例では、高い光電変換効率が得られる有機光電変換層成膜材料の乾式成膜において、残留溶媒を3mol%以下の成膜用有機材料60を用いて光電変換層32又は電子ブロッキング層31を成膜し、その膜特性、及び光電変換素子1を作製した場合の光電変換効率(感度)及び応答速度(立ち上がり時間)について評価している。
表1には、連続成膜時の膜特性の経時変化が示されており、残留溶媒が3mol%以下の成膜用有機材料60を用いて成膜することにより、成膜当初(成膜速度安定直後)の光電変換層(有機層)32の膜純度に対する、連続で2時間成膜実施後に成膜される光電変換層32の膜純度の比を0.9以上とする、すなわち、膜純度の悪化を10%未満に抑制可能であることが確認される。
また、表2には、成膜用有機材料60とすることにより、膜特性のばらつきを抑制し、更には、高光電変換効率(感度)、高応答速度(立ち上がり時間)を有する光電変換素子1を安定して成膜できることが示されている。
すなわち、成膜用有機材料60は、有機光電変換素子1の受光層30(電子ブロッキング層31,光電変換層32)の構成有機物を主成分とし、残留溶媒量が3mol%以下であることを特徴とするものである。
実施例では、受光層30の成膜用有機材料として、成膜用有機材料60を用いているが、残留溶媒の膜特性への影響は、光電変換層材料や電子ブロッキング材料においてのみ生じるものではもちろんなく、有機光電変換素子における乾式成膜法による成膜用有機材料において、その分解されやすさ等の影響の大小には差があるものの、限定されずに生じるものと考えられる。
ただし、光電変換素子の素子特性への影響が大きいことから、成膜用有機材料60は、受光層30を構成する光電変換層32及び電子ブロッキング層31,また図示していない正孔ブロッキング層等に好ましく適用することができる。
また、残留溶媒の種類についても、影響量に大小はあるもののその種類は限定されない。溶媒としては、例えば、水、アルコール類、エーテル類、ケトン類、スルホキシド類、カーボネート類、アミド類、カルボン酸類、エステル類、二トリル類、ハロゲン類、芳香族類などが挙げられる。更に詳しくは、溶媒が2種類以上含まれる場合は、2種類以上の合計含量が3mol%以下となるものとする。
例えば以下の溶媒が考えられる。具体的には、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール、イソブタノール、t-ブチルアルコール、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、1,2-ジメトキシエタン、ジグリム、トリグリム、オリゴエチレンオキサイド、オリゴプロピレンオキサイド、ポリエチレンオキサイド、ポリプロピレンオキサイド、アニソール、ジフェニルエーテル、THF、ジオキサン、1,3-ジオキソラン、アセトン、MEK、シクロヘキサノン、シクロペンタノン、ジメチルスルホキシド、ジメチルスルホン、スルホラン、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、N,N-ジメチルホルムアミド、N,N-ジメチルアセトアミド、N-メチルピロリドン、N-エチルピロリドン、酢酸、酢酸エチル、アセトニトリル、ベンゾニトリル、ベンゼン、o-,m-,p-キシレン、トルエン、o-,m-,p-TMB、クロロベンゼン、o-,m-,p-ジクロロベンゼン、ニトロベンゼン、クロロホルム、塩化メチレンなどがあるが上記溶媒に限定されない。
受光層30(電子ブロッキング層31,光電変換層32)の成膜は、成膜用有機材料が市販されているようなものの場合は、市販の成膜用有機材料を用意し、成膜用有機材料に含まれる溶媒を、含量3mol%以下となるように除去する溶媒除去工程を実施して成膜用有機材料60とした後に、所定の乾式成膜法により実施する。
成膜用有機材料を合成する場合は、合成された有機物の精製工程にて、又は精製工程後に上記溶媒除去工程を実施した後に、所定の成膜法により受光層30(電子ブロッキング層31,光電変換層32)を成膜すればよい。
成膜用有機材料が、加圧して特定の形状に形成した成形体や、それを焼成して焼結させた焼結体、あるいは、顆粒状に造粒されたもの、さらには、それを焼成して得られる顆粒状の焼結体等の場合は、溶媒除去工程は成形や造粒、焼結後に実施してもよい。
溶媒除去工程の実施方法は特に制限されないが、昇華精製、再結晶精製、カラムクロマトグラフィー精製、リスラリー、真空乾燥法、再沈殿精製、分液、水,溶媒による洗浄、ろ過、ろ別、イオン交換樹脂クロマトグラフィー、活性炭,珪藻土,イオン交換樹脂,樹脂,無機多孔質(ゼオライト)による吸着、風乾、加熱乾燥法、フリーズドライ等が挙げられる。
成膜用有機材料60は、有機光電変換素子1を構成する有機層(受光層30;電子ブロッキング層31,光電変換層32)の乾式成膜に用いられるものであって、有機層の構成有機物を主成分とし、残留溶媒量が3mol%以下となっている。かかる構成の成膜用有機材料60は、成膜時及び/又は成膜された膜内において膜特性に影響を及ぼす量の残留溶媒を含んでいない成膜用材料である。従って、成膜用有機材料60を用いて受光層30を成膜する、あるいは、成膜用有機材料60に含まれる溶媒を含量3mol%以下とする残留溶媒除去工程を備えた成膜方法により受光層30を成膜することにより、同等性能の有機光電変換素子1を安定して製造することができる。
以下に、図1に示される光電変換素子1の構成について説明する。上記したように、以下に示す構成において、成膜用有機材料60を用いて、乾式成膜法により、有機層である光電変換層32及び電子ブロッキング層31等の受光層30を成膜することにより、膜特性のばらつきの少ない受光層30とし、高光電変換効率、高応答速度を有する光電変換素子1を安定して製造することができる。
<基板及び電極>
基板10としては特に制限なく、シリコン基板、ガラス基板等を用いることができる。
基板10としては特に制限なく、シリコン基板、ガラス基板等を用いることができる。
下部電極20は、光電変換層32で発生した電荷のうちの正孔を捕集するための電極である。下部電極20としては、導電性が良好であれば特に制限されないが、用途に応じて、透明性を持たせる場合と、逆に透明を持たせず光を反射させるような材料を用いる場合等がある。具体的には、アンチモンやフッ素等をドープした酸化錫(ATO、FTO)、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化亜鉛インジウム(IZO)等の導電性金属酸化物、金、銀、クロム、ニッケル、チタン、タングステン、アルミ等の金属及びこれらの金属の酸化物や窒化物などの導電性化合物(一例として窒化チタン(TiN)を挙げる)、更にこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの有機導電性材料、及びこれらとITO又は窒化チタンとの積層物などが挙げられる。
上部電極40は、光電変換層32で発生した電荷のうちの電子を捕集する電極である。上部電極40は、光電変換層32に光を入射させるために、光電変換層32が感度を持つ波長の光に対して十分に透明な導電性材料であれば特に制限されない。具体的には、アンチモンやフッ素等をドープした酸化錫(ATO、FTO)、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化亜鉛インジウム(IZO)等の導電性金属酸化物、金、銀、クロム、ニッケル等の金属薄膜、更にこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの有機導電性材料、及びこれらとITOとの積層物などが挙げられる。この中で好ましいのは、高導電性、透明性等の点から、導電性金属酸化物である。
上記電極を形成する方法は特に限定されず、電極材料との適正を考慮して適宜選択することができる。具体的には、印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、CVD、プラズマCVD法等の化学的方式等により形成することができる。
電極の材料がITOの場合、電子ビーム法、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、化学反応法(ゾルーゲル法など)、酸化インジウムスズの分散物の塗布などの方法で形成することができる。更に、ITOを用いて作製された膜に、UV-オゾン処理、プラズマ処理などを施すことができる。電極の材料がTiNの場合、反応性スパッタリング法をはじめとする各種の方法が用いられ、更にUV-オゾン処理、プラズマ処理などを施すことができる。
上部電極40は有機光電変換層32上に成膜するため、有機光電変換層32の特性を劣化させることのない方法で成膜される事が好ましいことから、プラズマフリーで作製することが好ましい。ここで、プラズマフリーとは、上部電極40の成膜中にプラズマが発生しないか、又はプラズマ発生源から基体までの距離が2cm以上、好ましくは10cm以上、更に好ましくは20cm以上であり、基体に到達するプラズマが減ずるような状態を意味する。
上部電極40の成膜中にプラズマが発生しない装置としては、例えば、電子線蒸着装置(EB蒸着装置)やパルスレーザー蒸着装置がある。EB蒸着装置又はパルスレーザー蒸着装置については、沢田豊監修「透明導電膜の新展開」(シーエムシー刊、1999年)、沢田豊監修「透明導電膜の新展開II」(シーエムシー刊、2002年)、日本学術振興会著「透明導電膜の技術」(オーム社、1999年)、及びそれらに付記されている参考文献等に記載されているような装置を用いることができる。以下では、EB蒸着装置を用いて透明電極膜の成膜を行う方法をEB蒸着法と言い、パルスレーザー蒸着装置を用いて透明電極膜の成膜を行う方法をパルスレーザー蒸着法と言う。
プラズマ発生源から基体への距離が2cm以上であって基体へのプラズマの到達が減ずるような状態を実現できる装置(以下、プラズマフリーである成膜装置という)については、例えば、対向ターゲット式スパッタ装置やアークプラズマ蒸着法などが考えられ、それらについては沢田豊監修「透明導電膜の新展開」(シーエムシー刊、1999年)、沢田豊監修「透明導電膜の新展開II」(シーエムシー刊、2002年)、日本学術振興会著「透明導電膜の技術」(オーム社、1999年)、及びそれらに付記されている参考文献等に記載されているような装置を用いることができる。
TCOなどの透明導電膜を上部電極40とした場合、DCショート、あるいはリーク電流増大が生じる場合がある。この原因の一つは、光電変換層32に導入される微細なクラックがTCOなどの緻密な膜によってカバレッジされ、反対側の下部電極20との間の導通が増すためと考えられる。そのため、Alなど膜質が比較して劣る電極の場合、リーク電流の増大は生じにくい。上部電極40の膜厚を、光電変換層32の膜厚(すなわち、クラックの深さ)に対して制御する事により、リーク電流の増大を大きく抑制できる。上部電極40の厚みは、光電変換層32厚みの1/5以下、好ましくは1/10以下であるようにする事が望ましい。
通常、導電性膜をある範囲より薄くすると、急激な抵抗値の増加をもたらすが、本実施形態に係る光電変換素子を組み込んだ固体撮像素子では、シート抵抗は、好ましくは100~10000Ω/□でよく、薄膜化できる膜厚の範囲の自由度は大きい。また、上部電極40は厚みが薄いほど吸収する光の量は少なくなり、一般に光透過率が増す。光透過率の増加は、光電変換層32での光吸収を増大させ、光電変換能を増大させるため、非常に好ましい。薄膜化に伴う、リーク電流の抑制、薄膜の抵抗値の増大、透過率の増加を考慮すると、上部電極40の膜厚は、5~100nmであることが好ましく、5~20nmである事がより好ましい。
上部電極40と下部電極20間にバイアス電圧を印加することで、光電変換層32で発生した電荷のうち、正孔を下部電極20に、電子を上部電極40に移動させることができる。
<受光層>
受光層30は、少なくとも光電変換層32を含む有機層であり、成膜用有機材料60を用いて、乾式成膜法により成膜された有機層を含む。本実施形態では、受光層30は、電子ブロッキング層31と光電変換層32とにより構成されており、これらのいずれか又は両方が成膜用有機材料60を用いて乾式成膜法により成膜されている。より膜特性のばらつきを抑制するためには、受光層30に含まれる有機層ができるだけ多くの層が成膜用有機材料60を用いて成膜されることが好ましい。
受光層30は、少なくとも光電変換層32を含む有機層であり、成膜用有機材料60を用いて、乾式成膜法により成膜された有機層を含む。本実施形態では、受光層30は、電子ブロッキング層31と光電変換層32とにより構成されており、これらのいずれか又は両方が成膜用有機材料60を用いて乾式成膜法により成膜されている。より膜特性のばらつきを抑制するためには、受光層30に含まれる有機層ができるだけ多くの層が成膜用有機材料60を用いて成膜されることが好ましい。
受光層30は、乾式成膜法又は湿式成膜法により形成することができる。乾式成膜法は、均一な膜形成が容易であり不純物が混入し難い点、また、膜厚コントロールや異種材料に積層が容易である点で好ましい。
乾式成膜法の具体的な例としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、MBE法等の物理気相成長法あるいはプラズマ重合等のCVD法が挙げられる。好ましくは真空蒸着法であり、真空蒸着法により成膜する場合、真空度、蒸着温度等の製造条件は常法に従って設定することができる。蒸着法により、受光層30を形成する場合は、蒸着可能温度よりも、分解温度が大きいほど、蒸着時の熱分解が抑制できるので好ましい。
受光層30を乾式成膜法により形成する場合、形成時の真空度は、受光層形成時の素子特性の劣化を防止することを考慮すると、1×10-3Pa以下が好ましく、4×10-4Pa以下がさらに好ましく、1×10-4Pa以下が特に好ましい。
受光層30の厚みは、10nm以上1000nm以下が好ましく、さらに好ましくは50nm以上800nm以下、特に好ましくは100nm以上600nm以下である。10nm以上とすることにより、好適な暗電流抑制効果が得られ、1000nm以下とすることにより、好適な光電変換効率が得られる。
<<光電変換層>>
光電変換層32は、光を受光し、その光量に応じた電荷を発生するものであり、有機の光電変換材料を含んで構成されている。
光電変換層32は、光を受光し、その光量に応じた電荷を発生するものであり、有機の光電変換材料を含んで構成されている。
本実施形態の光電変換素子1は、光電変換層32に、p型有機半導体(p型有機化合物)と、n型有機半導体とを混合した混合層を備えた構成としている。この混合層は、p型有機半導体材料の成膜用有機材料60と、n型有機半導体材料の成膜用有機材料60との共蒸着により成膜されたものであることが好ましい。
ここで、混合層とは、複数の材料が混ざり合った又は分散した層のことをいい、本実施形態では、p型有機半導体とn型有機半導体を共蒸着することで形成される層である。
光電変換層32を構成するn型有機半導体(化合物)としては特に制限されないが、フラーレンまたはフラーレン誘導体であることが好ましい。フラーレンとしては、フラーレンC60、フラーレンC70、フラーレンC76、フラーレンC78、フラーレンC80、フラーレンC82、フラーレンC84、フラーレンC90、フラーレンC96、フラーレンC240、フラーレン540、ミックスドフラーレン、フラーレンナノチューブ等が挙げられる。
また、フラーレン誘導体とはこれらに置換基が付加された化合物のことを表す。フラーレン誘導体の置換基として好ましくは、アルキル基、アリール基、又は複素環基である。アルキル基として更に好ましくは、炭素数1~12までのアルキル基であり、アリール基、及び複素環基として好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、フルオレン環、トリフェニレン環、ナフタセン環、ビフェニル環、ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、インドリジン環、インドール環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、イソベンゾフラン環、ベンズイミダゾール環、イミダゾピリジン環、キノリジン環、キノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、キノキサリン環、キノキサゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、フェナントリジン環、アクリジン環、フェナントロリン環、チアントレン環、クロメン環、キサンテン環、フェノキサチイン環、フェノチアジン環、またはフェナジン環であり、さらに好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ピリジン環、イミダゾール環、オキサゾール環、またはチアゾール環であり、特に好ましくはベンゼン環、ナフタレン環、またはピリジン環である。これらはさらに置換基を有していてもよく、その置換基は可能な限り結合して環を形成してもよい。なお、複数の置換基を有しても良く、それらは同一であっても異なっていても良い。また、複数の置換基は可能な限り結合して環を形成してもよい。
光電変換層32を構成するp型有機半導体(化合物)は蒸着速度の安定性に大きな影響を与えない適切な粒径を有していることが好ましい。p型有機半導体およびn型有機半導体の平均粒径は10~800μmが好ましく、20~700μmがさらに好ましい。
光電変換層32を構成するp型有機半導体(化合物)は、ドナー性有機半導体(化合物)であり、主に正孔輸送性有機化合物に代表され、電子を供与しやすい性質がある有機化合物をいう。さらに詳しくは2つの有機材料を接触させて用いたときにイオン化ポテンシャルの小さい方の有機化合物をいう。従って、ドナー性有機化合物は、電子供与性のある有機化合物であればいずれの有機化合物も使用可能である。
例えば、トリアリールアミン化合物、ピラン化合物、キナクリドン化合物、ベンジジン化合物、ピラゾリン化合物、スチリルアミン化合物、ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化合物、カルバゾール化合物、ポリシラン化合物、チオフェン化合物、フタロシアニン化合物、シアニン化合物、メロシアニン化合物、オキソノール化合物、ポリアミン化合物、インドール化合物、ピロール化合物、ピラゾール化合物、ポリアリーレン化合物、縮合芳香族炭素環化合物(ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体)、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体等を用いることができる。なお、これに限らず、n型有機半導体として用いた有機化合物よりもイオン化ポテンシャルの小さい有機化合物であればドナー性有機半導体として用いてよい。
上記の中でも、好ましいのは、トリアリールアミン化合物、ピラン化合物、キナクリドン化合物、ピロール化合物、フタロシアニン化合物、メロシアニン化合物、縮合芳香族炭素環化合物である。
p型有機半導体としてはいかなる有機色素を用いてもよいが、好ましいものとしては、シアニン色素、スチリル色素、ヘミシアニン色素、メロシアニン色素(ゼロメチンメロシアニン(シンプルメロシアニン)を含む)、3核メロシアニン色素、4核メロシアニン色素、ロダシアニン色素、コンプレックスシアニン色素、コンプレックスメロシアニン色素、アロポーラー色素、オキソノール色素、ヘミオキソノール色素、スクアリウム色素、クロコニウム色素、アザメチン色素、クマリン色素、アリーリデン色素、アントラキノン色素、トリフェニルメタン色素、アゾ色素、アゾメチン色素、スピロ化合物、メタロセン色素、フルオレノン色素、フルギド色素、ペリレン色素、ペリノン色素、フェナジン色素、フェノチアジン色素、キノン色素、ジフェニルメタン色素、ポリエン色素、アクリジン色素、アクリジノン色素、ジフェニルアミン色素、キナクリドン色素、キノフタロン色素、フェノキサジン色素、フタロペリレン色素、ジケトピロロピロール色素、ジオキサン色素、ポルフィリン色素、クロロフィル色素、フタロシアニン色素、金属錯体色素、縮合芳香族炭素環系色素(ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体)が挙げられる。
光電変換層32内のn型有機半導体の比率が大きすぎると入射光の吸収量が低下し、光電変換効率が減少する。従って、例えばn型有機半導体がフラーレン又はフラーレン誘導体である場合、光電変換層32に含まれるフラーレン又はフラーレン誘導体は85%以下の組成であることが好ましい。
n型有機半導体がフラーレン又はフラーレン誘導体である場合に好適であり、成膜用有機材料60を用いて成膜されることが好ましいp型有機半導体については後記する。
<<電子ブロッキング層>>
受光層30に含まれる電子ブロッキング層31は、下部電極20から光電変換層32に電子が注入されるのを抑制し、光電変換層32で発生した電子が電極20側に流れるのを阻害するための層である。電子ブロッキング層31は、有機材料又は無機材料、あるいはその両方を含んで構成されている。
受光層30に含まれる電子ブロッキング層31は、下部電極20から光電変換層32に電子が注入されるのを抑制し、光電変換層32で発生した電子が電極20側に流れるのを阻害するための層である。電子ブロッキング層31は、有機材料又は無機材料、あるいはその両方を含んで構成されている。
電子ブロッキング層31は、複数層で構成してあってもよい。このようにすることで、電子ブロッキング層31を構成する各層の間に界面ができ、各層に存在する中間準位に不連続性が生じる。この結果、中間準位等を介した電荷の移動がしにくくなるため電子ブロッキング効果を高めることができる。但し、電子ブロッキング層31を構成する各層が同一材料であると、各層に存在する中間準位が全く同じとなる場合も有り得るため、電子ブロッキング効果を更に高めるために、各層を構成する材料を異なるものにすることが好ましい。
電子ブロッキング層31には、電子供与性有機材料を用いることができる。具体的には、低分子材料では、N,N’-ビス(3-メチルフェニル)-(1,1’-ビフェニル)-4,4’-ジアミン(TPD)や4,4’-ビス[N-(ナフチル)-N-フェニル-アミノ]ビフェニル(α-NPD)等の芳香族ジアミン化合物、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、スチルベン誘導体、ピラゾリン誘導体、テトラヒドロイミダゾール、ポリアリールアルカン、ブタジエン、4,4’,4”-トリス(N-(3-メチルフェニル)N-フェニルアミノ)トリフェニルアミン(m-MTDATA)、ポルフィン、テトラフェニルポルフィン銅、フタロシアニン、銅フタロシアニン、チタニウムフタロシアニンオキサイド等のポリフィリン化合物、トリアゾール誘導体、オキサジザゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、フルオレン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、シラザン誘導体などを用いることができ、高分子材料では、フェニレンビニレン、フルオレン、カルバゾール、インドール、ピレン、ピロール、ピコリン、チオフェン、アセチレン、ジアセチレン等の重合体や、その誘導体を用いることができる。電子供与性化合物でなくとも、充分な正孔輸送性を有する化合物であれば用いることは可能である。
電子ブロッキング層31としては無機材料を用いることもできる。一般的に、無機材料は有機材料よりも誘電率が大きいため、電子ブロッキング層31に用いた場合に、光電変換層32に電圧が多くかかるようになり、光電変換効率を高くすることができる。電子ブロッキング層31となりうる材料としては、酸化カルシウム、酸化クロム、酸化クロム銅、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、酸化ガリウム銅、酸化ストロンチウム銅、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化インジウム銅、酸化インジウム銀、酸化イリジウム等がある。
複数層からなる電子ブロッキング層31において、複数層のうち光電変換層32と隣接する層が該光電変換層32に含まれるp型有機半導体と同じ材料からなる層であることが好ましい。電子ブロッキング層31にも同じp型有機半導体を用いることで、光電変換層32と隣接する層の界面に中間準位が形成されるのを抑制し、暗電流を更に抑制することができる。
電子ブロッキング層31が単層の場合にはその層を無機材料からなる層とすることができ、または、複数層の場合には1つ又は2以上の層を無機材料からなる層とすることができる。
n型有機半導体がフラーレン又はフラーレン誘導体である場合に好適であり、成膜用有機材料60を用いて成膜されることが好ましい電子供与性有機材料については後記する。
また、下部電極20において電子を捕集し、上部電極40において正孔を捕集するようにバイアス電圧を印加する構成とする場合には、電子ブロッキング層31の代わりに正孔ブロッキング層を設ける構成とすればよい。正孔ブロッキング層は、下部電極20から光電変換層32に正孔が注入されるのを抑制し、光電変換層32で発生した正孔が下部電極20側に流れてしまうのを阻害するための有機材料で構成された層とすればよい。正孔ブロッキング層も複数層にすることで、正孔ブロッキング効果を高めることができる。
<<正孔ブロッキング層>>
また、上部電極40で捕集された電子又は正孔をその量に応じた電圧信号に変換して外部に取り出すようにしてもよい。この場合には、上部電極40と光電変換層32との間に電子ブロッキング層又は正孔ブロッキング層を設ければよい。いずれの場合も、下部電極20と上部電極40で挟まれた部分が受光層30となる。
また、上部電極40で捕集された電子又は正孔をその量に応じた電圧信号に変換して外部に取り出すようにしてもよい。この場合には、上部電極40と光電変換層32との間に電子ブロッキング層又は正孔ブロッキング層を設ければよい。いずれの場合も、下部電極20と上部電極40で挟まれた部分が受光層30となる。
正孔ブロッキング層には、電子受容性有機材料を用いることができる。電子受容性材料としては、1,3-ビス(4-tert-ブチルフェニル-1,3,4-オキサジアゾリル)フェニレン(OXD-7)等のオキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、バソクプロイン、バソフェナントロリン、及びこれらの誘導体、トリアゾール化合物、トリス(8-ヒドロキシキノリナート)アルミニウム錯体、ビス(4-メチル-8-キノリナート)アルミニウム錯体、ジスチリルアリーレン誘導体、シロール化合物などを用いることができる。また、電子受容性有機材料でなくとも、十分な電子輸送性を有する材料ならば使用することは可能である。ポルフィリン系化合物や、DCM(4-ジシアノメチレン-2-メチル-6-(4-(ジメチルアミノスチリル))-4Hピラン)等のスチリル系化合物、4Hピラン系化合物を用いることができる。
正孔ブロッキング層も、成膜用有機材料60を用いて成膜されることが好ましい。
<封止層>
封止層50は、水、酸素等の有機材料を劣化させる因子が有機材料を含む受光層に侵入するのを防ぐための層である。封止層50は、下部電極20、電子ブロッキング層31、光電変換層32、及び上部電極40を覆って形成されている。
封止層50は、水、酸素等の有機材料を劣化させる因子が有機材料を含む受光層に侵入するのを防ぐための層である。封止層50は、下部電極20、電子ブロッキング層31、光電変換層32、及び上部電極40を覆って形成されている。
光電変換素子1では、入射光は封止層50を通じて光電変換層32に到達するので、光電変換層32に光を入射させるために、光電変換層32が感度を持つ波長の光に対して十分に透明である必要がある。かかる封止層50としては、水分子を浸透させない緻密な金属酸化物・金属窒化物・金属窒化酸化物などセラミクスやダイヤモンド状炭素(DLC)などがあげられ、従来から、酸化アルミニウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化酸化珪素やそれらの積層膜、それらと有機高分子の積層膜などが用いられている。
封止層50は、単一材料からなる薄膜で構成することもできるが、多層構成にして各層に別々の機能を付与することで、封止層50全体の応力緩和、製造工程中の発塵等によるクラック、ピンホールなどの欠陥発生の抑制、材料開発の最適化が容易になることなどの効果が期待できる。例えば、封止層50は、水分子などの劣化因子の浸透を阻止する本来の目的を果たす層の上に、その層で達成することが難しい機能を持たせた「封止補助層」を積層した2層構成を形成することができる。3層以上の構成も可能だが、製造コストを勘案するとなるべく層数は少ない方が好ましい。
封止層50の形成方法は、特に制限されず、既に成膜された光電変換層32等の性能、膜質をなるべく劣化させない方法で成膜されることが好ましい。従来、各種真空成膜技術により成膜することが一般的であるが、従来の封止層は、基板表面の構造物、基板表面の微小欠陥、基板表面に付着したパーティクルなどによる段差において、薄膜の成長が困難なので(段差が影になるので)平坦部と比べて膜厚が顕著に薄くなる。このために段差部分が劣化因子の浸透する経路になってしまう。この段差を封止層で完全に被覆するには、平坦部において1μm以上の膜厚になるように成膜して、封止層全体を厚くする必要がある。封止層形成時の真空度は、1×103Pa以下が好ましく、5×102Pa以下がさらに好ましい。
しかしながら、画素寸法が2μm未満、特に1μm程度の撮像素子とした場合、封止層50の膜厚が大きいと、カラーフィルタと光電変換層との距離が大きくなり、封止層内で入射光が回折/発散し、混色が発生する恐れがある。従って、画素寸法が1μm程度の撮像素子への適用を考えた場合、封止層50の膜厚を減少させても素子性能が劣化しないような封止層材料/製造方法が必要になる。
原子層堆積(ALD)法は、CVD法の一種で、薄膜材料となる有機金属化合物分子、金属ハロゲン化物分子、金属水素化物分子の基板表面への吸着/反応と、それらに含まれる未反応基の分解を、交互に繰返して薄膜を形成する技術である。基板表面へ薄膜材料が到達する際は上記低分子の状態なので、低分子が入り込めるごくわずかな空間さえあれば薄膜が成長可能である。そのために、従来の薄膜形成法では困難であった段差部分を完全に被覆し(段差部分に成長した薄膜の厚さが平坦部分に成長した薄膜の厚さと同じ)、すなわち段差被覆性が非常に優れる。そのため、基板表面の構造物、基板表面の微小欠陥、基板表面に付着したパーティクルなどによる段差を完全に被覆できるので、そのような段差部分が光電変換材料の劣化因子の浸入経路にならない。封止層50の形成を原子層堆積法で行なった場合は従来技術よりも効果的に必要な封止層膜厚を薄くすることが可能になる。
原子層堆積法で封止層50を形成する場合は、先述した封止層50に好ましいセラミクスに対応した材料を適宜選択できる。もっとも、本発明の光電変換層は有機光電変換材料を使用するために、有機光電変換材料が劣化しないような、比較的に低温で薄膜成長が可能な材料に制限される。アルキルアルミニウムやハロゲン化アルミニウムを材料とした原子層堆積法によると、有機光電変換材料が劣化しない200℃未満で緻密な酸化アルミニウム薄膜を形成することができる。特にトリメチルアルミニウムを使用した場合は100℃程度でも酸化アルミニウム薄膜を形成でき好ましい。酸化珪素や酸化チタンも材料を適切に選択することで酸化アルミニウムと同様に200℃未満で緻密な薄膜を形成することができ好ましい。
なお、原子層堆積法により形成した薄膜は、段差被覆性、緻密性という観点からは比類なく良質な薄膜形成を低温で達成できる。もっとも、薄膜材料の物性が、フォトリソグラフィ工程で使用する薬品で劣化してしまうことがある。例えば、原子層堆積法で成膜した酸化アルミニウム薄膜は非晶質なので、現像液や剥離液のようなアルカリ溶液で表面が侵食されてしまう。
また、原子層堆積法のようなCVD法で形成した薄膜は内部応力が非常に大きな引張応力を持つ例が多く、半導体製造工程のように、断続的な加熱、冷却が繰返される工程や、長期間の高温/高湿度雰囲気下での保存/使用により、薄膜自体に亀裂の入る劣化が発生することがある。
従って、原子層堆積法により成膜した封止層50を用いる場合は、耐薬品性に優れ、且つ、封止層50の内部応力を相殺可能な封止補助層を形成することが好ましい。
かかる補助封止層としては、例えば、スパッタ法などの物理的気相成膜(PVD)法で成膜した耐薬品性に優れる金属酸化物、金属窒化物、金属窒化酸化物などのセラミクスのいずれか1つを含む層が挙げられる。スパッタ法などのPVD法で成膜したセラミクスは大きな圧縮応力を持つことが多く、原子層堆積法で形成した封止層50の引張応力を相殺することができる。
原子層堆積法で形成した封止層50としては、酸化アルミニウム、酸化珪素、酸化チタンのいずれかを含むことが好ましく、封止補助層としては、酸化アルミニウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化酸化珪素のいずれか1つを含むスパッタ膜が好ましい。この場合、封止層50の膜厚は0.05μm以上、0.5μm以下であることが好ましい。
以上のように、光電変換素子1は構成されている。
以下に、n型有機半導体がフラーレン又はフラーレン誘導体である場合に好適なp型有機半導体材料について説明する。これらの材料は、フラーレン又はフラーレン誘導体をn型半導体として用いる場合は、フラーレン又はフラーレン誘導体よりもHOMO準位が浅い化合物であり、可視光領域(波長400nm~700nm)に吸収ピークを有する色素である。
また、続いて、n型有機半導体がフラーレン又はフラーレン誘導体である場合に好適な電子ブロッキング層材料(電子供与性有機材料)についても説明する。
なお、これらの化合物は、フラーレン又はフラーレン誘導体をn型半導体として用いる場合は、p型有機半導体材料,電子供与性有機材料として好適であるが、その他の構成である場合は、他の機能層として用いてもよい。既に述べたように、これらの有機化合物の層は、成膜用有機材料60を用いて成膜されることが好ましい。
<<p型有機半導体材料>>
p型有機半導体の好適な材料として例えば、下記一般式(D-I)で表される化合物であることが好ましい。
(一般式(D-I)中、Z1は5又は6員環を形成するのに必要な原子群を表す。L1、L2、及びL3はそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。D1は原子群を表す。nは0以上の整数を表す。)
p型有機半導体の好適な材料として例えば、下記一般式(D-I)で表される化合物であることが好ましい。
一般式(D-I)中、Z1は、少なくとも2つの炭素原子を含む環であって、5員環、6員環、又は、5員環及び6員環の少なくともいずれかを含む縮合環を表す。5員環、6員環、又は、5員環及び6員環の少なくともいずれかを含む縮合環としては、通常メロシアニン色素で酸性核として用いられるものが好ましく、その具体例としては例えば以下のものが挙げられる。
(a)1,3-ジカルボニル核:例えば1,3-インダンジオン核、1,3-シクロヘキサンジオン、5,5-ジメチル-1,3-シクロヘキサンジオン、1,3-ジオキサン-4,6-ジオン等。
(b)ピラゾリノン核:例えば1-フェニル-2-ピラゾリン-5-オン、3-メチル-1-フェニル-2-ピラゾリン-5-オン、1-(2-ベンゾチアゾイル)-3-メチル-2-ピラゾリン-5-オン等。
(c)イソオキサゾリノン核:例えば3-フェニル-2-イソオキサゾリン-5-オン、3-メチル-2-イソオキサゾリン-5-オン等。
(d)オキシインドール核:例えば1-アルキル-2,3-ジヒドロ-2-オキシインドール等。
(e)2,4,6-トリケトヘキサヒドロピリミジン核:例えばバルビツール酸又は2-チオバルビツール酸及びその誘導体等。誘導体としては例えば1-メチル、1-エチル等の1-アルキル体、1,3-ジメチル、1,3-ジエチル、1,3-ジブチル等の1,3-ジアルキル体、1,3-ジフェニル、1,3-ジ(p-クロロフェニル)、1,3-ジ(p-エトキシカルボニルフェニル)等の1,3-ジアリール体、1-エチル-3-フェニル等の1-アルキル-1-アリール体、1,3-ジ(2―ピリジル)等の1,3位ジヘテロ環置換体等が挙げられる。
(f)2-チオ-2,4-チアゾリジンジオン核:例えばローダニン及びその誘導体等。誘導体としては例えば3-メチルローダニン、3-エチルローダニン、3-アリルローダニン等の3-アルキルローダニン、3-フェニルローダニン等の3-アリールローダニン、3-(2-ピリジル)ローダニン等の3位ヘテロ環置換ローダニン等が挙げられる。
(b)ピラゾリノン核:例えば1-フェニル-2-ピラゾリン-5-オン、3-メチル-1-フェニル-2-ピラゾリン-5-オン、1-(2-ベンゾチアゾイル)-3-メチル-2-ピラゾリン-5-オン等。
(c)イソオキサゾリノン核:例えば3-フェニル-2-イソオキサゾリン-5-オン、3-メチル-2-イソオキサゾリン-5-オン等。
(d)オキシインドール核:例えば1-アルキル-2,3-ジヒドロ-2-オキシインドール等。
(e)2,4,6-トリケトヘキサヒドロピリミジン核:例えばバルビツール酸又は2-チオバルビツール酸及びその誘導体等。誘導体としては例えば1-メチル、1-エチル等の1-アルキル体、1,3-ジメチル、1,3-ジエチル、1,3-ジブチル等の1,3-ジアルキル体、1,3-ジフェニル、1,3-ジ(p-クロロフェニル)、1,3-ジ(p-エトキシカルボニルフェニル)等の1,3-ジアリール体、1-エチル-3-フェニル等の1-アルキル-1-アリール体、1,3-ジ(2―ピリジル)等の1,3位ジヘテロ環置換体等が挙げられる。
(f)2-チオ-2,4-チアゾリジンジオン核:例えばローダニン及びその誘導体等。誘導体としては例えば3-メチルローダニン、3-エチルローダニン、3-アリルローダニン等の3-アルキルローダニン、3-フェニルローダニン等の3-アリールローダニン、3-(2-ピリジル)ローダニン等の3位ヘテロ環置換ローダニン等が挙げられる。
(g)2-チオ-2,4-オキサゾリジンジオン(2-チオ-2,4-(3H,5H)-オキサゾールジオン核:例えば3-エチル-2-チオ-2,4-オキサゾリジンジオン等。
(h)チアナフテノン核:例えば3(2H)-チアナフテノン-1,1-ジオキサイド等。
(i)2-チオ-2,5-チアゾリジンジオン核:例えば3-エチル-2-チオ-2,5-チアゾリジンジオン等。
(h)チアナフテノン核:例えば3(2H)-チアナフテノン-1,1-ジオキサイド等。
(i)2-チオ-2,5-チアゾリジンジオン核:例えば3-エチル-2-チオ-2,5-チアゾリジンジオン等。
(j)2,4-チアゾリジンジオン核:例えば2,4-チアゾリジンジオン、3-エチル-2,4-チアゾリジンジオン、3-フェニル-2,4-チアゾリジンジオン等。
(k)チアゾリン-4-オン核:例えば4-チアゾリノン、2-エチル-4-チアゾリノン等。
(l)2,4-イミダゾリジンジオン(ヒダントイン)核:例えば2,4-イミダゾリジンジオン、3-エチル-2,4-イミダゾリジンジオン等。
(m)2-チオ-2,4-イミダゾリジンジオン(2-チオヒダントイン)核:例えば2-チオ-2,4-イミダゾリジンジオン、3-エチル-2-チオ-2,4-イミダゾリジンジオン等。
(n)イミダゾリン-5-オン核:例えば2-プロピルメルカプト-2-イミダゾリン-5-オン等。
(o)3,5-ピラゾリジンジオン核:例えば1,2-ジフェニル-3,5-ピラゾリジンジオン、1,2-ジメチル-3,5-ピラゾリジンジオン等。
(p)ベンゾチオフェンー3-オン核:例えばベンゾチオフェンー3-オン、オキソベンゾチオフェンー3-オン、ジオキソベンゾチオフェンー3-オン等。
(q)インダノン核:例えば1-インダノン、3-フェニルー1-インダノン、3-メチルー1-インダノン、3,3-ジフェニルー1-インダノン、3,3-ジメチルー1-インダノン等。
(k)チアゾリン-4-オン核:例えば4-チアゾリノン、2-エチル-4-チアゾリノン等。
(l)2,4-イミダゾリジンジオン(ヒダントイン)核:例えば2,4-イミダゾリジンジオン、3-エチル-2,4-イミダゾリジンジオン等。
(m)2-チオ-2,4-イミダゾリジンジオン(2-チオヒダントイン)核:例えば2-チオ-2,4-イミダゾリジンジオン、3-エチル-2-チオ-2,4-イミダゾリジンジオン等。
(n)イミダゾリン-5-オン核:例えば2-プロピルメルカプト-2-イミダゾリン-5-オン等。
(o)3,5-ピラゾリジンジオン核:例えば1,2-ジフェニル-3,5-ピラゾリジンジオン、1,2-ジメチル-3,5-ピラゾリジンジオン等。
(p)ベンゾチオフェンー3-オン核:例えばベンゾチオフェンー3-オン、オキソベンゾチオフェンー3-オン、ジオキソベンゾチオフェンー3-オン等。
(q)インダノン核:例えば1-インダノン、3-フェニルー1-インダノン、3-メチルー1-インダノン、3,3-ジフェニルー1-インダノン、3,3-ジメチルー1-インダノン等。
Z1で表される環として好ましくは、1,3-ジカルボニル核、ピラゾリノン核、2,4,6-トリケトヘキサヒドロピリミジン核(チオケトン体も含み、例えばバルビツール酸核、2-チオバルビツール酸核)、2-チオ-2,4-チアゾリジンジオン核、2-チオ-2,4-オキサゾリジンジオン核、2-チオ-2,5-チアゾリジンジオン核、2,4-チアゾリジンジオン核、2,4-イミダゾリジンジオン核、2-チオ-2,4-イミダゾリジンジオン核、2-イミダゾリン-5-オン核、3,5-ピラゾリジンジオン核、ベンゾチオフェン-3-オン核、インダノン核であり、より好ましくは1,3-ジカルボニル核、2,4,6-トリケトヘキサヒドロピリミジン核(チオケトン体も含み、例えばバルビツール酸核、2-チオバルビツール酸核)、3,5-ピラゾリジンジオン核、ベンゾチオフェンー3-オン核、インダノン核であり、更に好ましくは1,3-ジカルボニル核、2,4,6-トリケトヘキサヒドロピリミジン核(チオケトン体も含み、例えばバルビツール酸核、2-チオバルビツール酸核)であり、特に好ましくは1,3-インダンジオン核、バルビツール酸核、2-チオバルビツール酸核及びそれらの誘導体である。
Z1で表される環としては下記一般式(Z1)で表されることが好ましい。
(Z3は少なくとも3つの炭素原子を含む環であって、5員環、6員環、又は、5員環及び6員環の少なくともいずれかを含む縮合環を表す。*は一般式(D-I)におけるL1との結合位置を表す。)
Z1で表される環としては下記一般式(Z1)で表されることが好ましい。
Z3としては上記Z1により形成される環中から選ぶことができ、好ましくは1,3-ジカルボニル核、2,4,6-トリケトヘキサヒドロピリミジン核(チオケトン体も含む)であり、特に好ましくは1,3-インダンジオン核、バルビツール酸核、2-チオバルビツール酸核及びそれらの誘導体である。
一般式(D-I)において、Z1で表される環はアクセプター部として機能する場合があるが、アクセプター部同士の相互作用を制御する事により、フラーレンと共蒸着膜とした際、高い正孔輸送性を発現させる事ができることを本発明者らは見出した。アクセプター部の構造、及び立体障害となる置換基の導入により相互作用の制御を行う事が可能である。バルビツール酸核、2-チオバルビツール酸核において、2つのN位の水素を好ましくは2つとも、置換基により置換する事で好ましく分子間相互作用を制御する事が可能であり、置換基としては後述する置換基Wが挙げられるが、より好ましくはアルキル基であり、更に好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基、又はブチル基である。
Z1で表される環が下記一般式(D-V)で表される場合が好ましい。
(一般式(D-V)中、R51~R56はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。R51~R56のうち隣接する2つが互いに結合して環を形成してもよい。*はL1との結合位置を表す。xは0または1を表す。)
Z1で表される環が下記一般式(D-V)で表される場合が好ましい。
一般式(D-V)で表される基において、R51~R56はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。置換基としては例えば後述する置換基Wとして挙げたものが適用でき、好ましくはアルキル基であり、より好ましくは炭素数1~6のアルキル基である。また、R51~R56のうち隣接する2つが互いに結合して環を形成してもよい。環形成する場合としては、R53とR54が結合して環(例えば、ベンゼン環、ピリジン環、ピラジン環)を形成する場合が好ましい。
R51~R56としては全てが水素原子である場合が好ましい。
Z1で表される環が2,4,6-トリケトヘキサヒドロピリミジン核(チオケトン体も含む)の場合、一般式(D-VI)で表される基である場合が好ましい。
(一般式(D-VI)中、R71及びR72はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。R73は、酸素原子、硫黄原子又は置換基を表す。*はL1との結合位置を表す。)
前記一般式(D-VI)において、R71及びR72はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。置換基としては例えば後述する置換基Wとして挙げたものが適用できる。R71及びR72としてはそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基又はヘテロ環基(好ましくは2-ピリジル等)が好ましく、炭素数1~6のアルキル基(例えばメチル、エチル、n-プロピル、t-ブチル)を表す場合がより好ましい。
R73は、酸素原子、硫黄原子又は置換基を表すが、R73としては酸素原子、又は硫黄原子を表す場合が好ましい。前記置換基としては結合部が窒素原子であるものと炭素原子であるものが好ましく、窒素原子の場合はアルキル基(炭素数1~12)若しくはアリール基(炭素数6~12)が好ましく、具体的にはメチルアミノ基、エチルアミノ基、ブチルアミノ基、ヘキシルアミノ基、フェニルアミノ基、又はナフチルアミノ基が挙げられる。炭素原子の場合は更に少なくとも一つの電子求引性基が置換していれば良く、電子求引性基としてはカルボニル基、シアノ基、スルホキシド基、スルホニル基、又はホスホリル基が挙げられ、更に置換基を有している場合が良い。この置換基としては後述する置換基Wが挙げられる。R73としては、該炭素原子を含む5員環又は6員環を形成するものが好ましく、具体的には下記構造のものが挙げられる。なお、基中のPhはフェニル基を表す。
一般式(D-I)において、L1、L2、及びL3はそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。置換メチン基同士が結合して環を形成してもよい。環としては6員環(例えば、ベンゼン環等)が挙げられる。置換メチン基の置換基としては後述の置換基Wが挙げられるが、L1、L2及びL3は全てが無置換メチン基である場合が好ましい。
一般式(D-I)において、nは0以上の整数を表し、好ましくは0以上3以下の整数を表し、より好ましくは0である。nを増大させた場合、吸収波長域が長波長にすることができるが、熱による分解温度が低くなる。可視域に適切な吸収を有し、かつ蒸着成膜時の熱分解を抑制する点でn=0が好ましい。
一般式(D-I)において、D1は原子群を表す。D1は-NRa(Rb)を含む基であることが好ましく、更に、前記D1が-NRa(Rb)が置換したアリール基(好ましくは、置換基を有してもよい、フェニル基又はナフチル基)を表す場合が好ましい。Ra、及びRbはそれぞれ独立に、水素原子、又は置換基を表し、該置換基としては後述する置換基Wが挙げられるが、好ましくは、脂肪族炭化水素基(好ましくは置換基を有してもよいアルキル基又はアルケニル基)、アリール基、又はヘテロ環基である。
ヘテロ環としては、フラン環、チオフェン環、ピロール環、オキサジアゾール環等の5員環が好ましい。
Ra、Rbが置換基(好ましくはアルキル基、アルケニル基)である場合、それらの置換基は、-NRa(Rb)が置換したアリール基の芳香環(好ましくはベンゼン環、ナフタレン環)骨格の水素原子、又は置換基と結合して環(好ましくは6員環)を形成してもよい。
Ra、Rbは互いに置換基同士が結合して環(好ましくは5員又は6員環、より好ましくは6員環)を形成してもよく、また、Ra、RbはそれぞれがL(L1、L2、L3のいずれかを表す)中の置換基と結合して環(好ましくは5員又は6員環、より好ましくは6員環)を形成してもよい。
D1はパラ位にアミノ基が置換したアリール基(好ましくはフェニル基、ナフチル基)である場合が好ましい。該アミノ基の置換基としては、後述する置換基Wが挙げられるが、脂肪族炭化水素基(好ましくは置換されてよいアルキル基)、アリール基(好ましくは置換されてよいフェニル基、ナフチル基)、又はヘテロ環基が好ましい。前記アミノ基としてはアリール基が2つ置換した、いわゆるジアリール基置換のアミノ基が好ましい。更に該アミノ基の置換基(好ましくは置換されてよいアルキル基、アルケニル基)はアリール基の芳香環(好ましくはベンゼン環、ナフチル基)骨格の水素原子、又は置換基と結合して環(好ましくは6員環)を形成してもよい。
Ra、Rbが脂肪族炭化水素基、アリール基、ヘテロ環基の場合の置換基として好ましくは、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルアミノ基、スルホニルアミノ基、スルホニル基、シリル基、芳香族ヘテロ環基であり、より好ましくはアルキル基、アルケニル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリル基、芳香族ヘテロ環基であり、更に好ましくはアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリル基、芳香族ヘテロ環基である。具体例は後述する置換基Wで挙げたものが適用できる。
Ra、Rbとして好ましくはアルキル基、アリール基、又は芳香族へテロ環基である。Ra、Rbとして特に好ましくはアルキル基、Lと連結して環を形成するアルキレン基、又はアリール基であり、より好ましくは炭素数1~8のアルキル基、Lと連結して5ないし6員環を形成するアルキレン基、又は置換若しくは無置換のアリール基であり、更に好ましくは炭素数1~8のアルキル基、又は置換若しくは無置換のアリール基であり、特に好ましくは置換若しくは無置換のフェニル基、ナフチル基である。
D1は下記の一般式(D-II)で表される場合も好ましい。
(一般式(D-II)中、R21、及びR22はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。Ar21は芳香族炭化水素環基又は芳香族複素環基を表す。*は結合位置を表す。Ar21とR21、Ar21とR22、R21とR22はそれぞれ互いに結合して環を形成してもよい。)
R21、及びR22はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、該置換基としては後述する置換基Wが挙げられる。これらは更に置換基を有していてもよい。更なる置換基の具体例は後述の置換基Wが挙げられ、好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基であり、より好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、であり、更に好ましくはフッ素原子、アルキル基、アリール基であり、特に好ましくはアルキル基、アリール基であり、最も好ましくはアルキル基である。アルキル基としては直鎖又は分岐構造のものが好ましく、炭素数1~20が好ましく、1~10がより好ましく、1~5が更に好ましい。
R21、R22として好ましくは、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルアミノ基、スルホニルアミノ基、スルホニル基、シリル基、芳香族ヘテロ環基であり、より好ましくはアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリル基、芳香族ヘテロ環基(好ましくはフラン環、チオフェン環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、オキサジアゾール環、トリアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環)であり、更に好ましくはアルキル基、アリール基、又は芳香族へテロ環基(好ましくはフラン環、チオフェン環、ピリジン環、オキサジアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環)であり、特に好ましくはアルキル基、又はアリール基であり、中でも好ましくは炭素数1~8のアルキル基、又はフェニル基、アルキル置換フェニル基、フェニル置換フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、アントリル基又はフルオレニル基(好ましくは9,9’-ジメチル-2-フルオレニル基)であり、特に好ましくは置換若しくは無置換のアリール基であり、最も好ましくは置換若しくは無置換のフェニル基、ナフチル基である。また、これらの置換基は複数が互いに結合して環を形成していてもよい。
Ar21は芳香族炭化水素環又は芳香族複素環基を表し、これらが有してもよい置換基としては後述する置換基Wが挙げられる。Ar21として好ましくはベンゼン環、ナフタレン環、インダン環、アントラセン環、フルオレン環、ピレン環、フェナントレン環、ペリレン環、ピリジン環、キノリン環、イソキノリン環、フェナントリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピリダジン環、トリアジン環、シンノリン環、アクリジン環、フタラジン環、キナゾリン環、キノキサリン環、ナフチリジン環、プテリジン環、ピロール環、ピラゾール環、トリアゾール環、インドール環、カルバゾール環、インダゾール環、ベンゾイミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、イミダゾピリジン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、フラン環、ベンゾフラン環、ホスホール環、ホスフィニン環、シロール環であり、より好ましくはベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環、インダン環、アントラセン環、ピレン環、フェナントレン環、ペリレン環、ピロール環、インドール環、カルバゾール環、インダゾール環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、フラン環、ベンゾフラン環であり、更に好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環、インダン環、インドール環、カルバゾール環、インダゾール環であり、特に好ましくはベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環、インダン環、アントラセン環であり、中でも好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環であり、最も好ましくはベンゼン環、ナフタレン環である。
Ar21は更に置換基を有していてもよい。更なる置換基の具体例は後述の置換基Wが挙げられ、好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基であり、より好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、であり、更に好ましくはフッ素原子、アルキル基、アリール基であり、特に好ましくはアルキル基、アリール基であり、最も好ましくはアルキル基である。
一般式(D-I)中のD1が一般式(D-II)で表される構造の化合物(色素)は、D1で表されるドナー部にトリアリールアミン骨格を有する場合、フラーレン類と組み合わせて用いると、特に素子の耐熱性を維持しつつ、高い電荷捕集効率、高速応答を実現することができる。
一般式(D-II)の好ましい形態のひとつは一般式(II-a)である。
(一般式(II-a)中、R21、及びR22はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。R23~R28はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。kは0以上の整数を表す。Rx、及びRyは、それぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。kが2以上の場合、複数存在するRx、及びRyは各々同一でも異なっていてもよい。また、R23とR24、R24とRx、RxとR25、R25とR21、R26とRy、RyとR27、R27とR28、R28とR22、R21とR22はそれぞれ互いに結合して環を形成しても良い。*は結合位置を表す。)
一般式(II-a)中、kは0又は1であることが好ましく、0であることがより好ましい。R21及びR22は前記一般式(D-II)におけるR21及びR22と同義であり、また好ましい範囲も同様である。
R23~R28、Rx、及びRyが置換基を表す場合、該置換基としては後述する置換基Wが挙げられる。これらは更に置換基を有していてもよい。更なる置換基の具体例は後述の置換基Wが挙げられ、好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基であり、より好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、であり、更に好ましくはフッ素原子、アルキル基、アリール基であり、特に好ましくはアルキル基、アリール基であり、最も好ましくはアルキル基である。
R23~R28はいずれも水素原子である場合が好ましい。また、Rx、Ryはいずれも水素原子である場合が好ましい。R23~R28が水素原子であり、かつRx、Ryが水素原子である場合がより好ましい。
D1は下記一般式(II-b)又は(II-c)で表される基であることも好ましい。
(一般式(II-b)中、R21、及びR22はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。R211~R214はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。R211とR212、R213とR214、R21とR22、R212とR21、R214とR22がそれぞれ互いに結合して環を形成してもよい。*は結合位置を表す。)
R21及びR22は前記一般式(D-II)におけるR21及びR22と同義であり、また好ましい範囲も同様である。
R211~R214が置換基を表す場合、該置換基としては後述する置換基Wが挙げられるが、好ましくはR211~R214が水素原子、又はR212とR21若しくはR214とR22が5員環又は6員環を形成する場合であり、より好ましくはR211~R214のいずれもが水素原子である場合である。
R211とR212、R213とR214、R21とR22、R212とR21、R214とR22がそれぞれ互いに結合して環を形成する場合、形成される環としては、後述の環Rが挙げられる。好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピリジン環、ピリミジン環等である。
(一般式(II-c)中、R215~R218、R219~R223、及びR224~R228はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。R215とR216、R217とR218、R223とR222、R222とR219、R219とR220、R220とR221、R228とR227、R227とR224、R224とR225、R225とR226はそれぞれ結合して環を形成していてもよい。*は結合位置を表す。)
R215とR216、R217とR218、R223とR222、R222とR219、R219とR220、R220とR221、R228とR227、R227とR224、R224とR225、R225とR226はそれぞれ結合して環を形成していてもよく、形成される環としては、後述の環Rが挙げられる。好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピリジン環、ピリミジン環等である。
R216とR223、R218とR226、R228とR221はそれぞれ連結してもよい。R216とR223、R218とR226、R228とR221が結合してN原子と共に5~10員環を形成(好ましくは5~6員環)してもよいし、R216とR223、R218とR226、R228とR221との連結は、単結合でもよい。
R215~R218、R219~R223、R224~R228が置換基を表す場合、該置換基としては後述する置換基Wが挙げられる。R215~R218、R219~R223、R224~R228は水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~18のアルキル基、炭素数6~18のアリール基、炭素数4~16の複素環基が好ましく、水素原子、炭素数1~12のアルキル基、炭素数6~14のアリール基、フッ素原子がより好ましく、水素原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数6~10のアリール基が更に好ましく、水素原子、フッ素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、フェニル基、ナフチル基が中でも好ましく、水素原子、メチル基、ブチル基、ヘキシル基、フェニル基が特に好ましい。アルキル基は分岐を有するものであってもよい。
これらは更に置換基を有していてもよい。更なる置換基の具体例は後述の置換基Wが挙げられ、好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基であり、より好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、であり、更に好ましくはフッ素原子、アルキル基、アリール基であり、特に好ましくはアルキル基、アリール基であり、最も好ましくはアルキル基である。
一般式(D-I)は、下記一般式(II-d)であることが好ましい。
(一般式(II-d)中、Z1は5又は6員環を形成するのに必要な原子群を表す。L1、L2、及びL3はそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。R231~R236は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。またR231とR232、R232とR233、R234とR235、R235とR236はそれぞれ互いに結合して環を形成してもよい。R237~R241、及びR242~R246はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。また、R237~R241、R242~R246のうち隣接するものが互いに結合して環を形成してもよい。R233とR237、R236とR246はそれぞれ独立に結合して環を形成してもよい。)
一般式(II-d)中、Z1、L1、L2、L3は前記一般式(D-I)におけるZ1、L1、L2、L3と同義であり、また好ましい範囲も同様である。
R231~R236が置換基を表す場合、該置換基としては後述する置換基Wが挙げられる。R231~R236は好ましくは水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~18のアルキル基、炭素数6~18のアリール基、炭素数4~16の複素環基が好ましく、水素原子、炭素数1~12のアルキル基、炭素数6~14のアリール基、フッ素原子がより好ましく、水素原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数6~10のアリール基が更に好ましく、水素原子、フッ素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、フェニル基、ナフチル基が中でも好ましく、水素原子、メチル基、ブチル基、ヘキシル基、フェニル基が特に好ましい。アルキル基は分岐を有するものであってもよい。
これらは更に置換基を有していてもよい。更なる置換基の具体例は後述の置換基Wが挙げられ、好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基であり、より好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、であり、更に好ましくはフッ素原子、アルキル基、アリール基であり、特に好ましくはアルキル基、アリール基であり、最も好ましくはアルキル基である。
R231とR232、R232とR233、R234とR235、R235とR236はそれぞれ互いに結合して環を形成してもよい。形成される環としては、後述の環Rが挙げられる。好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピリジン環、ピリミジン環等である。
R237~R241、R242~R246はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。R237~R241、R242~R246が置換基を表す場合、該置換基としては後述する置換基Wが挙げられる。R237~R241、R242~R246は好ましくは水素原子、ハロゲン原子、炭素数1~18のアルキル基、炭素数6~18のアリール基、炭素数4~16の複素環基が好ましく、水素原子、炭素数1~12のアルキル基、炭素数6~14のアリール基、フッ素原子がより好ましく、水素原子、炭素数1~6のアルキル基、炭素数6~10のアリール基が更に好ましく、水素原子、フッ素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、フェニル基、ナフチル基が中でも好ましく、水素原子、メチル基、ブチル基、ヘキシル基、フェニル基が特に好ましい。アルキル基は分岐を有するものであってもよい。
これらは更に置換基を有していてもよい。更なる置換基の具体例は後述の置換基Wが挙げられ、好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基であり、より好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、であり、更に好ましくはフッ素原子、アルキル基、アリール基であり、特に好ましくはアルキル基、アリール基であり、最も好ましくはアルキル基である。
また、R237~R241、R242~R246のうち隣接するものが互いに結合して環を形成してもよい。形成される環としては後述の環Rが挙げられる。形成される環として好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピリジン環、ピリミジン環等である。
また、R233とR237、R236とR246はそれぞれ連結してもよい。R233とR237又はR236とR246が連結する場合、ナフチレン基とフェニル基とを含む4環以上の縮合環となる。R233とR237又はR236とR246との連結は、単結合でもよい。
また、一般式(D-I)で表される化合物は、下記一般式(D-III)又は(D-IV)で表される化合物であることが好ましい。
(一般式(D-III)中、Z1は5又は6員環を形成するのに必要な原子群を表す。L1、L2、及びL3はそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。nは0以上の整数を表す。mは0又は1を表す。R41~R46はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。R42とR43、R43とR44、R45とR46、R41とR46はそれぞれ互いに独立して環を形成してもよい。R401、R402は単結合、2価又は3価の連結基を表す。R401とR41~R46、R401とR402、R402とR41~R46は、それぞれ互いに結合して環を形成してもよい。)
(一般式(D-IV)中、Z1は5又は6員環を形成するのに必要な原子群を表す。L1、L2、及びL3はそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。nは0以上の整数を表す。mは0又は1を表す。R41~R46はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。R42とR43、R43とR44、R45とR46、R41とR46はそれぞれ互いに独立して環を形成してもよい。R401は単結合又は2価の連結基を表し、R402はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。Xaは、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表し、これらは更に置換基を有してもよく、R41~R46のいずれかひとつとして連結する。R401とR402、R402とR41~R46は、それぞれ互いに結合して環を形成してもよい。)
一般式(D-I)で表される化合物は、特開2000-297068号公報に記載の合成方法に準じて製造することができる。
一般式(D-I)で表される化合物は、光センサや光電池に用いる光電変換材料として特に有用である。また、他の用途として、着色材料、液晶材料、有機半導体材料、有機発光素子材料、電荷輸送材料、医薬材料、蛍光診断薬材料、等としても用いることができる。
また、上記一般式(D-I)で表される化合物は、例えば、以下の反応に従って合成することができる。
(上記式中、R41~R46、R401、R402は、前記一般式(D-IV)におけるR41~R46、R401、R402と同義である。)
なお上記合成例では、一般式(D-I)で表される化合物のうちZ1が1,3-ベンゾインダンジオン核である場合を挙げたが、Z1が他の構造である場合も上記1,3-ベンゾインダンジオンを別の化合物に変更することで上記と同様に合成することができる。
<<電子供与性有機材料>>
光電変換層32のn型有機半導体としてフラーレン又はフラーレン誘導体を用いる場合の電子ブロッキング層31として好適な電子供与性有機材料について以下に説明する。
光電変換層32のn型有機半導体としてフラーレン又はフラーレン誘導体を用いる場合の電子ブロッキング層31として好適な電子供与性有機材料について以下に説明する。
電子ブロッキング層31としては、下記一般式(EB-1)で表される化合物や下記一般式(EB-2)で表される化合物が挙げられる。
一般式(EB-2)で表される化合物は、電荷の移動速度が高いため、素子の耐熱性を維持しつつ素子性能の向上が実現できる。具体的には、光電変換素子では、高い電荷捕集効率、高速応答を、有機電界発光素子では、高効率の発光、有機トランジスタでは高いOn/Off比を実現することができる。
一方、縮環ジアリールアミン構造を有している一般式(EB-1)で表される化合物は、熱運動による分子の自由回転が抑制されるため、ガラス転移温度が高くなり、素子の耐熱性が高くなる。
(式中、R1は、置換基を有してもよい、アルキル基、アリール基、又は複素環基を表す。Ra1~Ra8は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。R1及びRa1~Ra8のうち少なくとも2つが互いに結合して環を形成してもよい。Xaは、単結合、酸素原子、硫黄原子、又は、置換基を有していてもよい、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、若しくはイミノ基を表す。)
(式中、R1は、置換基を有してもよい、アルキル基、アリール基、又は複素環基を表す。R0及びR2~R10は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。)
更に、縮環ジアリールアミン(下記一般式(A-1)で表される置換基)を下記の2価の連結基(C-1)でつないだ下記一般式(EB-3)で表される化合物は、光電変換素子の電子ブロッキング材料として有用である。連結基として、連結基(C-1)を用いると、連結基(C-2)を用いた場合と比較して、高分子量化し、耐熱性を向上させることができる。また、骨格間の結合がねじれて共役系が切断されているため、該材料を用いた層(例えば、電子ブロッキング層)とその隣接層(例えば、光電変換層)とが相互作用しないため、光電変換素子の暗電流が低く保たれると推定される。また、電荷輸送ユニットであるジアリールアミン構造が、分子の内側ではなく、両端に導入されているため、高い電荷輸送性を有していると考えられる。
更に、本出願人らの検討により、一般式(EB-3)において、連結基(C―1)の連結位置、一般式(A-1)で表される置換基の結合位置、下記置換基(S11)の置換位置、及び置換基(S11)の種類を選択することで、光電変換素子の応答速度の低下を起こさずに電子ブロッキング層を高耐熱化させることができることが分かった。連結基(C―1)の連結位置、一般式(A-1)で表される置換基の結合位置、置換基(S11)の置換位置、及び置換基(S11)の最適点を見出すことで、光電変換層との相互作用抑制、高分子量化による一般式(EB-3)で表される化合物同士の分子間力増大の効果が強く表われ、高耐熱化するものと考えられる。
(一般式(A-1)中、Ra1~Ra8は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、又はアルコキシ基を表し、これらは更に置換基を有してもよい。Ra1~Ra8のうち少なくとも2つが互いに結合して環を形成してもよい。*は結合位置を表す。Xaは、単結合、酸素原子、硫黄原子、又は、置換基を有してもよい、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、若しくはイミノ基を表す。S11はそれぞれ独立に下記置換基(S11)を示し、Ra1~Ra8中のいずれかひとつとして置換する。nはそれぞれ独立に1~4の整数を表す。)
(Rs1~Rs3はそれぞれ独立に、水素原子又はアルキル基を表す。Rs1~Rs3のうち少なくとも2つが互いに結合して環を形成してもよい。)
(一般式(C-1),(C-2)中、Yはそれぞれ独立に、-C(R21)(R22)-、-Si(R23)(R24)-、-N(R20)-、酸素原子、又は硫黄原子を表し、R20~R24は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基を表す。)
(一般式(EB-3)中、R11~R18、R’11~R’18はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基を表し、これらは更に置換基を有してもよい。但し、R15~R18中のいずれか一つは、R’15~R’18中のいずれか一つと連結し、単結合を形成する。A11及びA12はそれぞれ独立に上記一般式(A-1)で表される置換基を表し、R11~R14中のいずれか一つ、及びR’11~R’14中のいずれか一つとして置換する。Yはそれぞれ独立に、炭素原子、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、又はケイ素原子を表し、これらは更に置換基を有していてもよい。)
更に、本発明者らの検討により、一般式(EB-3)において、連結基(C-1)の連結位置、一般式(A-1)で表される置換基の結合位置、下記置換基(S11)の置換位置、及び置換基(S11)の種類を選択することで、光電変換素子の応答速度の低下を起こさずに電子ブロッキング層を高耐熱化させることができることが分かった。連結基(C―1)の連結位置、一般式(A-1)で表される置換基の結合位置、置換基(S11)の置換位置、及び置換基(S11)の最適点を見出すことで、光電変換層との相互作用抑制、高分子量化による一般式(EB-3)で表される化合物同士の分子間力増大の効果が強く表われ、高耐熱化したと考えられる。
以下、各一般式で表される化合物について説明する。
以下、各一般式で表される化合物について説明する。
まず、一般式(EB-1)で表される化合物について説明する。
上記一般式(EB-1)において、R1は、アルキル基、アリール基、又は複素環基を表し、置換基を有していてもよい。該置換基の具体例は後述の置換基Wが挙げられ、好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基であり、より好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、アミノ基であり、更に好ましくはフッ素原子、アルキル基、アリール基、アミノ基であり、特に好ましくはアルキル基、アリール基、アミノ基であり、最も好ましくはアルキル基、アミノ基である。該置換基を複数有する場合、置換基同士が連結して環を形成してもよい。形成する環としては、後述の環Rが挙げられる。
上記一般式(EB-1)において、R1は、アルキル基、アリール基、又は複素環基を表し、置換基を有していてもよい。該置換基の具体例は後述の置換基Wが挙げられ、好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基であり、より好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、アミノ基であり、更に好ましくはフッ素原子、アルキル基、アリール基、アミノ基であり、特に好ましくはアルキル基、アリール基、アミノ基であり、最も好ましくはアルキル基、アミノ基である。該置換基を複数有する場合、置換基同士が連結して環を形成してもよい。形成する環としては、後述の環Rが挙げられる。
R1がアルキル基である場合、アルキル基は、直鎖状・分岐状のアルキル基でもよいし、環状のアルキル基(シクロアルキル基)でもよいが、好ましくはシクロアルキル基である。炭素数は、R1中にカルバゾール骨格が含まれない場合は、好ましくは4~20であり、より好ましくは5~16であり、R1中にカルバゾール骨格が含まれる場合は、好ましくは19~35であり、より好ましくは20~31である。具体的には、シクロアルキル基としては、シクロアルキル基(シクロピロピル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基等)、シクロアルケニル基(2-シクロヘキセン-1-イル基等)等が挙げられる。
R1がアリール基である場合、アリール基としては、R1中にカルバゾール骨格が含まれない場合は、好ましくは炭素数6~20であり、より好ましくは6~16であり、R1中にカルバゾール骨格が含まれる場合は、好ましくは炭素数21~35であり、より好ましくは21~31の置換、無置換のアリール基である。より具体的には、フェニル基、ナフチル基、アントリル基、フルオレニル基等が挙げられる。
R1が複素環基である場合、複素環基としては、5員又は6員の複素環基が挙げられ、具体的には、フリル基、チエニル基、ピリジル基、キノリル基、チアゾリル基、オキサゾリル基、アゼピニル基、カルバゾリル基等が挙げられる。アリール基又は複素環基は、2~4個の単環からなる縮合環を含んでいてもよい。
R1として好ましくはアリール基又は複素環基であり、より好ましくはアリール基であり、最も好ましくはフェニル基である。また、R1の他の好ましい態様としては、上記一般式(C-2)で表される骨格を有するアリール基又は複素環基である。
一般式(C-2)で表される骨格を有する基は更に置換基を有してもよく、置換基の具体例は後述の置換基Wが挙げられる。置換基として、更に一般式(C-2)で表される骨格を有するアリール基又は複素環基(これらの基が更に後述の置換基Wを有してもよい)を有することも好ましい。また、置換基同士が連結して環を形成してもよく、形成する環としては後述の環Rが挙げられる。
R1の他のより好ましい態様としては、一般式(C-2)で表される骨格を有するアリール基又は複素環基が単結合又は置換基を介して2個以上連結した態様(更に好ましくは2個連結した態様)であり、特に好ましい態様としては、一般式(C-2)で表される骨格を有するアリール基又は複素環基が単結合を介して2個連結した態様である。
一般式(EB-1)中、Ra1~Ra8はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、置換基の具体例は後述の置換基Wが挙げられる。置換基として好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、メルカプト基、又はアルコキシ基であり、より好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、アルコキシ基であり、更に好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、更に好ましくはフッ素原子、アルキル基、アリール基であり、特に好ましくはアルキル基、アリール基であり、最も好ましくはアルキル基である。
Ra1~Ra8の好ましい具体例としては、水素原子、フッ素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、フェニル基、ナフチル基が挙げられる。
また、Ra3及びRa6の少なくとも一方が水素原子又は炭素数1~10のアルキル基であり、かつRa1、Ra2、Ra4、Ra5、Ra7、Ra8は、水素原子である場合、又はRa2及びRa7の少なくとも一方が水素原子又は炭素数1~10のアルキル基であり、かつRa1、Ra3、Ra4、Ra5、Ra6、Ra8は、水素原子である場合が好ましく、Ra3及びRa6が水素原子又は炭素数1~6のアルキル基であり、かつRa1、Ra2、Ra4、Ra5、Ra7、Ra8は、水素原子である場合が特に好ましい。
R1及びRa1~Ra8のうち少なくとも2つが互いに結合して環を形成してもよい。形成する環としては、後述の環Rが挙げられる。
形成する環としては、炭素数5~18のシクロアルキル環、ベンゼン環、ナフタレン環、インダン環、アントラセン環、ピレン環、フェナントレン環、ペリレン環、ピリジン環、キノリン環、イソキノリン環、フェナントリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピリダジン環、トリアジン環、シンノリン環、アクリジン環、フタラジン環、キナゾリン環、キノキサリン環、ナフチリジン環、プテリジン環、ピロール環、ピラゾール環、トリアゾール環、インドール環、カルバゾール環、インダゾール環、ベンゾイミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、イミダゾピリジン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、フラン環、ベンゾフラン環、ホスホール環、ホスフィニン環、シロール環などが挙げられる。好ましくは、炭素数5~18のシクロアルキル環、ベンゼン環、ナフタレン環、インダン環、アントラセン環、ピレン環、フェナントレン環、ペリレン環、ピロール環、インドール環、カルバゾール環、インダゾール環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、フラン環、ベンゾフラン環であり、さらに好ましくは、炭素数5~18のシクロアルキル環、ベンゼン環、ナフタレン環、インダン環、インドール環、カルバゾール環、インダゾール環であり、特に好ましくは、炭素数5~10のシクロアルキル環、ベンゼン環、ナフタレン環、インダン環、アントラセン環であり、中でも好ましくは炭素数5~10のシクロアルキル環、ベンゼン環、ナフタレン環、インダン環であり、最も好ましくは、炭素数5~6のシクロアルキル環、ベンゼン環、インダン環である。これらの環は更に後述する置換基Wを有していてもよい。
形成する環としては、炭素数5~18のシクロアルキル環、ベンゼン環、ナフタレン環、インダン環、アントラセン環、ピレン環、フェナントレン環、ペリレン環、ピリジン環、キノリン環、イソキノリン環、フェナントリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピリダジン環、トリアジン環、シンノリン環、アクリジン環、フタラジン環、キナゾリン環、キノキサリン環、ナフチリジン環、プテリジン環、ピロール環、ピラゾール環、トリアゾール環、インドール環、カルバゾール環、インダゾール環、ベンゾイミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、イミダゾピリジン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、フラン環、ベンゾフラン環、ホスホール環、ホスフィニン環、シロール環などが挙げられる。好ましくは、炭素数5~18のシクロアルキル環、ベンゼン環、ナフタレン環、インダン環、アントラセン環、ピレン環、フェナントレン環、ペリレン環、ピロール環、インドール環、カルバゾール環、インダゾール環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、フラン環、ベンゾフラン環であり、さらに好ましくは、炭素数5~18のシクロアルキル環、ベンゼン環、ナフタレン環、インダン環、インドール環、カルバゾール環、インダゾール環であり、特に好ましくは、炭素数5~10のシクロアルキル環、ベンゼン環、ナフタレン環、インダン環、アントラセン環であり、中でも好ましくは炭素数5~10のシクロアルキル環、ベンゼン環、ナフタレン環、インダン環であり、最も好ましくは、炭素数5~6のシクロアルキル環、ベンゼン環、インダン環である。これらの環は更に後述する置換基Wを有していてもよい。
Xaは、単結合、酸素原子、又は、置換基を有してもよい、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表す。該置換基の具体例は置換基Wが挙げられ、好ましくはアルキル基、又はアリール基である。
Xaは、単結合、炭素数1~12のアルキレン基、炭素数2~12のアルケニレン基、炭素数6~14のアリーレン基、炭素数4~13の複素環基、酸素原子、硫黄原子、炭素数1~12の炭化水素基(好ましくはアリール基又はアルキル基)を有するイミノ基(例えばフェニルイミノ基、メチルイミノ基、t-ブチルイミノ基)、シリレン基が好ましく、単結合、酸素原子、炭素数1~6のアルキレン基(例えばメチレン基、1,2-エチレン基、1,1-ジメチルメチレン基)、炭素数2のアルケニレン基(例えば-CH2=CH2-)、炭素数6~10のアリーレン基(例えば1,2-フェニレン基、2,3-ナフチレン基)、シリレン基がより好ましく、単結合、酸素原子、炭素数1~6のアルキレン基(例えばメチレン基、1,2-エチレン基、1,1-ジメチルメチレン基)が更に好ましい。
上記一般式(EB-3)は、縮環ジアリールアミン(上記一般式(A-1)で表される置換基)を上記の2価の連結基(C-1)でつないだものである。EB-3において、R11~R18、R’11~R’18はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基を表し、これらは更に置換基を有していてもよい。
更なる置換基の具体例は後述の置換基Wが挙げられ、好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基であり、より好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、であり、更に好ましくはフッ素原子、アルキル基、アリール基であり、特に好ましくはアルキル基、アリール基であり、最も好ましくはアルキル基である。
R11~R18、R’11~R’18として好ましくは、化学的安定性、電荷移動度、耐熱性の観点から、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、アリール基、複素環基であり、より好ましくは、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1~18のアルキル基、炭素数6~18のアリール基、又は炭素数4~16の複素環基である。中でも電荷移動度、耐熱性の観点から、一般式(A-1)で表される置換基がR12及びR’12にそれぞれ独立に置換することが好ましく、一般式(A-1)で表される置換基がR12及びR’12にそれぞれ独立に置換し、R11、R13~R18、R’11、R’13~R’18が水素原子、又は置換基を有していてもよい炭素数1~18のアルキル基であ
ることがより好ましく、特に好ましくは一般式(A-1)で表される置換基がR12及びR’12にそれぞれ独立に置換し、R11、R13~R18、R’11、R’13~R’18が水素原子である。
ることがより好ましく、特に好ましくは一般式(A-1)で表される置換基がR12及びR’12にそれぞれ独立に置換し、R11、R13~R18、R’11、R’13~R’18が水素原子である。
Yはそれぞれ独立に、炭素原子、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、又はケイ素原子を表し、これらは更に置換基を有していてもよい。すなわち、Yは炭素原子、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、又はケイ素原子からなる二価の連結基を表す。該置換基としては後述の置換基Wが挙げられる。
Yはそれぞれ独立に、-C(R21)(R22)-、-Si(R23)(R24)-、-N(R20)-、酸素原子、又は硫黄原子を表し、R20~R24は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基を表すことが好ましい。このうち、化学的安定性、電荷移動度、耐熱性の観点から、-C(R21)(R22)-、-Si(R23)(R24)-、-N(R20)-、が好ましく、-C(R21)(R22)-、-N(R20)-、がより好ましく、-C(R21)(R22)-が特に好ましい。
前記-C(R21)(R22)-において、R21及びR22は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基を表す。R21及びR22は更に置換基を有してもよく、その更なる置換基の具体例は置換基Wが挙げられ、好ましくはアルキル基、アリール基、又はアルコキシ基である。
R21及びR22として好ましくは水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、アリール基、複素環基であり、より好ましくは、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1~18のアルキル基、炭素数6~18のアリール基、又は炭素数4~16の複素環基であり、更に好ましくは水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1~18のアルキル基であり、特に好ましくは炭素数1~18のアルキル基である。
-Si(R23)(R24)-において、R23及びR24は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基を表す。R23及びR24はさらに置換基を有してもよく、そのさらなる置換基の具体例は置換基Wが挙げられ、好ましくはアルキル基、アリール基、又はアルコキシ基である。
R23及びR24として好ましくは水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、アリール基、複素環基であり、より好ましくは、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1~18のアルキル基、炭素数6~18のアリール基、又は炭素数4~16の複素環基であり、更に好ましくは水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1~18のアルキル基であり、特に好ましくは炭素数1~18のアルキル基である。
また、R23及びR24は結合して環を形成してもよく、該環としては脂肪族炭化水素環が好ましく、炭素数4~10の脂肪族炭化水素環がより好ましい。
-N(R20)-において、R20は、好ましくは、アルキル基、アリール基、複素環基を表す。R20は更に置換基を有してもよく、その更なる置換基の具体例は置換基Wが挙げられ、好ましくはアルキル基、又はアリール基である。
R20としてより好ましくは、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1~18のアルキル基、炭素数6~18のアリール基、又は炭素数4~16の複素環基であり、更に好ましくは水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1~18のアルキル基であり、特に好ましくは炭素数1~18のアルキル基である。
上記一般式(A-1)におけるRa1~Ra8及びXaについては、一般式(EB-1)にて説明したRa1~Ra8及びXaと同様である。
置換基(S11)において、Rs1は水素原子又はアルキル基を表す。Rs1として、化学的安定性、電荷移動度、耐熱性の観点から、好ましくは、炭素数1~10のアルキル基、より好ましくは炭素数1~6のアルキル基であり、具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、iso-プロピル基、ブチル基、又はtert-ブチル基が好ましく、より好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、iso-プロピル基、又はtert-ブチル基であり、更に好ましくはメチル基、エチル基、iso-プロピル基、又はtert-ブチル基であり、特に好ましくはメチル基、エチル基、又はtert-ブチル基である。
Rs2は水素原子又はアルキル基を表す。Rs2として、化学的安定性、電荷移動度、耐熱性の観点から、好ましくは、水素原子、又は炭素数1~10のアルキル基、より好ましくは水素原子、又は炭素数1~6のアルキル基であり、具体的には、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、iso-プロピル基、ブチル基、又はtert-ブチル基であり、更に好ましくは水素原子、メチル基、エチル基、又はプロピル基であり、より好ましくは水素原子、メチル基であり、特に好ましくはメチル基である。
Rs3は水素原子又はアルキル基を表す。Rs3として、化学的安定性、電荷移動度、耐熱性の観点から、好ましくは、水素原子、又は炭素数1~10のアルキル基、より好ましくは水素原子、又は炭素数1~6のアルキル基であり、具体的には、水素原子、又はメチル基であり、より好ましくはメチル基である。
また、Rs1~Rs3のうち少なくとも2つが互いに結合して環を形成してもよい。該環としては、脂肪族炭化水素環が好ましい。環員数は特に限定されないが、好ましくは5~12員環であり、より好ましくは5又は6員環であり、更に好ましくは6員環である。該環としては、具体的には、シクロペンタン環、シクロヘキサン環、アダマンタン環などが挙げられる。
S11は上記置換基(S11)を示し、Ra1~Ra8中のいずれかひとつとして置換する。一般式(A-1)におけるRa3及びRa6のいずれか少なくとも1つがそれぞれ独立に、置換基(S11)を表すことが好ましい。
置換基(S11)として好ましくは下記(a)~(x)を挙げることができ、(a)~(j)がより好ましく、(a)~(h)がより好ましく、(a)~(f)が特に好ましく、更に(a)~(c)が好ましく、(a)が最も好ましい。下記(a)~(x)において「*」は、一般式(A-1)に置換する位置を表す。
nはそれぞれ独立に1~4の整数を表し、1~3が好ましく、1又は2がより好ましく、2が特に好ましい。S11で表される置換基が導入されることで、一般式(EB-3)で表される化合物を光電変換素子の電子ブロッキング層に用いた場合に、光電変換層との相互作用が抑制され、暗電流が小さくなり、高分子量化によって一般式(EB-3)で表される化合物同士の分子間力が増大し、素子が高耐熱化する。
本発明における好ましい態様の一つとして、一般式(A-1)で表される基において、Ra1~Ra8が、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、又はアルキル基を表す場合が挙げられる。
一般式(A-1)で表される基において、Ra1~Ra8が、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、又はアルキル基を表す場合、好ましい形態のひとつは、一般式(A-1)が、下記一般式(A-3)~(A-5)で表される基である。
(一般式(A-3)~(A-5)中、Ra33~Ra38、Ra41、Ra44~Ra48、Ra51、Ra52、Ra55~Ra58は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、又はアルキル基を表す。*は結合位置を表す。Xaは、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表す。S11はそれぞれ独立に前記置換基(S11)を示し、Ra33~Ra38、Ra41、R44~Ra48、R51、R52、R55~R58中のいずれかひとつとして置換する。Z31、Z41、Z51はシクロアルキル環、芳香族炭化水素環、又は芳香族複素環を表す。nは1~4の整数を表す。)
一般式(A-3)~(A-5)のXa、S11、及びnは一般式(A-1)のXa、S11、及びnと同義であり、好ましいものも同様である。一般式(A-3)~(A-5)のRa33~Ra38、Ra41、R44~Ra48、Ra51、Ra52、Ra55~Ra58は一般式(A-1)のRa21~Ra28が表す水素原子、ハロゲン原子、又はアルキル基と同義であり、好ましいものも同様である。
Z31、Z41、Z51はシクロアルキル環、芳香族炭化水素環、又は芳香族複素環を表す。Z31、Z41、Z51として表される環として好ましくは、炭素数5~18のシクロアルキル環、ベンゼン環、ナフタレン環、インダン環、アントラセン環、ピレン環、フェナントレン環、ペリレン環、ピリジン環、キノリン環、イソキノリン環、フェナントリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピリダジン環、トリアジン環、シンノリン環、アクリジン環、フタラジン環、キナゾリン環、キノキサリン環、ナフチリジン環、プテリジン環、ピロール環、ピラゾール環、トリアゾール環、インドール環、カルバゾール環、インダゾール環、ベンゾイミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、イミダゾピリジン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、フラン環、ベンゾフラン環、ホスホール環、ホスフィニン環、シロール環などが挙げられる。より好ましくは、炭素数5~18のシクロアルキル環、ベンゼン環、ナフタレン環、インダン環、アントラセン環、ピレン環、フェナントレン環、ペリレン環、ピロール環、インドール環、カルバゾール環、インダゾール環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、フラン環、ベンゾフラン環であり、更に好ましくは、炭素数5~18のシクロアルキル環、ベンゼン環、ナフタレン環、インダン環、インドール環、カルバゾール環、インダゾール環であり、特に好ましくは、炭素数5~10のシクロアルキル環、ベンゼン環、ナフタレン環、インダン環、アントラセン環であり、中でも好ましくは炭素数5~10のシクロアルキル環、ベンゼン環、ナフタレン環、インダン環であり、最も好ましくは、炭素数5~6のシクロアルキル環、ベンゼン環、インダン環である。これらの環は更に後述する置換基Wを有していてもよい。
一般式(A-1)で表される基の具体例としては、下記N-1~N-135で表される基が挙げられる。但し、本発明はこれらに限定されない。一般式(A-1)で表される基として好ましくはN-1~N-93であり、N-1~N-79がより好ましく、N-1~N-37がより更に好ましく、N-1~N-3、N-12~N-22、N-24~N-35が中でも好ましく、N-1~N-3、N-17~N-22、N-30~N-35が特に好ましく、N-1~N-3、N-17~N-19、N-30~N-32が最も好ましい。図中の(S)は前述の置換基(S11)を表し、n’及びn”は各々独立に1~4の整数を表し、n’+n”は1~4の整数である。
一般式(EB-3)で表される化合物として好ましい形態の一つは、下記一般式(EB-4)で表される化合物である。かかる構造を有することで、該化合物を光電変換素子の電子ブロッキング層に用いた場合に、光電変換層との相互作用が抑制され、暗電流が小さくなり、高分子量化によって分子間力が増大し、素子が高耐熱化する。
(一般式(EB-4)中、R11~R16、R18、R’11~R’16、R’18はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基を表し、これらは更に置換基を有してもよい。A11及びA12はそれぞれ独立に前記一般式(A-1)で表される置換基を表し、R11~R14中のいずれか一つ、及びR’11~R’14中のいずれか一つとして置換する。Yはそれぞれ独立に、炭素原子、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、又はケイ素原子を表し、これらは更に置換基を有していてもよい。)
一般式(EB-4)において、R11~R’16、R18、R’11~R’16、R’18、Y、A11、及びA12は一般式(EB-3)におけるR11~R’16、R18、R’11~R’16、R’18、Y、A11、及びA12と同義であり、また好ましい範囲も同様である。
一般式(EB-3)で表される化合物の好ましい形態の一つは、前記一般式(EB-3)において、Yがそれぞれ独立に、-C(R21)(R22)-、-Si(R23)(R24)-、酸素原子、又は硫黄原子を表し、かつ、前記一般式(A-1)で表される基において、Ra1~Ra8が、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、又はアルキル基を表す場合である。このような態様の化合物を光電変換素子の電子ブロッキング層に用いることで、光電変換層との相互作用が抑制され、暗電流が小さくなり、高分子量化によって分子間力が増大し、素子が高耐熱化する。Yはそれぞれ独立に、-C(R21)(R22)-であり、R21及びR22はそれぞれ独立にアルキル基、アリール基、又は複素環基を表す場合は特に好ましい。
一般式(EB-3)で表される化合物及び前記一般式(EB-4)で表される化合物の他の態様として、前記一般式(EB-3)において、Yがそれぞれ独立に、-N(R20)-を表し、R20がアルキル基、アリール基、又は複素環基を表す場合も好ましい。このような態様の化合物を電子ブロッキング層に用いることで、応答速度の速い素子が得られるという効果が得られる。
更に、前記一般式(EB-3)で表される化合物及び前記一般式(EB-4)で表される化合物の好ましい形態の一つは、一般式(A-1)で表される置換基がR12及びR’12にそれぞれ独立に置換する場合である。分子の対称性が高まり、融点、ガラス転移点が高くなる。
前記一般式(A-1)におけるnは1又は2である場合が好ましい。このような態様の化合物を光電変換素子の電子ブロッキング層に用いることで、光電変換層との相互作用が抑制され、暗電流が小さくなり、高分子量化によって分子間力が増大し、素子が高耐熱化する。
特に前記一般式(A-1)において、Ra3及びRa6のいずれか少なくとも1つがそれぞれ独立に、前記置換基(S11)を表す場合、特に好ましい。活性位が保護される事で、化合物の化学的安定性が向上する。
一般式(EB-3)で表される化合物及び前記一般式(EB-4)で表される化合物のイオン化ポテンシャル(Ip)は、電子ブロッキング層に用いた場合に光電変換層中のホール輸送を担う材料から障壁なくホールを受け取る必要があるため、光電変換層中のホール輸送を担う材料のIpより小さい必要がある。特に、可視域に感度を有するような吸収の材料を選択した場合、より多くの材料に適合するためには、本発明に係る化合物のイオン化ポテンシャルは5.8eV以下であることが好ましい。Ipが5.8eV以下であることにより、電荷輸送に対し障壁を発生させず、高い電荷捕集効率、高速応答性を発現させる効果が得られる。
また、Ipは、4.9eV以上であることが好ましく、5.0eV以上あることがより好ましい。Ipが4.9eV以上であることにより、より高い暗電流抑制効果が得られる。なお、各化合物のIpは、紫外光電子分光法(UPS)や、大気中光電子分光装置(例えば、理研計器製AC-2など)によって測定できる。
本発明に係る化合物のIpは骨格に結合する置換基を変えること等により前記範囲とすることができる。
次に、一般式(EB-2)で表される化合物について説明する。
(式中、R1は、置換基を有してもよい、アルキル基、アリール基、又は複素環基を表す。R0及びR2~R10は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。)
上記一般式(EB-2)において、R1は、(EB-1)と同様であり、アリール基であることが好ましい。
R0及びR2~R10はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、置換基の具体例は後述の置換基Wが挙げられる。置換基として好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基であり、より好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、であり、更に好ましくはフッ素原子、アルキル基、アリール基であり、特に好ましくはアルキル基、アリール基であり、最も好ましくはアルキル基である。
R0及びR2~R10のうち少なくとも2つが互いに結合して環を形成してもよい。形成する環としては、後述の環Rが挙げられる。
以下、特に、本発明に係る一般式(A-1)で表される構造の具体例((B-1)~(B-136))と一般式(EB-3)又は(EB-4)で表される化合物の具体例を示すが、本発明は以下の具体例には限定されない。以下の、式(a)~(t)において、「A11とA12」、「R20とR’20」、「R23、R24とR’23、R’24」等がそれぞれ同一でない場合について、例示した構造以外の組み合わせも可能である。
なお、以下の化合物例において、Me:メチル基、Et:エチル基、i-Pr:イソプロピル基、n-Bu:n-ブチル基、t-Bu:tert-ブチル基、Ph:フェニル基、2-tol:2-トルイル基、3-tol:3-トルイル基、4-tol:4-トルイル基、1-Np:1-ナフチル基、2-Np:2-ナフチル基、2-An:2-アンスリル基、2-Fn:2-フルオレニル基である。
一般式(EB-1)、(EB-2)、(EB-3)又は(EB-4)で表される化合物の分子量は、好ましくは、500~2000が好ましく、500~1500がより好ましく、700~1500がさらに好ましく、800~1500が中でも好ましく、900~1500が特に好ましく、940~1500が最も好ましい。分子量が500以上2000以下であることにより、材料の蒸着が可能となり、耐熱性をより高くすることができる。
これらの化合物は、有機光電変換素子、撮像素子及び有機電界発光素子に用いた場合、その素子性能の観点から、ハロゲンイオン及び金属イオンなどの不純物が少ないほうが好ましい。
また、一般式(EB-1)、(EB-2)、(EB-3)又は(EB-4)で表される化合物は、既知の方法を応用して合成することが可能である。合成後、本実施形態の成膜用有機材料とし、それを用いた成膜により、電子ブロッキング層として形成されることが好ましい。
[置換基W]
置換基Wとしてはハロゲン原子、アルキル基(シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、トリシクロアルキル基を含む)、アルケニル基(シクロアルケニル基、ビシクロアルケニル基を含む)、アルキニル基、アリール基、複素環基(ヘテロ環基といっても良い)、シアノ基、ヒドロキシ基、ニトロ基、カルボキシ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、アミノ基(アニリノ基を含む)、アンモニオ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキル及びアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキル及びアリールスルフィニル基、アルキル及びアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリール及びヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、ホスホノ基、シリル基、ヒドラジノ基、ウレイド基、ボロン酸基(-B(OH)2)、ホスファト基(-OPO(OH)2)、スルファト基(-OSO3H)、その他の公知の置換基が挙げられる。
置換基Wとしてはハロゲン原子、アルキル基(シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、トリシクロアルキル基を含む)、アルケニル基(シクロアルケニル基、ビシクロアルケニル基を含む)、アルキニル基、アリール基、複素環基(ヘテロ環基といっても良い)、シアノ基、ヒドロキシ基、ニトロ基、カルボキシ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、アミノ基(アニリノ基を含む)、アンモニオ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキル及びアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキル及びアリールスルフィニル基、アルキル及びアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリール及びヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、ホスホノ基、シリル基、ヒドラジノ基、ウレイド基、ボロン酸基(-B(OH)2)、ホスファト基(-OPO(OH)2)、スルファト基(-OSO3H)、その他の公知の置換基が挙げられる。
更に詳しくは、Wは、下記の(1)~(48)などを表す。
(1)ハロゲン原子
例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子
例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子
(2)アルキル基
直鎖、分岐、環状の置換若しくは無置換のアルキル基を表す。それらは、(2-a)~(2-e)なども包含するものである。
直鎖、分岐、環状の置換若しくは無置換のアルキル基を表す。それらは、(2-a)~(2-e)なども包含するものである。
(2-a)アルキル基
好ましくは炭素数1から30のアルキル基(例えばメチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、t-ブチル、n-オクチル、エイコシル、2-クロロエチル、2-シアノエチル、2-エチルヘキシル)
好ましくは炭素数1から30のアルキル基(例えばメチル、エチル、n-プロピル、イソプロピル、t-ブチル、n-オクチル、エイコシル、2-クロロエチル、2-シアノエチル、2-エチルヘキシル)
(2-b)シクロアルキル基
好ましくは、炭素数3から30の置換又は無置換のシクロアルキル基(例えば、シクロヘキシル、シクロペンチル、4-n-ドデシルシクロヘキシル)
好ましくは、炭素数3から30の置換又は無置換のシクロアルキル基(例えば、シクロヘキシル、シクロペンチル、4-n-ドデシルシクロヘキシル)
(2-c)ビシクロアルキル基
好ましくは、炭素数5から30の置換若しくは無置換のビシクロアルキル基(例えば、ビシクロ[1,2,2]ヘプタン-2-イル、ビシクロ[2,2,2]オクタン-3-イル)
好ましくは、炭素数5から30の置換若しくは無置換のビシクロアルキル基(例えば、ビシクロ[1,2,2]ヘプタン-2-イル、ビシクロ[2,2,2]オクタン-3-イル)
(2-d)トリシクロアルキル基
好ましくは、炭素数7から30の置換若しくは無置換のトリシクロアルキル基(例えば、1-アダマンチル)
好ましくは、炭素数7から30の置換若しくは無置換のトリシクロアルキル基(例えば、1-アダマンチル)
(2-e)更に環構造が多い多環シクロアルキル基
なお、以下に説明する置換基の中のアルキル基(例えばアルキルチオ基のアルキル基)はこのような概念のアルキル基を表すが、更にアルケニル基、アルキニル基も含むこととする。
なお、以下に説明する置換基の中のアルキル基(例えばアルキルチオ基のアルキル基)はこのような概念のアルキル基を表すが、更にアルケニル基、アルキニル基も含むこととする。
(3)アルケニル基
直鎖、分岐、環状の置換若しくは無置換のアルケニル基を表す。それらは、(3-a)~(3-c)を包含するものである。
直鎖、分岐、環状の置換若しくは無置換のアルケニル基を表す。それらは、(3-a)~(3-c)を包含するものである。
(3-a)アルケニル基
好ましくは炭素数2から30の置換又は無置換のアルケニル基(例えば、ビニル、アリル、プレニル、ゲラニル、オレイル)
好ましくは炭素数2から30の置換又は無置換のアルケニル基(例えば、ビニル、アリル、プレニル、ゲラニル、オレイル)
(3-b)シクロアルケニル基
好ましくは、炭素数3から30の置換若しくは無置換のシクロアルケニル基(例えば、2-シクロペンテン-1-イル、2-シクロヘキセン-1-イル)
好ましくは、炭素数3から30の置換若しくは無置換のシクロアルケニル基(例えば、2-シクロペンテン-1-イル、2-シクロヘキセン-1-イル)
(3-c)ビシクロアルケニル基
置換又は無置換のビシクロアルケニル基、好ましくは、炭素数5から30の置換若しくは無置換のビシクロアルケニル基(例えば、ビシクロ[2,2,1]ヘプト-2-エン-1-イル、ビシクロ[2,2,2]オクト-2-エン-4-イル)
置換又は無置換のビシクロアルケニル基、好ましくは、炭素数5から30の置換若しくは無置換のビシクロアルケニル基(例えば、ビシクロ[2,2,1]ヘプト-2-エン-1-イル、ビシクロ[2,2,2]オクト-2-エン-4-イル)
(4)アルキニル基
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換のアルキニル基(例えば、エチニル、プロパルギル、トリメチルシリルエチニル基)
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換のアルキニル基(例えば、エチニル、プロパルギル、トリメチルシリルエチニル基)
(5)アリール基
好ましくは、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアリール基(例えばフェニル、p-トリル、ナフチル、m-クロロフェニル、o-ヘキサデカノイルアミノフェニル、フェロセニル)
好ましくは、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアリール基(例えばフェニル、p-トリル、ナフチル、m-クロロフェニル、o-ヘキサデカノイルアミノフェニル、フェロセニル)
(6)複素環基
好ましくは、5又は6員の置換若しくは無置換の、芳香族若しくは非芳香族の複素環化合物から一個の水素原子を取り除いた一価の基であり、更に好ましくは、炭素数2から50の5若しくは6員の芳香族の複素環基である。(例えば、2-フリル、2-チエニル、2-ピリミジニル、2-ベンゾチアゾリル、2-カルバゾリル、3-カルバゾリル、9-カルバゾリル。なお、1-メチル-2-ピリジニオ、1-メチル-2-キノリニオのようなカチオン性の複素環基でも良い)
(7)シアノ基
(8)ヒドロキシ基
(9)ニトロ基
(10)カルボキシ基
好ましくは、5又は6員の置換若しくは無置換の、芳香族若しくは非芳香族の複素環化合物から一個の水素原子を取り除いた一価の基であり、更に好ましくは、炭素数2から50の5若しくは6員の芳香族の複素環基である。(例えば、2-フリル、2-チエニル、2-ピリミジニル、2-ベンゾチアゾリル、2-カルバゾリル、3-カルバゾリル、9-カルバゾリル。なお、1-メチル-2-ピリジニオ、1-メチル-2-キノリニオのようなカチオン性の複素環基でも良い)
(7)シアノ基
(8)ヒドロキシ基
(9)ニトロ基
(10)カルボキシ基
(11)アルコキシ基
好ましくは、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアルコキシ基(例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、t-ブトキシ、n-オクチルオキシ、2-メトキシエトキシ)
好ましくは、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアルコキシ基(例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、t-ブトキシ、n-オクチルオキシ、2-メトキシエトキシ)
(12)アリールオキシ基
好ましくは、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアリールオキシ基(例えば、フェノキシ、2-メチルフェノキシ、4-t-ブチルフェノキシ、3-ニトロフェノキシ、2-テトラデカノイルアミノフェノキシ)
好ましくは、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアリールオキシ基(例えば、フェノキシ、2-メチルフェノキシ、4-t-ブチルフェノキシ、3-ニトロフェノキシ、2-テトラデカノイルアミノフェノキシ)
(13)シリルオキシ基
好ましくは、炭素数3から20のシリルオキシ基(例えば、トリメチルシリルオキシ、t-ブチルジメチルシリルオキシ)
好ましくは、炭素数3から20のシリルオキシ基(例えば、トリメチルシリルオキシ、t-ブチルジメチルシリルオキシ)
(14)ヘテロ環オキシ基
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換のヘテロ環オキシ基(例えば、1-フェニルテトラゾールー5-オキシ、2-テトラヒドロピラニルオキシ)
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換のヘテロ環オキシ基(例えば、1-フェニルテトラゾールー5-オキシ、2-テトラヒドロピラニルオキシ)
(15)アシルオキシ基
好ましくはホルミルオキシ基、炭素数2から30の置換若しくは無置換のアルキルカルボニルオキシ基、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアリールカルボニルオキシ基(例えば、ホルミルオキシ、アセチルオキシ、ピバロイルオキシ、ステアロイルオキシ、ベンゾイルオキシ、p-メトキシフェニルカルボニルオキシ)
好ましくはホルミルオキシ基、炭素数2から30の置換若しくは無置換のアルキルカルボニルオキシ基、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアリールカルボニルオキシ基(例えば、ホルミルオキシ、アセチルオキシ、ピバロイルオキシ、ステアロイルオキシ、ベンゾイルオキシ、p-メトキシフェニルカルボニルオキシ)
(16)カルバモイルオキシ基
好ましくは、炭素数1から30の置換若しくは無置換のカルバモイルオキシ基(例えば、N,N-ジメチルカルバモイルオキシ、N,N-ジエチルカルバモイルオキシ、モルホリノカルボニルオキシ、N,N-ジ-n-オクチルアミノカルボニルオキシ、N-n-オクチルカルバモイルオキシ)
好ましくは、炭素数1から30の置換若しくは無置換のカルバモイルオキシ基(例えば、N,N-ジメチルカルバモイルオキシ、N,N-ジエチルカルバモイルオキシ、モルホリノカルボニルオキシ、N,N-ジ-n-オクチルアミノカルボニルオキシ、N-n-オクチルカルバモイルオキシ)
(17)アルコキシカルボニルオキシ基
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換アルコキシカルボニルオキシ基(例えばメトキシカルボニルオキシ、エトキシカルボニルオキシ、t-ブトキシカルボニルオキシ、n-オクチルカルボニルオキシ)
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換アルコキシカルボニルオキシ基(例えばメトキシカルボニルオキシ、エトキシカルボニルオキシ、t-ブトキシカルボニルオキシ、n-オクチルカルボニルオキシ)
(18)アリールオキシカルボニルオキシ基
好ましくは、炭素数7から30の置換若しくは無置換のアリールオキシカルボニルオキシ基(例えば、フェノキシカルボニルオキシ、p-メトキシフェノキシカルボニルオキシ、p-n-ヘキサデシルオキシフェノキシカルボニルオキシ)
好ましくは、炭素数7から30の置換若しくは無置換のアリールオキシカルボニルオキシ基(例えば、フェノキシカルボニルオキシ、p-メトキシフェノキシカルボニルオキシ、p-n-ヘキサデシルオキシフェノキシカルボニルオキシ)
(19)アミノ基
好ましくは、アミノ基、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアルキルアミノ基、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアニリノ基(例えば、アミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、アニリノ、N-メチル-アニリノ、ジフェニルアミノ)
好ましくは、アミノ基、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアルキルアミノ基、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアニリノ基(例えば、アミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、アニリノ、N-メチル-アニリノ、ジフェニルアミノ)
(20)アンモニオ基
好ましくは、アンモニオ基、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアルキル、アリール、複素環が置換したアンモニオ基(例えば、トリメチルアンモニオ、トリエチルアンモニオ、ジフェニルメチルアンモニオ)
好ましくは、アンモニオ基、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアルキル、アリール、複素環が置換したアンモニオ基(例えば、トリメチルアンモニオ、トリエチルアンモニオ、ジフェニルメチルアンモニオ)
(21)アシルアミノ基
好ましくは、ホルミルアミノ基、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアルキルカルボニルアミノ基、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアリールカルボニルアミノ基(例えば、ホルミルアミノ、アセチルアミノ、ピバロイルアミノ、ラウロイルアミノ、ベンゾイルアミノ、3,4,5-トリ-n-オクチルオキシフェニルカルボニルアミノ)
好ましくは、ホルミルアミノ基、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアルキルカルボニルアミノ基、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアリールカルボニルアミノ基(例えば、ホルミルアミノ、アセチルアミノ、ピバロイルアミノ、ラウロイルアミノ、ベンゾイルアミノ、3,4,5-トリ-n-オクチルオキシフェニルカルボニルアミノ)
(22)アミノカルボニルアミノ基
好ましくは、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアミノカルボニルアミノ(例えば、カルバモイルアミノ、N,N-ジメチルアミノカルボニルアミノ、N,N-ジエチルアミノカルボニルアミノ、モルホリノカルボニルアミノ)
好ましくは、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアミノカルボニルアミノ(例えば、カルバモイルアミノ、N,N-ジメチルアミノカルボニルアミノ、N,N-ジエチルアミノカルボニルアミノ、モルホリノカルボニルアミノ)
(23)アルコキシカルボニルアミノ基
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換アルコキシカルボニルアミノ基(例えば、メトキシカルボニルアミノ、エトキシカルボニルアミノ、t-ブトキシカルボニルアミノ、n-オクタデシルオキシカルボニルアミノ、N-メチルーメトキシカルボニルアミノ)
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換アルコキシカルボニルアミノ基(例えば、メトキシカルボニルアミノ、エトキシカルボニルアミノ、t-ブトキシカルボニルアミノ、n-オクタデシルオキシカルボニルアミノ、N-メチルーメトキシカルボニルアミノ)
(24)アリールオキシカルボニルアミノ基
好ましくは、炭素数7から30の置換若しくは無置換のアリールオキシカルボニルアミノ基(例えば、フェノキシカルボニルアミノ、p-クロロフェノキシカルボニルアミノ、m-n-オクチルオキシフェノキシカルボニルアミノ)
好ましくは、炭素数7から30の置換若しくは無置換のアリールオキシカルボニルアミノ基(例えば、フェノキシカルボニルアミノ、p-クロロフェノキシカルボニルアミノ、m-n-オクチルオキシフェノキシカルボニルアミノ)
(25)スルファモイルアミノ基
好ましくは、炭素数0から30の置換若しくは無置換のスルファモイルアミノ基(例えば、スルファモイルアミノ、N,N-ジメチルアミノスルホニルアミノ、N-n-オクチルアミノスルホニルアミノ)
好ましくは、炭素数0から30の置換若しくは無置換のスルファモイルアミノ基(例えば、スルファモイルアミノ、N,N-ジメチルアミノスルホニルアミノ、N-n-オクチルアミノスルホニルアミノ)
(26)アルキル若しくはアリールスルホニルアミノ基
好ましくは、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアルキルスルホニルアミノ、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアリールスルホニルアミノ(例えば、メチルスルホニルアミノ、ブチルスルホニルアミノ、フェニルスルホニルアミノ、2,3,5-トリクロロフェニルスルホニルアミノ、p-メチルフェニルスルホニルアミノ)
(27)メルカプト基
好ましくは、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアルキルスルホニルアミノ、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアリールスルホニルアミノ(例えば、メチルスルホニルアミノ、ブチルスルホニルアミノ、フェニルスルホニルアミノ、2,3,5-トリクロロフェニルスルホニルアミノ、p-メチルフェニルスルホニルアミノ)
(27)メルカプト基
(28)アルキルチオ基
好ましくは、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアルキルチオ基(例えばメチルチオ、エチルチオ、n-ヘキサデシルチオ)
好ましくは、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアルキルチオ基(例えばメチルチオ、エチルチオ、n-ヘキサデシルチオ)
(29)アリールチオ基
好ましくは、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアリールチオ(例えば、フェニルチオ、p-クロロフェニルチオ、m-メトキシフェニルチオ)
好ましくは、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアリールチオ(例えば、フェニルチオ、p-クロロフェニルチオ、m-メトキシフェニルチオ)
(30)ヘテロ環チオ基
好ましくは、炭素数2から30の置換又は無置換のヘテロ環チオ基(例えば、2-ベンゾチアゾリルチオ、1-フェニルテトラゾール-5-イルチオ)
好ましくは、炭素数2から30の置換又は無置換のヘテロ環チオ基(例えば、2-ベンゾチアゾリルチオ、1-フェニルテトラゾール-5-イルチオ)
(31)スルファモイル基
好ましくは、炭素数0から30の置換若しくは無置換のスルファモイル基(例えば、N-エチルスルファモイル、N-(3-ドデシルオキシプロピル)スルファモイル、N,N-ジメチルスルファモイル、N-アセチルスルファモイル、N-ベンゾイルスルファモイル、N-(N’-フェニルカルバモイル)スルファモイル)
(32)スルホ基
好ましくは、炭素数0から30の置換若しくは無置換のスルファモイル基(例えば、N-エチルスルファモイル、N-(3-ドデシルオキシプロピル)スルファモイル、N,N-ジメチルスルファモイル、N-アセチルスルファモイル、N-ベンゾイルスルファモイル、N-(N’-フェニルカルバモイル)スルファモイル)
(32)スルホ基
(33)アルキル若しくはアリールスルフィニル基
好ましくは、炭素数1から30の置換又は無置換のアルキルスルフィニル基、6から30の置換又は無置換のアリールスルフィニル基(例えば、メチルスルフィニル、エチルスルフィニル、フェニルスルフィニル、p-メチルフェニルスルフィニル)
好ましくは、炭素数1から30の置換又は無置換のアルキルスルフィニル基、6から30の置換又は無置換のアリールスルフィニル基(例えば、メチルスルフィニル、エチルスルフィニル、フェニルスルフィニル、p-メチルフェニルスルフィニル)
(34)アルキル若しくはアリールスルホニル基
好ましくは、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアルキルスルホニル基、6から30の置換若しくは無置換のアリールスルホニル基、例えば、メチルスルホニル、エチルスルホニル、フェニルスルホニル、p-メチルフェニルスルホニル)
好ましくは、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアルキルスルホニル基、6から30の置換若しくは無置換のアリールスルホニル基、例えば、メチルスルホニル、エチルスルホニル、フェニルスルホニル、p-メチルフェニルスルホニル)
(35)アシル基
好ましくは、ホルミル基、炭素数2から30の置換若しくは無置換のアルキルカルボニル基、炭素数7から30の置換若しくは無置換のアリールカルボニル基、炭素数4から30の置換若しくは無置換の炭素原子でカルボニル基と結合しているヘテロ環カルボニル基(例えば、アセチル、ピバロイル、2-クロロアセチル、ステアロイル、ベンゾイル、p-n-オクチルオキシフェニルカルボニル、2―ピリジルカルボニル、2―フリルカルボニル)
好ましくは、ホルミル基、炭素数2から30の置換若しくは無置換のアルキルカルボニル基、炭素数7から30の置換若しくは無置換のアリールカルボニル基、炭素数4から30の置換若しくは無置換の炭素原子でカルボニル基と結合しているヘテロ環カルボニル基(例えば、アセチル、ピバロイル、2-クロロアセチル、ステアロイル、ベンゾイル、p-n-オクチルオキシフェニルカルボニル、2―ピリジルカルボニル、2―フリルカルボニル)
(36)アリールオキシカルボニル基
好ましくは、炭素数7から30の置換若しくは無置換のアリールオキシカルボニル基(例えば、フェノキシカルボニル、o-クロロフェノキシカルボニル、m-ニトロフェノキシカルボニル、p-t-ブチルフェノキシカルボニル)
好ましくは、炭素数7から30の置換若しくは無置換のアリールオキシカルボニル基(例えば、フェノキシカルボニル、o-クロロフェノキシカルボニル、m-ニトロフェノキシカルボニル、p-t-ブチルフェノキシカルボニル)
(37)アルコキシカルボニル基
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換アルコキシカルボニル基(例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、t-ブトキシカルボニル、n-オクタデシルオキシカルボニル)
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換アルコキシカルボニル基(例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、t-ブトキシカルボニル、n-オクタデシルオキシカルボニル)
(38)カルバモイル基
好ましくは、炭素数1から30の置換若しくは無置換のカルバモイル(例えば、カルバモイル、N-メチルカルバモイル、N,N-ジメチルカルバモイル、N,N-ジ-n-オクチルカルバモイル、N-(メチルスルホニル)カルバモイル)
好ましくは、炭素数1から30の置換若しくは無置換のカルバモイル(例えば、カルバモイル、N-メチルカルバモイル、N,N-ジメチルカルバモイル、N,N-ジ-n-オクチルカルバモイル、N-(メチルスルホニル)カルバモイル)
(39)アリール及びヘテロ環アゾ基
好ましくは、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアリールアゾ基、炭素数3から30の置換若しくは無置換のヘテロ環アゾ基(例えば、フェニルアゾ、p-クロロフェニルアゾ、5-エチルチオ-1,3,4-チアジアゾール-2-イルアゾ)
好ましくは、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアリールアゾ基、炭素数3から30の置換若しくは無置換のヘテロ環アゾ基(例えば、フェニルアゾ、p-クロロフェニルアゾ、5-エチルチオ-1,3,4-チアジアゾール-2-イルアゾ)
(40)イミド基
好ましくは、N-スクシンイミド、N-フタルイミド
好ましくは、N-スクシンイミド、N-フタルイミド
(41)ホスフィノ基
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換のホスフィノ基(例えば、ジメチルホスフィノ、ジフェニルホスフィノ、メチルフェノキシホスフィノ)
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換のホスフィノ基(例えば、ジメチルホスフィノ、ジフェニルホスフィノ、メチルフェノキシホスフィノ)
(42)ホスフィニル基
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換のホスフィニル基(例えば、ホスフィニル、ジオクチルオキシホスフィニル、ジエトキシホスフィニル)
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換のホスフィニル基(例えば、ホスフィニル、ジオクチルオキシホスフィニル、ジエトキシホスフィニル)
(43)ホスフィニルオキシ基
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換のホスフィニルオキシ基(例えば、ジフェノキシホスフィニルオキシ、ジオクチルオキシホスフィニルオキシ)
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換のホスフィニルオキシ基(例えば、ジフェノキシホスフィニルオキシ、ジオクチルオキシホスフィニルオキシ)
(44)ホスフィニルアミノ基
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換のホスフィニルアミノ基(例えば、ジメトキシホスフィニルアミノ、ジメチルアミノホスフィニルアミノ)
(45)ホスフォ基
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換のホスフィニルアミノ基(例えば、ジメトキシホスフィニルアミノ、ジメチルアミノホスフィニルアミノ)
(45)ホスフォ基
(46)シリル基
好ましくは、炭素数3から30の置換若しくは無置換のシリル基(例えば、トリメチルシリル、トリエチルシリル、トリイソプロピルシリル、t-ブチルジメチルシリル、フェニルジメチルシリル)
好ましくは、炭素数3から30の置換若しくは無置換のシリル基(例えば、トリメチルシリル、トリエチルシリル、トリイソプロピルシリル、t-ブチルジメチルシリル、フェニルジメチルシリル)
(47)ヒドラジノ基
好ましくは炭素数0から30の置換若しくは無置換のヒドラジノ基(例えば、トリメチルヒドラジノ)
好ましくは炭素数0から30の置換若しくは無置換のヒドラジノ基(例えば、トリメチルヒドラジノ)
(48)ウレイド基
好ましくは炭素数0から30の置換若しくは無置換のウレイド基(例えばN,N-ジメチルウレイド)
好ましくは炭素数0から30の置換若しくは無置換のウレイド基(例えばN,N-ジメチルウレイド)
上記の置換基Wの中で、水素原子を有するものは、これを取り去り更に上記の基で置換されていても良い。そのような置換基の例としては、-CONHSO2-基(スルホニルカルバモイル基、カルボニルスルファモイル基)、-CONHCO-基(カルボニルカルバモイル基)、-SO2NHSO2-基(スルフォニルスルファモイル基)が挙げられる。より具体的には、アルキルカルボニルアミノスルホニル基(例えば、アセチルアミノスルホニル)、アリールカルボニルアミノスルホニル基(例えば、ベンゾイルアミノスルホニル基)、アルキルスルホニルアミノカルボニル基(例えば、メチルスルホニルアミノカルボニル)、アリールスルホニルアミノカルボニル基(例えば、p-メチルフェニルスルホニルアミノカルボニル)が挙げられる。
[環R]
環Rとしては、芳香族、又は非芳香族の炭化水素環、又は複素環や、これらが更に組み合わされて形成された多環縮合環が挙げられる。例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、フルオレン環、トリフェニレン環、ナフタセン環、ビフェニル環、ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、インドリジン環、インドール環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、イソベンゾフラン環、キノリジン環、キノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、キノキサリン環、キノキサゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、フェナントリジン環、アクリジン環、フェナントロリン環、チアントレン環、クロメン環、キサンテン環、フェノキサチイン環、フェノチアジン環、及びフェナジン環が挙げられる。環Rは更に上記置換基Wの置換基を有していてもよい。
環Rとしては、芳香族、又は非芳香族の炭化水素環、又は複素環や、これらが更に組み合わされて形成された多環縮合環が挙げられる。例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、フルオレン環、トリフェニレン環、ナフタセン環、ビフェニル環、ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、インドリジン環、インドール環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、イソベンゾフラン環、キノリジン環、キノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、キノキサリン環、キノキサゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、フェナントリジン環、アクリジン環、フェナントロリン環、チアントレン環、クロメン環、キサンテン環、フェノキサチイン環、フェノチアジン環、及びフェナジン環が挙げられる。環Rは更に上記置換基Wの置換基を有していてもよい。
「撮像素子」
次に、光電変換素子1を備えた撮像素子(光センサ)100の構成について、図3を参照して説明する。図3は、本発明の一実施形態を説明するための撮像素子の概略構成を示す断面模式図である。この撮像素子は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置、電子内視鏡、携帯電話機等の撮像モジュール等に搭載して用いられる。
次に、光電変換素子1を備えた撮像素子(光センサ)100の構成について、図3を参照して説明する。図3は、本発明の一実施形態を説明するための撮像素子の概略構成を示す断面模式図である。この撮像素子は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置、電子内視鏡、携帯電話機等の撮像モジュール等に搭載して用いられる。
撮像素子100は、図1に示したような構成の複数の有機光電変換素子1と、各有機光電変換素子の光電変換層で発生した電荷に応じた信号を読み出す読み出し回路が形成された回路基板とを有し、該回路基板上方の同一面上に、複数の有機光電変換素子が1次元状又は二次元状に配列された構成となっている。
撮像素子100は、基板101と、絶縁層102と、接続電極103と、画素電極104と、接続部105と、接続部106と、受光層107と、対向電極108と、緩衝層109と、封止層110と、カラーフィルタ(CF)111と、隔壁112と、遮光層113と、保護層114と、対向電極電圧供給部115と、読出し回路116とを備える。
画素電極104は、図1に示した有機光電変換素子1の下部電極20と同じ機能を有する。対向電極108は、図1に示した有機光電変換素子1の上部電極40と同じ機能を有する。受光層107は、図1に示した有機光電変換素子1の下部電極20と上部電極40との間に設けられる受光層30と同じ構成である。封止層110は、図1に示した有機光電変換素子1の封止層50と同じ機能を有する。画素電極104と、これに対向する対向電極108の一部と、これら電極で挟まれる受光層107と、画素電極104に対向する緩衝層109及び封止層110の一部とが、有機光電変換素子を構成している。
基板101は、ガラス基板又はSi等の半導体基板である。基板101上には絶縁層102が形成されている。絶縁層102の表面には複数の画素電極104と複数の接続電極103が形成されている。
受光層107は、複数の画素電極104の上にこれらを覆って設けられた全ての有機光電変換素子で共通の層である。
対向電極108は、受光層107上に設けられた、全ての有機光電変換素子で共通の1つの電極である。対向電極108は、受光層107よりも外側に配置された接続電極103の上にまで形成されており、接続電極103と電気的に接続されている。
接続部106は、絶縁層102に埋設されており、接続電極103と対向電極電圧供給部115とを電気的に接続するためのプラグ等である。対向電極電圧供給部115は、基板101に形成され、接続部106及び接続電極103を介して対向電極108に所定の電圧を印加する。対向電極108に印加すべき電圧が撮像素子の電源電圧よりも高い場合は、チャージポンプ等の昇圧回路によって電源電圧を昇圧して上記所定の電圧を供給する。
読出し回路116は、複数の画素電極104の各々に対応して基板101に設けられており、対応する画素電極104で捕集された電荷に応じた信号を読出すものである。読出し回路116は、例えばCCD、MOS回路、又はTFT回路等で構成されており、絶縁層102内に配置された図示しない遮光層によって遮光されている。読み出し回路116は、それに対応する画素電極104と接続部105を介して電気的に接続されている。
緩衝層109は、対向電極108上に、対向電極108を覆って形成されている。封止層110は、緩衝層109上に、緩衝層109を覆って形成されている。カラーフィルタ111は、封止層110上の各画素電極104と対向する位置に形成されている。隔壁112は、カラーフィルタ111同士の間に設けられており、カラーフィルタ111の光透過効率を向上させるためのものである。
遮光層113は、封止層110上のカラーフィルタ111及び隔壁112を設けた領域以外に形成されており、有効画素領域以外に形成された受光層107に光が入射する事を防止する。保護層114は、カラーフィルタ111、隔壁112、及び遮光層113上に形成されており、撮像素子100全体を保護する。
このように構成された撮像素子100では、光が入射すると、この光が受光層107に入射し、ここで電荷が発生する。発生した電荷のうちの正孔は、画素電極104で捕集され、その量に応じた電圧信号が読み出し回路116によって撮像素子100外部に出力される。
撮像素子100の製造方法は、次の通りである。
対向電極電圧供給部115と読み出し回路116が形成された回路基板上に、接続部105,106、複数の接続電極103、複数の画素電極104、及び絶縁層102を形成する。複数の画素電極104は、絶縁層102の表面に例えば正方格子状に配置する。
次に、複数の画素電極104上に、受光層107、対向電極108、緩衝層109、封止層110を順次形成する。受光層107、対向電極108、封止層110の形成方法は、上記光電変換素子1の説明において記したとおりである。緩衝層109については、例えば真空抵抗加熱蒸着法によって形成する。次に、カラーフィルタ111、隔壁112、遮光層113を形成後、保護層114を形成して、撮像素子100を完成する。
「有機電界発光素子」
上記では、撮像素子及び撮像素子として好適な光電変換素子において、本発明の成膜用有機材料を用いて成膜された有機層を備えた態様について説明したが、本発明の成膜用有機材料60は、有機電界発光素子及び有機電界発光素子として好適な光電変換素子における有機層の成膜にも好ましく用いることができる。以下に、図4を参照して有機電界発光素子について説明する。
上記では、撮像素子及び撮像素子として好適な光電変換素子において、本発明の成膜用有機材料を用いて成膜された有機層を備えた態様について説明したが、本発明の成膜用有機材料60は、有機電界発光素子及び有機電界発光素子として好適な光電変換素子における有機層の成膜にも好ましく用いることができる。以下に、図4を参照して有機電界発光素子について説明する。
図4は、本発明の有機電界発光素子の一実施形態の有機電界発光素子200の概略構成断面図である。図4に示される有機電界発光素子200は、複数の上記本発明の光電変換素子を備えた発光素子であって、支持基板210上において、一対の電極220(陽極221と陰極222)との間に有機層230が挟まれている。具体的には、陽極221と陰極222との間に、正孔注入層231,正孔輸送層232,電子ブロック層233,発光層(光電変換層)234,及び電子輸送層235とがこの順に積層されてなり、正孔注入層231,正孔輸送層232,電子ブロック層233,発光層(光電変換層)234,及び電子輸送層235が有機層230となっている。一対の電極220間に電圧を印加することにより発光層230から光を発光せしめ、光を取り出す側の透明な電極(例えば陽極221)側の端面からで光を取り出すことができる。
一対の電極220に挟持された層は、本実施形態では全てが有機層である態様を説明するが、少なくとも1層が有機層であればよい。
有機電界発光素子200において、有機層230の少なくとも1層が上記した成膜用有機材料60を用いて成膜されてなればよいが、有機電界発光素子200においても、できるだけ多くの層が成膜用有機材料60を用いて成膜されてなることが好ましい。
成膜用有機材料60としては、発光材料、ホスト材料、電子輸送材料、正孔輸送材料、電子ブロック材料、正孔ブロック材料のいずれであってもよいが、発光材料、ホスト材料、正孔輸送材料、電子ブロック材料、であることが好ましく、発光材料、ホスト材料、正孔輸送材料、であることがより好ましい。
有機層230の層構成としては、特に制限はなく、有機電界発光素子の用途、目的に応じて適宜選択することができるが、上記一対の電極220のいずれかの上に形成されるのが好ましい。この場合、有機層230は、上記一対の電極220のいずれかの上の全面又は一面に形成される。
有機層の形状、大きさ、及び厚み等については、特に制限はなく、目的に応じて適宜選択することができる。
有機電界発光素子200における有機層の構成は、図4に示される構成の他、下記に示される構成が挙げられるが本発明はこれらの構成に限定されるものではない。
・陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
・陽極/正孔輸送層/発光層/正孔ブロック層/電子輸送層/陰極
・陽極/正孔輸送層/発光層/正孔ブロック層/電子輸送層/電子注入層/陰極
・陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/正孔ブロック層/電子輸送層/陰極
・陽極/正孔輸送層/電子ブロック層/発光層/電子輸送層/陰極
・陽極/正孔輸送層/電子ブロック層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
・陽極/正孔注入層/正孔輸送層/電子ブロック層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
・陽極/正孔注入層/正孔輸送層/電子ブロック層/発光層/正孔ブロック層/電子輸送層/電子注入層/陰極
・陽極/正孔注入層/正孔輸送層/電子ブロック層/発光層/正孔ブロック層/電子注入層/陰極
・陽極/正孔注入層/正孔輸送層/電子ブロック層/発光層/正孔ブロック層/電子輸送層/陰極
・陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/ブロック層/電子輸送層/電子注入層/陰極
・陽極/正孔注入層/正孔輸送層/電子ブロック層/発光層/正孔ブロック層/電子輸送層/電子注入層/陰極
・陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
・陽極/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/陰極
・陽極/正孔輸送層/発光層/正孔ブロック層/電子輸送層/陰極
・陽極/正孔輸送層/発光層/正孔ブロック層/電子輸送層/電子注入層/陰極
・陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/正孔ブロック層/電子輸送層/陰極
・陽極/正孔輸送層/電子ブロック層/発光層/電子輸送層/陰極
・陽極/正孔輸送層/電子ブロック層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
・陽極/正孔注入層/正孔輸送層/電子ブロック層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
・陽極/正孔注入層/正孔輸送層/電子ブロック層/発光層/正孔ブロック層/電子輸送層/電子注入層/陰極
・陽極/正孔注入層/正孔輸送層/電子ブロック層/発光層/正孔ブロック層/電子注入層/陰極
・陽極/正孔注入層/正孔輸送層/電子ブロック層/発光層/正孔ブロック層/電子輸送層/陰極
・陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/ブロック層/電子輸送層/電子注入層/陰極
・陽極/正孔注入層/正孔輸送層/電子ブロック層/発光層/正孔ブロック層/電子輸送層/電子注入層/陰極
・陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
以下、有機電界発光素子200を構成する各要素について詳細に説明する。
<基板>
基板210としては、有機層230から発せられる光を散乱又は減衰させない基板であることが好ましい。有機材料の場合には、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、及び加工性に優れていることが好ましい。
基板210としては、有機層230から発せられる光を散乱又は減衰させない基板であることが好ましい。有機材料の場合には、耐熱性、寸法安定性、耐溶剤性、電気絶縁性、及び加工性に優れていることが好ましい。
<陽極>
陽極221は、通常、有機層230に正孔を供給する電極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極材料の中から適宜選択することができる。前述のごとく、陽極は、通常透明陽極として設けられる。
陽極221は、通常、有機層230に正孔を供給する電極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極材料の中から適宜選択することができる。前述のごとく、陽極は、通常透明陽極として設けられる。
<陰極>
陰極222は、通常、有機層230に電子を注入する電極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極材料の中から適宜選択することができる。
陰極222は、通常、有機層230に電子を注入する電極としての機能を有していればよく、その形状、構造、大きさ等については特に制限はなく、発光素子の用途、目的に応じて、公知の電極材料の中から適宜選択することができる。
基板210、陽極221、陰極222については、特開2008-270736号公報の段落番号[0070]~[0089]に記載の事項を本願においても適用することができる。
<有機層>
有機層230は、上記したように、正孔注入層231,正孔輸送層232,電子ブロック層233,発光層(光電変換層)234,及び電子輸送層235を備えてなる。これらの有機層は、例えば物理蒸着法やスパッタ法、化学気相堆積法等の乾式製膜法で形成することができる。
有機層230は、上記したように、正孔注入層231,正孔輸送層232,電子ブロック層233,発光層(光電変換層)234,及び電子輸送層235を備えてなる。これらの有機層は、例えば物理蒸着法やスパッタ法、化学気相堆積法等の乾式製膜法で形成することができる。
発光層234は、電界印加時に、陽極221、正孔注入層231、又は正孔輸送層232から正孔を受け取り、陰極222、電子注入層(不図示)、又は電子輸送層235から電子を受け取り、正孔と電子の再結合の場を提供して発光させる機能を有する層である。
発光層234は、発光材料のみで構成されていてもよく、ホスト材料と発光材料の混合層とした構成でも良い。発光材料としては、蛍光発光材料又は燐光発光材料を用いることができ、ドーパントは一種であっても二種以上であってもよい。
ホスト材料は電荷輸送材料であることが好ましい。ホスト材料は一種であっても二種以上であってもよく、例えば、電子輸送性のホスト材料とホール輸送性のホスト材料を混合した構成が挙げられる。更に、発光層234中に電荷輸送性を有さず、発光しない材料(バインダー材料)を含んでいてもよい。
また、発光層234は一層であっても二層以上の多層であってもよい。また、それぞれの発光層が異なる発光色で発光してもよい。
(蛍光発光材料)
蛍光発光材料の例としては、例えば、ベンゾオキサゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、スチリルベンゼン誘導体、ポリフェニル誘導体、ジフェニルブタジエン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、ナフタルイミド誘導体、クマリン誘導体、縮合芳香族化合物、ペリノン誘導体、オキサジアゾール誘導体、オキサジン誘導体、アルダジン誘導体、ピラリジン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、ビススチリルアントラセン誘導体、キナクリドン誘導体、ピロロピリジン誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、スチリルアミン誘導体、ジケトピロロピロール誘導体、芳香族ジメチリディン化合物、8-キノリノール誘導体の錯体やピロメテン誘導体の錯体に代表される各種錯体等、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン等のポリマー化合物、有機シラン誘導体などの化合物等が挙げられる。
蛍光発光材料の例としては、例えば、ベンゾオキサゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、ベンゾチアゾール誘導体、スチリルベンゼン誘導体、ポリフェニル誘導体、ジフェニルブタジエン誘導体、テトラフェニルブタジエン誘導体、ナフタルイミド誘導体、クマリン誘導体、縮合芳香族化合物、ペリノン誘導体、オキサジアゾール誘導体、オキサジン誘導体、アルダジン誘導体、ピラリジン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、ビススチリルアントラセン誘導体、キナクリドン誘導体、ピロロピリジン誘導体、チアジアゾロピリジン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、スチリルアミン誘導体、ジケトピロロピロール誘導体、芳香族ジメチリディン化合物、8-キノリノール誘導体の錯体やピロメテン誘導体の錯体に代表される各種錯体等、ポリチオフェン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン等のポリマー化合物、有機シラン誘導体などの化合物等が挙げられる。
(燐光発光材料)
燐光発光材料としては、例えば、US6303238B1、US6097147、WO00/57676、WO00/70655、WO01/08230、WO01/39234A2、WO01/41512A1、WO02/02714A2、WO02/15645A1、WO02/44189A1、WO05/19373A2、特開2001-247859、特開2002-302671、特開2002-117978、特開2003-133074、特開2002-235076、特開2003-123982、特開2002-170684、EP1211257、特開2002-226495、特開2002-234894、特開2001-247859、特開2001-298470、特開2002-173674、特開2002-203678、特開2002-203679、特開2004-357791、特開2006-256999、特開2007-19462、特開2007-84635、特開2007-96259等の特許文献に記載の燐光発光化合物などが挙げられ、中でも、更に好ましい発光性ドーパントとしては、Ir錯体、Pt錯体、Cu錯体、Re錯体、W錯体、Rh錯体、Ru錯体、Pd錯体、Os錯体、Eu錯体、Tb錯体、Gd錯体、Dy錯体、及びCe錯体が挙げられる。特に好ましくは、Ir錯体、Pt錯体、又はRe錯体であり、中でも金属-炭素結合、金属-窒素結合、金属-酸素結合、金属-硫黄結合の少なくとも一つの配位様式を含むIr錯体、Pt錯体、又はRe錯体が好ましい。更に、発光効率、駆動耐久性、色度等の観点で、3座以上の多座配位子を含むIr錯体、Pt錯体、又はRe錯体が特に好ましい。
燐光発光材料としては、例えば、US6303238B1、US6097147、WO00/57676、WO00/70655、WO01/08230、WO01/39234A2、WO01/41512A1、WO02/02714A2、WO02/15645A1、WO02/44189A1、WO05/19373A2、特開2001-247859、特開2002-302671、特開2002-117978、特開2003-133074、特開2002-235076、特開2003-123982、特開2002-170684、EP1211257、特開2002-226495、特開2002-234894、特開2001-247859、特開2001-298470、特開2002-173674、特開2002-203678、特開2002-203679、特開2004-357791、特開2006-256999、特開2007-19462、特開2007-84635、特開2007-96259等の特許文献に記載の燐光発光化合物などが挙げられ、中でも、更に好ましい発光性ドーパントとしては、Ir錯体、Pt錯体、Cu錯体、Re錯体、W錯体、Rh錯体、Ru錯体、Pd錯体、Os錯体、Eu錯体、Tb錯体、Gd錯体、Dy錯体、及びCe錯体が挙げられる。特に好ましくは、Ir錯体、Pt錯体、又はRe錯体であり、中でも金属-炭素結合、金属-窒素結合、金属-酸素結合、金属-硫黄結合の少なくとも一つの配位様式を含むIr錯体、Pt錯体、又はRe錯体が好ましい。更に、発光効率、駆動耐久性、色度等の観点で、3座以上の多座配位子を含むIr錯体、Pt錯体、又はRe錯体が特に好ましい。
上記発光材料の含有量は、発光層234の総質量に対して、0.1質量%以上50質量%以下の範囲が好ましく、1質量%以上40質量%以下の範囲がより好ましく、5質量%以上30質量%以下の範囲が最も好ましい。特に5質量%以上30質量%以下の範囲では、その有機電界発光素子200の発光の色度は、発光材料の添加濃度依存性が小さい。
(ホスト材料)
ホスト材料とは、発光層において主に電荷の注入、輸送を担う化合物であり、また、それ自体は実質的に発光しない化合物のことである。本明細書において「実質的に発光しない」とは、該実質的に発光しない化合物からの発光量が好ましくは素子全体での全発光量の5%以下であり、より好ましくは3%以下であり、さらに好ましくは1%以下であることをいう。
ホスト材料とは、発光層において主に電荷の注入、輸送を担う化合物であり、また、それ自体は実質的に発光しない化合物のことである。本明細書において「実質的に発光しない」とは、該実質的に発光しない化合物からの発光量が好ましくは素子全体での全発光量の5%以下であり、より好ましくは3%以下であり、さらに好ましくは1%以下であることをいう。
発光層234は、ホスト材料を含むことが好ましい。ホスト材料としては、正孔輸送性ホスト材料、電子輸送性ホスト材料または両者を兼ね備えた、いわゆるバイポーラ性ホスト材料などが挙げられるが、バイポーラ性ホスト材料であることが好ましい。
発光層234中のホスト材料の濃度は、特に限定されないが、発光層234中において主成分(含有量が一番多い成分)であることが好ましく、50質量%以上99.9質量%以下がより好ましく、50質量%以上99.8質量%以下がさらに好ましく、60質量%以上99.7質量%以下が特に好ましく、70質量%以上95質量%以下が最も好ましい。
ホスト材料のガラス転移点Tgは、60℃以上500℃以下であることが好ましく、90℃以上250℃以下であることがより好ましく、Tgは130℃以上250℃以下が更に好ましく、175℃以上250℃以下が中でも更に好ましく、200℃以上250℃以下が特に好ましく、220℃以上250℃以下が最も好ましい。
発光層234において、ホスト材料の三重項最低励起エネルギー(T1エネルギー)が発光材料のT1エネルギーより高いことが発光効率、駆動耐久性の点で好ましい。
ホスト材料として、以下の化合物を部分構造に含有していても良い。例えば、ピロール、インドール、カルバゾール(例えばCBP(4,4’-ジ(9-カルバゾイル)ビフェニル))、アザインドール、アザカルバゾール、トリアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、ピラゾール、イミダゾール、チオフェン、ポリアリールアルカン、ピラゾリン、ピラゾロン、フェニレンジアミン、アリールアミン、アミノ置換カルコン、スチリルアントラセン、フルオレノン、ヒドラゾン、スチルベン、シラザン、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、ポルフィリン系化合物、ポリシラン系化合物、ポリ(N-ビニルカルバゾール)、アニリン系共重合体、チオフェンオリゴマー、ポリチオフェン等の導電性高分子オリゴマー、有機シラン、カーボン膜、ピリジン、ピリミジン、トリアジン、アントラキノジメタン、アントロン、ジフェニルキノン、チオピランジオキシド、カルボジイミド、フルオレニリデンメタン、ジスチリルピラジン、フッ素置換芳香族化合物、ナフタレンペリレン等の複素環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン、8-キノリノ-ル誘導体の金属錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾ-ルやベンゾチアゾ-ルを配位子とする金属錯体に代表される各種金属錯体及びそれらの誘導体(置換基や縮環を有していてもよい)や、後述の正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層の項で例示されている材料が挙げられる。
さらに、ホスト材料として例えば、特開2002-100476号公報の段落[0113]~[0161]に記載の化合物及び特開2004-214179号公報の段落[0087]~[0098]に記載の化合物を好適に用いることができるが、これらに限定されることはない。
発光層234の厚さは、特に限定されるものではないが、通常、1nm~500nmであるのが好ましく、5nm~200nmであるのがより好ましく、10nm~100nmであるのが更に好ましい。
-正孔注入層、正孔輸送層-
正孔注入層231、正孔輸送層232は、陽極221と発光層234との間に設けられ、陽極221又は陽極221側から正孔を受け取り陰極222側に輸送する機能を有する層である。正孔注入層231、正孔輸送層232は、具体的には、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、ポルフィリン系化合物、有機シラン誘導体、カーボン等を含有する層であることが好ましい。
正孔注入層231、正孔輸送層232は、陽極221と発光層234との間に設けられ、陽極221又は陽極221側から正孔を受け取り陰極222側に輸送する機能を有する層である。正孔注入層231、正孔輸送層232は、具体的には、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アリールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、スチルベン誘導体、シラザン誘導体、芳香族第三級アミン化合物、スチリルアミン化合物、ポルフィリン系化合物、有機シラン誘導体、カーボン等を含有する層であることが好ましい。
正孔注入層231、正孔輸送層232の厚さは、駆動電圧を下げるという観点から、各々500nm以下であることが好ましい。
正孔輸送層232の厚さとしては、1nm~500nmであるのが好ましく、5nm~200nmであるのがより好ましく、5nm~100nmであるのが更に好ましい。また、正孔注入層231の厚さとしては、0.1nm~500nmであるのが好ましく、0.5nm~300nmであるのがより好ましく、1nm~200nmであるのが更に好ましい。
正孔注入層231、正孔輸送層232は、上述した材料の一種又は二種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
-電子注入層、電子輸送層-
電子注入層(不図示)、電子輸送層235は、陰極222と発光層234の間に設けられ、陰極222又は陰極222側から電子を受け取り陽極221側に輸送する機能を有する層である。電子注入層、電子輸送層235は、具体的には、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレン、ペリレン等の芳香環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、フェナントレン誘導体、フェナントロリン誘導体、8-キノリノール誘導体の錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾールを配位子とする錯体に代表される各種錯体、有機シラン誘導体、等を含有する層であることが好ましい。
電子注入層(不図示)、電子輸送層235は、陰極222と発光層234の間に設けられ、陰極222又は陰極222側から電子を受け取り陽極221側に輸送する機能を有する層である。電子注入層、電子輸送層235は、具体的には、トリアゾール誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、イミダゾール誘導体、フルオレノン誘導体、アントラキノジメタン誘導体、アントロン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド誘導体、フルオレニリデンメタン誘導体、ジスチリルピラジン誘導体、ナフタレン、ペリレン等の芳香環テトラカルボン酸無水物、フタロシアニン誘導体、フェナントレン誘導体、フェナントロリン誘導体、8-キノリノール誘導体の錯体やメタルフタロシアニン、ベンゾオキサゾールやベンゾチアゾールを配位子とする錯体に代表される各種錯体、有機シラン誘導体、等を含有する層であることが好ましい。
電子注入層、電子輸送層235の厚さは、駆動電圧を下げるという観点から、各々100nm以下であることが好ましい。
電子輸送層235の厚さとしては、1nm~100nmであるのが好ましく、5nm~50nmであるのがより好ましく、10nm~30nmであるのが更に好ましい。また、電子注入層の厚さとしては、0.1nm~100nmであるのが好ましく、0.2nm~80nmであるのがより好ましく、0.5nm~50nmであるのが更に好ましい。
電子注入層、電子輸送層235は、上述した材料の一種又は二種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
-正孔ブロック層-
正孔ブロック層(不図示)は、陰極222と発光層234の間に設けられ、陽極221側から発光層234に輸送された正孔が、陰極222側に通りぬけることを防止する機能を有する層である。図4では設けてはいないが、発光層234と陰極222側で隣接する有機層として、正孔ブロック層を設けることができる。
正孔ブロック層(不図示)は、陰極222と発光層234の間に設けられ、陽極221側から発光層234に輸送された正孔が、陰極222側に通りぬけることを防止する機能を有する層である。図4では設けてはいないが、発光層234と陰極222側で隣接する有機層として、正孔ブロック層を設けることができる。
正孔ブロック層を構成する有機化合物の例としては、アルミニウム(III)ビス(2-メチル-8-キノリナト)4-フェニルフェノラート(Aluminum (III)bis〔2-methyl-8-quinolinato〕4-phenylphenolate(BAlqと略記する))等のアルミニウム錯体、カルバゾール誘導体、トリアゾール誘導体、2,9-ジメチル-4,7-ジフェニル-1,10-フェナントロリン(2,9-Dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline(BCPと略記する))等のフェナントロリン誘導体等が挙げられる。
正孔ブロック層の厚さとしては、1nm~500nmであるのが好ましく、5nm~200nmであるのがより好ましく、10nm~100nmであるのが更に好ましい。
正孔ブロック層は、上述した材料の一種又は二種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
-電子ブロック層-
電子ブロック層233は、陽極221と発光層234との間に設けられ、陰極222側から発光層234に輸送された電子が、陽極221側に通りぬけることを防止する機能を有する層である。電子ブロック層233を構成する有機化合物の例としては、例えば前述の正孔輸送材料として挙げたものが適用できる。
電子ブロック層233は、陽極221と発光層234との間に設けられ、陰極222側から発光層234に輸送された電子が、陽極221側に通りぬけることを防止する機能を有する層である。電子ブロック層233を構成する有機化合物の例としては、例えば前述の正孔輸送材料として挙げたものが適用できる。
電子ブロック層233の厚さとしては、1nm~500nmであるのが好ましく、5nm~200nmであるのがより好ましく、10nm~100nmであるのが更に好ましい。
電子ブロック層233は、上述した材料の一種又は二種以上からなる単層構造であってもよいし、同一組成又は異種組成の複数層からなる多層構造であってもよい。
<保護層>
有機電界発光素子200全体は、保護層によって保護されていてもよい。保護層については、特開2008-270736号公報の段落番号[0169]~[0170]に記載の事項を本発明に適用することができる。
有機電界発光素子200全体は、保護層によって保護されていてもよい。保護層については、特開2008-270736号公報の段落番号[0169]~[0170]に記載の事項を本発明に適用することができる。
<封止容器>
有機電界発光素子200は、封止容器を用いて素子全体を封止されていてもよい。封止容器については、特開2008-270736号公報の段落番号[0171]に記載の事項を本発明に適用することができる。
有機電界発光素子200は、封止容器を用いて素子全体を封止されていてもよい。封止容器については、特開2008-270736号公報の段落番号[0171]に記載の事項を本発明に適用することができる。
(駆動)
有機電界発光素子200は、陽極221と陰極222との間に直流(必要に応じて交流成分を含んでもよい)電圧(通常2ボルト~15ボルト)、又は直流電流を印加することにより、発光を得ることができる。
有機電界発光素子200は、陽極221と陰極222との間に直流(必要に応じて交流成分を含んでもよい)電圧(通常2ボルト~15ボルト)、又は直流電流を印加することにより、発光を得ることができる。
有機電界発光素子200の駆動方法については、特開平2-148687号、同6-301355号、同5-29080号、同7-134558号、同8-234685号、同8-241047号の各公報、特許第2784615号、米国特許5828429号、同6023308号の各明細書、等に記載の駆動方法を適用することができる。
(有機電界発光素子の用途)
有機電界発光素子200は、表示素子、ディスプレイ、バックライト、電子写真、照明光源、記録光源、露光光源、読み取り光源、標識、看板、インテリア、又は光通信等に好適に利用できる。特に、照明装置、表示装置等の発光輝度が高い領域で駆動されるデバイスに好ましく用いられる。
有機電界発光素子200は、表示素子、ディスプレイ、バックライト、電子写真、照明光源、記録光源、露光光源、読み取り光源、標識、看板、インテリア、又は光通信等に好適に利用できる。特に、照明装置、表示装置等の発光輝度が高い領域で駆動されるデバイスに好ましく用いられる。
以下、実施例により本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
本発明の実施例及び比較例について説明する。以下に示す実施例及び比較例では、下記化合物(例示化合物)1~34を用いて検討を行った。これらの例示化合物1~34は、実施例において、わかりやすくするために新たに1~34の番号を付したものであり、(EB-1)~(EB-4)の具体例として既に挙げた化合物1~34と一致するものではない。
(実施例1~6,比較例1~3)
まず、2-iso-プロペニルアニリン、酢酸パラジウム、トリ(t-ブチル)ホスフィン、炭酸セシウム、及び6-ブロモ-2-ナフトエ酸メチル(をキシレンに溶解させ、窒素雰囲気下5時間沸点還流にて反応させることで、化合物1aを得た。化合物1aを酢酸、塩酸混合溶媒中に加え、60℃で30分攪拌し、化合物1bを得た。化合物1b、酢酸パラジウム、トリ(t-ブチル)ホスフィン、炭酸セシウム、及びブロモベンゼンをキシレンに溶解させ、窒素雰囲気下7時間沸点還流にて反応させることで、化合物1cを得た。窒素雰囲気下THF中に、二水素化ビス(2-メトキシエトキシ)アルミニウムナトリウム(SMEAH)70%トルエン溶液(を加え、0℃に冷却する。N-メチルピペラジンを滴下し、30分攪拌し、還元剤溶液を調整する。窒素雰囲気下-40℃にて、化合物1cのTHF溶液に、還元剤溶液を滴下した。反応溶液を-20℃で4時間攪拌した後、希塩酸で反応を停止し、化合物1dを得た。窒素雰囲気下、THF溶媒中に、化合物1dとベンゾインダンジオンを溶解させ、3時間還流し、放冷後、吸引ろ過して化合物1を得た。
次に、得られた反応化合物1(粗体)に対し、含有溶媒量が表1に示される実施例1~6,比較例1~3の量となるように、溶媒除去工程を実施して化合物1を主成分とする本発明の成膜用有機材料(以下、成膜用化合物1とする)を得た。具体的には、昇華精製と再結晶精製により、化合物1の溶媒量を調整した。各例の成膜用有機材料に含まれる残留溶媒量はNMR(分析システム:Bruker製、AV400)およびカールフィッシャー測定(平沼産業製 AQ-2100)で測定した。粉純度は、HPLCにより測定した(分析システム:島津製作所製LC-10A、カラム:東ソー製TSKGel-80TS)。
<成膜>
次に、各例の成膜用化合物1を用いて、ガラス基板上に成膜用化合物1を蒸着成膜速度が2Å/s程度にて安定したときを0分とし、真空抵抗加熱蒸着により膜厚100nmの蒸着膜を成膜した。その後レートを維持したまま、60分おきに新たなガラス基板上に、膜厚100nmの蒸着膜を成膜した。各例、0分、60分、120分時における蒸着膜を成膜した。120分時後の蒸着膜の成膜時点で連続加熱での合計蒸着膜厚は昇温過程も含めておよそ16000Åであった。
次に、各例の成膜用化合物1を用いて、ガラス基板上に成膜用化合物1を蒸着成膜速度が2Å/s程度にて安定したときを0分とし、真空抵抗加熱蒸着により膜厚100nmの蒸着膜を成膜した。その後レートを維持したまま、60分おきに新たなガラス基板上に、膜厚100nmの蒸着膜を成膜した。各例、0分、60分、120分時における蒸着膜を成膜した。120分時後の蒸着膜の成膜時点で連続加熱での合計蒸着膜厚は昇温過程も含めておよそ16000Åであった。
<評価>
各例において、蒸着膜の膜純度をHPLCで測定した。HPLCのピーク面積比によって算出した(検出波長:254nm)。
各例において、蒸着膜の膜純度をHPLCで測定した。HPLCのピーク面積比によって算出した(検出波長:254nm)。
評価結果を下記表1に示す。表に示されるように、実施例1~6の蒸着膜は、粉純度に影響されることなく、連続成膜時間120分までの膜純度の変化量が10%未満となり、量産性に適していることが確認された。
また、化合物1dとベンゾインダンジオンを溶解させた溶液を酢酸、アニソール、エタノール、ジメチルエーテル、もしくはそれらの混合溶媒に変更して同様に溶媒残存量を変化させたが、同様の結果となった。
<光電変換素子の作製>
次に、上記各例の成膜用化合物1を用いて光電変換素子を作製し、その特性の評価を行った。
次に、上記各例の成膜用化合物1を用いて光電変換素子を作製し、その特性の評価を行った。
ガラス基板上に、アモルファス性ITO(30nm)をスパッタ法により複数の基板に成膜して画素電極(下部電極)とした。その上に、下記式で表される電子ブロッキング層材料(EB-A)からなる(不可避不純物を含んでいてもよい)膜厚100nmの電子ブロッキング層を、溶媒除去工程を実施して残留溶媒を0.1mol%以下とした本発明の成膜用有機材料を用いて、真空抵抗加熱蒸着により形成した。
その上に、成膜用化合物1とフラーレンC60を真空抵抗加熱蒸着により共蒸着して膜厚300nmの光電変換層を形成した。共蒸着において、化合物1とフラーレンの体積比率は1:3となるようにし、蒸着速度2Å/s程度にて安定したときを0分として素子を作製開始し、光電変換層形成後、化合物1はレートを維持したまま、C60はレートがでない温度まで降温した状態で維持した。その後C60を再加熱し、60分おきに基板を交換しながら蒸着膜(300nm)を成膜した。
さらに、上部電極としてスパッタ法によりアモルファス性ITO(10nm)を成膜して透明電極(上部電極)とすることにより、光電変換素子を作製した。上部電極上には、封止層として加熱蒸着によるSiO膜形成後、その上にALCVD法によりAl2O3層を形成した。
[評価]
得られた各例の光電変換素子に対して、2×105V/cmの電場で印加したときの相対応答速度(0から99%信号強度への立ち上がり時間)および相対感度(波長500-750m)を測定した。結果を表2に示す。なお、各素子の光電変換性能の測定の際には、上部電極(透明導電性膜)側から光を入射した。
得られた各例の光電変換素子に対して、2×105V/cmの電場で印加したときの相対応答速度(0から99%信号強度への立ち上がり時間)および相対感度(波長500-750m)を測定した。結果を表2に示す。なお、各素子の光電変換性能の測定の際には、上部電極(透明導電性膜)側から光を入射した。
相対感度および相対応答速度は実施例1(表2)の0分時をそれぞれ100とする相対値で表した。表2に示されるように、実施例1~6(表2)の蒸着膜を用いた光電変換素子では、相対応答速度及び感度の変化が5%以内にとどまっており、量産性に適していることが確認された。
(実施例7~47、比較例4~39)
化合物2~34についても化合物1の実施例、比較例と同様に、ガラス基板上に化合物を蒸着成膜速度2Å/s程度に達したときを0分とし、蒸着膜(100nm)を真空抵抗加熱蒸着により成膜開始した。その後レートを維持したまま、60分おきに新たに蒸着膜(100nm)を真空抵抗加熱蒸着により成膜し、膜純度を評価した。
脱水キシレンに1,2’-ジナフチルアミン(東京化成工業社製)、6―ブロモ―2-ナフトエ酸メチル(和光純薬工業社製)、酢酸パラジウム、BINAP(2,2’-ビス(ジフェニルホスフィノ)-1,1’-ビナフチル)、炭酸セシウムを加え、4時間還流した。反応混合物をシリカゲルカラムで精製することによって化合物2-aを得た。脱水トルエンにSMEAH(水素化ビス(2-メトキシエトキシ)アルミニウムナトリウム・トルエン溶液(約70%)(和光純薬工業社製)を加え、内温を氷浴で0℃にした後、1-メチルピペラジンを脱水トルエンに溶かした溶液を滴下した。脱水トルエンに化合物2-aを溶かし、内温をドライアイス浴で-40℃にした後、これに、先ほど調整したSMEAHトルエン溶液を滴下した。4.5時間攪拌した後、濃塩酸でクエンチし、反応混合物をシリカゲルカラムによって精製することによって化合物2-bを得た。化合物2は、化合物2-bを用いて公知の方法(米国特許出願公開第2005/0065351)に従って合成した。
〔化合物3の合成〕
実施例2における1,2’-ジナフチルアミンをN-フェニル-2-ナフチルアミン(東京化成工業社製)に変更すること以外は同様にして例示化合物3を合成した。
実施例2における1,2’-ジナフチルアミンをN-フェニル-2-ナフチルアミン(東京化成工業社製)に変更すること以外は同様にして例示化合物3を合成した。
3,5-ジ-tert-ブチルアニリン、酢酸パラジウム、トリフェニルホスフィン、炭酸セシウム、及び2-ブロモナフタレンをキシレンに溶解させ、窒素雰囲気下7時間沸点還流にて反応させることで、化合物4-aを得た。化合物4-a、酢酸パラジウム、トリフェニルホスフィン、炭酸セシウム、及び6-ブロモ-2-ナフトエ酸メチルをキシレンに溶解させ、窒素雰囲気下10時間沸点還流にて反応させることで、化合物4-bを得た。窒素雰囲気下THF中に、二水素化ビス(2-メトキシエトキシ)アルミニウムナトリウム(SMEAH)70%トルエン溶液を加え、0℃に冷却する。N-メチルピペラジンを滴下し、30分攪拌し、還元剤溶液を調整する。窒素雰囲気下-40℃にて、化合物4-bのTHF溶液に、還元剤溶液を滴下する。反応溶液を-20℃で4時間攪拌した後、希塩酸で反応を停止し、化合物4-cを得た。窒素雰囲気下、酢酸溶媒中に、化合物4-cとベンゾインダンジオンを加え、3時間還流した。放冷後、吸引ろ過を行い、N,N-ジメチルアセトアミドで再結晶を行った。吸引ろ過を行うことで、化合物4を得た。
化合物5-aは、Org.Lett.2009,11,1-4.に記載の方法で合成した。化合物5-aを脱水N,N-ジメチルホルムアミドに溶解させ、これにトリフルオロメタンスルホン酸無水物を滴下した。窒素雰囲気下90℃に加熱し一時間攪拌して化合物5-bを得た。窒素雰囲気下、2-プロパノール溶媒中に、化合物5-bとベンゾインダンジオンを加え、3時間還流した。放冷後、吸引ろ過を行い、化合物5を得た。
〔化合物6の合成〕
例示化合物6は、以下の反応式により製造することができる。
イソプロペニルアニリン、オルトヨード安息香酸メチル、酢酸パラジウム(、トリ(t-ブチル)ホスフィン、炭酸セシウムをキシレンに溶解させ、窒素雰囲気下5時間還流にて反応させることで、化合物6-aを得た。化合物6-aを酢酸、濃塩酸混合溶媒中に加え、60℃で1時間攪拌し、化合物6-bを得た。化合物6-b、パラジブロモベンゼン、銅粉末、ヨウ化銅、炭酸カリウムをジフェニルエーテルに添加し、5時間還流することで化合物6-cを得た。化合物6-cを脱水テトラヒドロフランに溶解させ、3Mメチルグリニャール試薬(エチルエーテル溶液)を滴下した。その後、還流温度まで加熱し、1時間攪拌することで化合物6-dを得た。化合物6-dをりん酸に添加し、90℃で2時間攪拌することで化合物6-eを得た。化合物6-eを脱水テトラヒドロフランに溶解させ、ドライアイスバスを用いて-40℃に冷却した後、n-ブチルリチウム(1.6M in Hexane)を滴下し、15分間攪拌した。これに脱水N,N-ジメチルホルムアミドを滴下し、ドライアイスバスを取り除いた。1M希塩酸を加えることで化合物6-fを得た。窒素雰囲気下、2-プロパノール溶媒中に、化合物6-fとベンゾインダンジオンを加え、3時間還流した。放冷後、吸引ろ過を行い、化合物6を得た。
例示化合物6は、以下の反応式により製造することができる。
化合物b(1.10g,2.02mmol)と酢酸パラジウム(22.7mg,0.101mmol)、トリ(t-ブチル)ホスフィン(61.3mg,0.303mmol)、炭酸セシウム(2.63g,8.08mmol)、及び化合物d(1.24g,4.44mmol)をキシレン11mlに溶解させ、窒素雰囲気下4時間沸点還流にて反応させた。反応混合物に酢酸エチルと水を加えて有機相を分離し、有機相を、水、飽和食塩水で洗浄した後減圧下に濃縮し、得られた反応混合物を再結晶により精製、化合物7を得た。
化合物b(1.10g,2.02mmol)と酢酸パラジウム(22.7mg,0.101mmol)、トリ(t-ブチル)ホスフィン(61.3mg,0.303mmol)、炭酸セシウム(2.63g,8.08mmol)、及び化合物e(1.36g,4.24mmol)をキシレン10mlに溶解させ、窒素雰囲気下4時間沸点還流にて反応させた。反応混合物に酢酸エチルと水を加えて有機相を分離し、有機相を水、飽和食塩水で洗浄した後減圧下に濃縮し、得られた反応混合物を再結晶により精製、化合物8を得た。
化合物b(1.10g,2.02mmol)と酢酸パラジウム(22.7mg,0.101mmol)、トリ(t-ブチル)ホスフィン(61.3mg,0.303mmol)、炭酸セシウム(2.63g,8.08mmol)、及び化合物f(1.13g,4.24mmol)をキシレン10mlに溶解させ、窒素雰囲気下4時間沸点還流にて反応させた。反応混合物に酢酸エチルと水を加えて有機相を分離し、有機相を水、飽和食塩水で洗浄した後減圧下に濃縮し、得られた反応混合物を再結晶により精製、化合物9を得た。
2-ブロモフルオレン(89.0g,0.363mol)をテトラヒドロフラン(THF)1.3lに溶解し、5℃に冷却、カリウム-tert-ブトキシド(102g,0.908mol)を加える。ヨウ化メチル(565ml,0.908mol)を5℃において滴下する。滴下後、室温で5時間攪拌し、2-ブロモ-9,9-ジメチル-フルオレンを収率87%で得た。窒素雰囲気下、THF50ml中に、マグネシウム粉末(3.51g,0.144mol)を加え、沸点還流し、2-ブロモ-9,9-ジメチル-フルオレン(75.0g,0.275mol)のTHF250ml溶液を滴下、1時間攪拌する。その後、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(1.59g,1.38mmol)を加え、2時間沸点還流し、収率82%で化合物aを得た。化合物a(43.8g,0.113mol)のクロロホルム500ml溶液に臭素(39.8g,0.249mol)を滴下、3時間攪拌して収率78%で化合物bを合成した。化合物b(1.10g,2.02mmol)と酢酸パラジウム(22.7mg,0.101mmol)、トリ(t-ブチル)ホスフィン(61.3mg,0.303mmol)、炭酸セシウム(2.63g,8.08mmol)、及び化合物c(991mg,4.44mmol)をキシレン11mlに溶解させ、窒素雰囲気下4時間沸点還流にて反応させた。反応混合物に酢酸エチルと水を加えて有機相を分離し、有機相を、水、飽和食塩水で洗浄した後減圧下に濃縮し、得られた反応混合物を再結晶により精製、化合物10を得た。
カルバゾールカリウム塩(17.6g,85.9mol)、1,3-ジブロモ-5-フルオロベンゼン(24.0g,94.5mol)を1-メチル-2-ピロリドン150mlに溶解し、100℃で3時間攪拌し、化合物iを収率75%で得た。化合物i(40.0g,99.7mmol)とフェニルボロン酸(13.4g,110mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(2.30g,1.99mmol)、炭酸ナトリウム(21.1g,199mmol)をトルエン500ml/H2O200ml/エタノール200ml混合溶媒に溶解させ、窒素雰囲気下2時間沸点還流にて反応させ、収率32%で化合物jを合成した。化合物j(7.00g,17.6mmol)とビス(ピナコラート)ジボロン(2.23g,8.80mmol)、PdCl2(dppf)(719mg,0.88mmol)、酢酸ナトリウム(5.18g,52.8mmol)をDMF80mlに溶解させ、窒素雰囲気下3時間沸点還流にて反応させた。反応混合物に酢酸エチルと水を加えて有機相を分離し、有機相を、水、飽和食塩水で洗浄した後減圧下に濃縮し、得られた反応混合物を再結晶により精製、例示化合物11を得た。
化合物k(7.00g,19.0mol)、1,3,5-トリブロモベンゼン(1.93g,6.13mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(355mg,0.307mmol)、炭酸ナトリウム(3.90g,36.8mmol)を1,2-ジメトキシエタン300ml/H2O80ml混合溶媒に溶解させ、窒素雰囲気下6時間沸点還流にて反応させた。反応混合物をろ過、酢酸エチルで洗浄し、得られた白色粉末を再結晶により精製、例示化合物15を得た。
化合物l(2.50g,7.02mol)、3-ビフェニルボロン酸(2.93g,14.8mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(406mg,0.351mmol)、炭酸ナトリウム(5.96g,56.2mmol)を1,2-ジメトキシエタン40ml/H2O 40ml混合溶媒に溶解させ、窒素雰囲気下6時間沸点還流にて反応させ、化合物mを収率72%で得た。化合物m(1.76g,4.39mmol)と塩化白金(1.17g,4.39mmol)をベンゾニトリル14mlに加え、窒素雰囲気下5時間沸点還流にて反応させた。反応混合物をろ過、酢酸エチルで洗浄し、得られた橙色粉末をベンゾニトリルを溶媒とした再結晶により精製、例示化合物20を得た。
Journal of Organic Chemistry,2005年,70巻,5014-5019項に従い、2,7-ジブロモカルバゾールを合成し、このサンプル3.5g、2-ブロモアントラセン8.3g、銅粉末0.8g、炭酸カリウム3g、1,2-ジクロロベンゼン20ml、18-クラウン-6-エーテル1.4gを加熱還流下、6時間窒素雰囲気下で攪拌した。室温まで冷却した後、反応液をトルエンーヘキサン混合溶媒でシリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、化合物n 1.7gを得た。このサンプルを化合物dと反応させ、例示化合物21を得た。
4-ヨードアニソール(25.1g,0.107mol)に1,4-ジブロモ-2-ニトロベンゼン(23.2g,0.0825mol)と銅粉末(15.6g,0.248mol)を加え、175℃で3時間攪拌し、化合物oを収率44%で得た。化合物o(11.1g,36.0mmol)とトリフェニルホスフィン(23.6g,90.0mmol)をo-ジクロロベンゼン70mlに溶解させ、窒素雰囲気下5時間沸点還流にて反応させ、化合物pを収率89%で得た。化合物p(4.4g,0.15.9mmol)と酢酸パラジウム(89.4mg,0.398mmol)、トリ(t-ブチル)ホスフィン(241mg,119mmol)、炭酸セシウム(15.5g,47.7mmol)、及びヨードトルエン(16.2g,79.5mmol)をキシレン86mlに溶解させ、窒素雰囲気下3時間沸点還流にて反応させ、化合物qを合成した(収率52%)。
窒素雰囲気下THF2ml中に、マグネシウム(103mg,4.24mmol)を加え、沸点還流し、化合物q(2.90g,8.23mmol)のTHF8ml溶液を滴下、1時間攪拌した。その後、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(47.6mg,0.0412mmol)を加え、2時間沸点還流し、収率52%で化合物rを得た。化合物r(1.20g,2.20mmol)を塩化メチレン50mlに溶解させ、0℃、窒素雰囲気下、1mol/lBBr3塩化メチレン溶液を5.5ml滴下し、室温にて3時間反応させた。
反応クエンチ後、反応混合物に酢酸エチルと水を加えて有機相を分離し、有機相を、水、飽和食塩水で洗浄した後減圧下に濃縮した。濃縮した反応混合物(化合物s)を塩化メチレン、N,N’-ジメチルホルムアミド混合溶媒(1:1)30mlに溶解し、トリエチルアミン(0.92ml, 6.60mmol)を加えた。窒素雰囲気下5℃で、ペルフルオロブタンスルホニルフルオリド(1.16ml,6.60mmol)を滴下、3時間室温にて反応させ、収率46%で化合物tを得た。化合物t(1.00g,0.925mmol)との酢酸パラジウム(11.3mg,0.0463mmol)、トリ(t-ブチル)ホスフィン(28.1mg,0.139mmol)、炭酸セシウム(1.21g,3.70mmol)、及び化合物d(567mg,2.03mmol)をキシレン9mlに溶解させ、窒素雰囲気下4時間沸点還流にて反応させた。
反応混合物に酢酸エチルと水を加えて有機相を分離し、有機相を、水、飽和食塩水で洗浄した後減圧下に濃縮し、得られた反応混合物を再結晶により精製、例示化合物22を得た。
3,6-ジブロモ-9-フェニルカルバゾール(2.00g,4.99mmol)と酢酸パラジウム(60.8mg,0.249mmol)、トリ(t-ブチル)ホスフィン(151mg,0.747mmol)、炭酸セシウム(6.51g,20.0mmol)、及びビス(9,9‘-ジメチルフルオレ-2-イル)アミン(4.46g,11.0mmol)をキシレン55mlに溶解させ、窒素雰囲気下5時間沸点還流にて反応させた。
反応混合物に酢酸エチルと水を加えて有機相を分離し、有機相を、水、飽和食塩水で洗浄した後減圧下に濃縮し、得られた反応混合物を再結晶により精製、例示化合物23を得た。
化合物b(1.11g,2.04mmol)と酢酸パラジウム(45.8mg,0.204mmol)、トリ(t-ブチル)ホスフィン(82.5mg,0.408mmolj、炭酸セシウム(2.66g,8.16mmol)、及び化合物h(1.20g,4.49mmol)をキシレン10mlに溶解させ、窒素雰囲気下8時間沸点還流にて反応させた。反応混合物に酢酸エチルと水を加えて有機相を分離し、有機相を水、飽和食塩水で洗浄した後減圧下に濃縮し、得られた反応混合物を再結晶により精製、例示化合物25を得た。
化合物b(1.10g,2.02mmol)と酢酸パラジウム(22.7mg,0.101mmol)、トリ(t-ブチル)ホスフィン(61.3mg,0.303mmol)、炭酸セシウム(2.63g,8.08mmol)、及び化合物g(845mg,4.24mmol)をキシレン10mlに溶解させ、窒素雰囲気下4時間沸点還流にて反応させた。反応混合物に酢酸エチルと水を加えて有機相を分離し、有機相を水、飽和食塩水で洗浄した後減圧下に濃縮し、得られた反応混合物を再結晶により精製、例示化合物26を得た。
J.Med.Chem.,1973年,16巻,1334-1339項に従い、Benz[f]indane-1,3-dioneを合成し、このサンプル2gと4-(N,N-ジフェニルアミノ)ベンズアルデヒド3.1gをエタノール20ml中で還流下、6時間過熱攪拌し、室温まで冷却した。得られた結晶を濾別、洗浄し、クロロホルムーアセトニトリルから再結晶を行うことで例示化合物27を得た。
J.Med.Chem.,1973年,17巻,2088-2094項に従い化合物uを合成し、化合物u(2.0g,4.70mmol)とBenz[f]indane-1,3-dione(1.01g,5.17mmol)をエタノール15ml20ml中で還流下、6時間過熱攪拌し、室温まで冷却した。得られた結晶を濾別、洗浄し、クロロホルムーアセトニトリルから再結晶を行うことで例示化合物28を得た。
実施例及び比較例に用いたその他の化合物は、上記の方法、US2007/0293704、Chem.Lett.,2006,35,158-159、EP1559706、WO99/40655などの文献を参考に合成した。
<光電変換素子の作製>
次に、上記各例の成膜用化合物7を用いて、実施例1と同様にして光電変換素子を作製し、その特性の評価を行った。
次に、上記各例の成膜用化合物7を用いて、実施例1と同様にして光電変換素子を作製し、その特性の評価を行った。
ガラス基板上に、アモルファス性ITO(30nm)をスパッタ法により複数の基板に成膜して画素電極(下部電極)とした。その上に、上記実施例15,16,比較例11と同様の条件で成膜用化合物7を、真空抵抗加熱蒸着により蒸着速度2Å/s程度にて安定したときを0分として、膜厚100nmの電子ブロッキング層を形成した。電子ブロッキング層形成後、化合物7はレートを維持したまま、60分おきに基板を交換しながら蒸着膜(100nm)を成膜した。
その上に、成膜用化合物6とフラーレンC60を真空抵抗加熱蒸着により共蒸着して膜厚300nmの光電変換層を形成した。共蒸着において、化合物6とフラーレンの体積比率は1:3となるようにした。
さらに、上部電極としてスパッタ法によりアモルファス性ITO(10nm)を成膜して透明電極(上部電極)とすることにより、光電変換素子を作製した。上部電極上には、封止層として加熱蒸着によるSiO膜形成後、その上にALCVD法によりAl2O3層を形成した。
[評価]
得られた各例の光電変換素子に対して、2×105V/cmの電場で印加したときの相対応答速度(0から99%信号強度への立ち上がり時間)および相対感度(波長500-750m)を測定した。結果を表5に示す。なお、各素子の光電変換性能の測定の際には、上部電極(透明導電性膜)側から光を入射した。
得られた各例の光電変換素子に対して、2×105V/cmの電場で印加したときの相対応答速度(0から99%信号強度への立ち上がり時間)および相対感度(波長500-750m)を測定した。結果を表5に示す。なお、各素子の光電変換性能の測定の際には、上部電極(透明導電性膜)側から光を入射した。
本発明の成膜用有機材料及びそれを用いた成膜方法は、デジタルカメラや携帯電話用カメラ、内視鏡用カメラ等に搭載される有機撮像素子や、有機ELディスプレイや有機EL照明等に搭載される有機発光素子、電子ペーパーや無線タグ等に搭載される有機薄膜トランジスタ、光センサ等に用いられる有機光電変換素子の有機層の成膜に好ましく適用することができる。
Claims (31)
- 有機光電変換素子を構成する有機層の乾式成膜に用いられる成膜用有機材料であって、
前記有機層の構成有機物を主成分とし
前記成膜用有機材料中の残留溶媒量が3mol%以下であることを特徴とする成膜用有機材料。 - 真空度1×10-3Pa以下における前記残留溶媒の蒸気圧が、前記構成有機物の昇華圧よりも高いことを特徴とする請求項1記載の成膜用有機材料。
- 前記有機層の成膜初期の膜純度に対する、前記乾式成膜を連続で2時間実施後の前記有機層の膜純度の比が0.9以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の成膜用有機材料。
- 前記乾式成膜を連続で実施して前記有機層の総膜厚が16000Åに達した時の該有機層の膜純度の、成膜初期の前記有機層の膜純度に対する比が0.9以上であることを特徴とする請求項1又は2に記載の成膜用有機材料。
- 前記乾式成膜を連続で実施して前記有機層の総膜厚が16000Åに達した時の該有機層の膜純度の、前記成膜用有機材料の純度に対する比が0.9以上であることを特徴とする請求項1~4のいずれかに記載の成膜用有機材料。
- 前記乾式成膜法が真空抵抗加熱蒸着法であることを特徴とする請求項1~5のいずれかに記載の成膜方法。
- 前記有機層が光電変換層又は電子ブロッキング層であることを特徴とする請求項1~6のいずれかに記載の成膜用有機材料。
- 前記一般式(D-I)で表される化合物が下記一般式(D-III)で表されることを特徴とする請求項8に記載の成膜用有機材料。
- 前記一般式(D-I)で表される化合物が下記一般式(D-IV)で表されることを特徴とする請求項8に記載の成膜用有機材料。
- 前記一般式(EB-1)で表される化合物が、下記一般式(EB-3)で表される化合物である、請求項13に記載の成膜用有機材料。
- 前記一般式(EB-3)で表される化合物が、下記一般式(EB-4)で表される化合物である、請求項14に記載の成膜用有機材料。
- 前記一般式(EB-3)及び前記一般式(EB-4)において、前記一般式(A-1)で表される置換基がR12及びR’12にそれぞれ独立に置換されてなることを特徴とする、請求項13又は14に記載の成膜用有機材料。
- 前記一般式(A-1)におけるnが1又は2を表す、請求項14~16のいずれか1項に記載の成膜用有機材料。
- 前記一般式(A-1)におけるRa3及びRa6の少なくとも1つがそれぞれ独立に、前記置換基(S11)により置換されてなることを特徴とする、請求項14~16のいずれか1項に記載の成膜用有機材料。
- 前記一般式(EB-3)及び前記一般式(EB-4)におけるYが-N(R20)-を表し、該R20はアルキル基、アリール基、又は複素環基を表す、請求項14~18のいずれかに記載の成膜用有機材料。
- 前記一般式(EB-3)及び前記一般式(EB-4)におけるYが-C(R21)(R22)-を表し、該R21及びR22はそれぞれ独立にアルキル基、アリール基、又は複素環基を表す、請求項14~18のいずれか1項に記載の成膜用有機材料。
- 前記一般式(EB-2)において、置換基を有してもよいR1がアリール基である、請求項21に記載の成膜用有機材料。
- 有機光電変換素子を構成する有機層を乾式成膜法により形成する方法であって、
前記有機層の構成有機物を主成分とする成膜用有機材料を用意し、
該成膜用有機材料に含まれる溶媒を、含量3mol%以下となるように除去する溶媒除去工程と、
該溶媒除去工程により残留溶媒量が3mol%以下となった前記成膜用有機材料を用いて前記有機層を前記乾式成膜法により形成する成膜工程とを有することを特徴とする有機層形成方法。 - 前記乾式成膜法が真空抵抗加熱蒸着法であることを特徴とする請求項23に記載の有機層形成方法。
- 前記有機層が光電変換層又は電子ブロッキング層であることを特徴とする請求項23又は24に記載の有機層形成方法。
- 前記有機層が光電変換層又は電子ブロッキング層であり、前記構成有機物が、下記一般式(D-I)又は(EB-1)であらわされる有機化合物であることを特徴とする請求項25に記載の有機層形成方法。
- 一対の電極と、前記一対の電極に挟持された少なくとも光電変換層を含む受光層又は発光層を有する有機光電変換素子の製造方法であって、
前記受光層を請求項23~26のいずれかに記載の成膜方法により成膜することを特徴とする有機光電変換素子の製造方法。 - 一対の電極と、前記一対の電極に挟持された少なくとも光電変換層を含む受光層又は発光層を有する有機光電変換素子であって、
前記一対の電極のうち少なくとも一方が透明電極であり、
前記受光層又は発光層が、請求項7~22のいずれかに記載の成膜用有機材料を用いて乾式成膜されたものを含むことを特徴とする有機光電変換素子。 - 複数の、請求項28に記載の光電変換素子と、
該光電変換素子の前記光電変換層で発生した電荷に応じた信号を読み出す信号読出し回路が形成された回路基板とを備えることを特徴とする光センサ。 - 複数の、請求項28に記載の光電変換素子と、
前記光電変換素子の前記光電変換層で発生した電荷に応じた信号を読み出す信号読出し回路が形成された回路基板とを備えることを特徴とする撮像素子。 - 複数の、請求項28に記載の光電変換素子を備えた発光素子であって、前記一対の電極間に電圧を印加することにより前記発光層から光を発光せしめ、前記透明電極側の端面からで前記光を取り出すことを特徴とする発光素子。
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