JP2006086493A - Photoelectric conversion film, photoelectric conversion element and imaging element, and method of applying electric field to them, and applied element - Google Patents

Photoelectric conversion film, photoelectric conversion element and imaging element, and method of applying electric field to them, and applied element Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a photoconductive film in which the half-value width of an absorption is narrow and which has excellent color reproduction, a photoelectric conversion element and an imaging element (preferably color image sensor) and to further provide a photoconductive film which has a high photoelectric conversion efficiency and excellent durability, a photoelectric conversion element and an imaging element. <P>SOLUTION: The imaging element includes the photoelectric conversion film which has the laminate structure of a p type semiconductor layer and an n type semiconductor layer between a pair of electrodes. The imaging element includes an organic compound of p type semiconductor and n type semiconductor in which orientation controlling is performed at least one of the p type semiconductor and the n type semiconductor. Or, in the photoelectric conversion film having at least one organic dye compound, the organic dye compound is formed in a J meeting object or an angle of the spectral absorption transition dipole moment of the organic dye compound and the electrode flat surface of the photoelectric conversion element is 40° or less. The photoelectric conversion element and the imaging element, and a method of applying an electric field to them are provided. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、光電変換膜、該光電変換膜を有する光電変換素子、及び固体撮像素子、並びに、これらに電場を印加する方法、及び印加した素子に関する。   The present invention relates to a photoelectric conversion film, a photoelectric conversion element having the photoelectric conversion film, a solid-state imaging element, a method of applying an electric field to these, and an applied element.

光電変換膜は、例えば光センサ等に広く利用され、特に、テレビカメラ等の撮像装置(固体撮像装置)の固体撮像素子(受光素子)として好適に用いられている。撮像装置の固体撮像素子として用いられる光電変換膜の材料としては、Si膜やa−Se膜等の無機材料の膜が主に用いられている。   The photoelectric conversion film is widely used for, for example, an optical sensor, and is particularly preferably used as a solid-state imaging element (light-receiving element) of an imaging apparatus (solid-state imaging apparatus) such as a television camera. As a material of a photoelectric conversion film used as a solid-state imaging element of an imaging device, an inorganic material film such as a Si film or an a-Se film is mainly used.

これら無機材料の膜を用いた従来の光電変換膜は、光電変換膜特性に対して急峻な波長依存性を持たない。このため、光電変換膜を用いた撮像装置は、入射光を赤、緑、青の三原色に分解するプリズムと、プリズムの後段に配置される3枚の光電変換膜とを備えた3板構造のものが主流となっている。   Conventional photoelectric conversion films using these inorganic material films do not have a steep wavelength dependence on the photoelectric conversion film characteristics. For this reason, an image pickup apparatus using a photoelectric conversion film has a three-plate structure including a prism that separates incident light into three primary colors of red, green, and blue, and three photoelectric conversion films that are arranged at the subsequent stage of the prism. Things have become mainstream.

しかしながら、この3板式構造の撮像装置は、構造上、寸法および質量がともに大きくなることを避けることができない。   However, this three-plate type imaging device cannot avoid an increase in size and mass due to its structure.

撮像装置の小型軽量化を実現するには、分光プリズムを設ける必要がなく、受光素子が1枚である単板構造のものが望まれ、例えば、単板受光素子に赤、緑、青のフィルタを配置した構造の撮像装置が検討され、光電変換膜の材料として、種類および特性が多様であり、また、加工形状の自由度が大きい等の利点を有する有機材料を用いることも検討されて、光感度(感度)を高めた光電変換膜、それを用いた受光素子が特開2003−158254号公報に記載されている。この文献では、p型半導体、n型半導体として、有機材料を用いているが、同公報の実施例では、p型有機材料としてポリメチルフェニルシラン(PMPS)、n型有機材料として8−ヒドロキシキノリンアルミニウム錯体(Alq3)を用い、有機色素であるクマリン6を上記PMPS 100質量部に対して5.0質量部添加した例が記載されているのみであり、又同公報の好適な実施の形態の項における記載も有機色素は光電変換膜を構成するp型またはn型有機材料100質量部に対して0.1〜50質量部用いることが好ましいと記載されているのみで、有機色素をp型またはn型有機材料として用いることの記載ない。   In order to reduce the size and weight of the image pickup apparatus, it is not necessary to provide a spectroscopic prism, and a single plate structure with one light receiving element is desired. For example, red, green, and blue filters are used for the single plate light receiving element. An image pickup device having a structure in which the structure is arranged is studied, and as a material of the photoelectric conversion film, there are various kinds and characteristics, and it is also considered to use an organic material having advantages such as a large degree of freedom of processing shape, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2003-158254 discloses a photoelectric conversion film with improved photosensitivity (sensitivity) and a light receiving element using the photoelectric conversion film. In this document, an organic material is used as the p-type semiconductor and the n-type semiconductor. However, in the example of the publication, polymethylphenylsilane (PMPS) is used as the p-type organic material, and 8-hydroxyquinoline is used as the n-type organic material. Only an example in which 5.0 parts by mass of coumarin 6 as an organic dye is added to 100 parts by mass of the above PMPS using an aluminum complex (Alq3) is described. The description in the paragraph also describes that the organic dye is preferably used in an amount of 0.1 to 50 parts by mass with respect to 100 parts by mass of the p-type or n-type organic material constituting the photoelectric conversion film. Or there is no description of using as an n-type organic material.

また、撮像装置の小型軽量化を実現するには、分光プリズムを設ける必要がなく、受光素子が1枚である単板構造のものとして、低解像度の積層型光電変換膜が特開2003−234460号公報に記載されている。この文献には、例えば、好ましい積層型光電変換膜は、光の三原色のうちのいずれか1色の波長の光を吸収する機能を有する光電変換膜と、他の1色の波長の光を吸収する機能を有する光電変換膜と、残りの1色の光を吸収する機能を有する光電変換膜とを積層することで、高い、感度および解像度を有するカラー画像を得ることができると記載されている。
しかしながら、同公報の実施例では、500nm以下の青色領域全般に光感度を有するクマリン6/ポリシラン膜及び、赤色領域とともに青色領域にも吸収領域を有するZnPc/Alq3膜を光電変換膜として用い、クマリン6/ポリシラン膜のフィルタ機能により、600〜700nmを中心とする略赤色領域全般のみに光感度を有する光電変換膜を記載しているのみである。
Further, in order to realize a reduction in size and weight of the imaging apparatus, it is not necessary to provide a spectroscopic prism, and a low-resolution stacked photoelectric conversion film is disclosed as a single-plate structure having one light receiving element. It is described in the gazette. In this document, for example, a preferable stacked photoelectric conversion film absorbs light of a wavelength of any one of the three primary colors of light and a light of a wavelength of another color. It is described that a color image having high sensitivity and resolution can be obtained by laminating a photoelectric conversion film having a function of absorbing and a photoelectric conversion film having a function of absorbing the remaining light of one color. .
However, in the example of the publication, a coumarin 6 / polysilane film having photosensitivity in the entire blue region of 500 nm or less and a ZnPc / Alq3 film having an absorption region in the blue region together with the red region are used as the photoelectric conversion film. 6 / Only the photoelectric conversion film having photosensitivity only in the substantially red region centering on 600 to 700 nm is described due to the filter function of the polysilane film.

また、特開2003−332551号公報には前記特開2003−234460号公報と同様な積層型光導電膜が記載されている。しかし、上記の特許文献1〜3には下記に記載する有機化合物の配向、有機色素化合物のJ会合体、及び色素化合物の分光吸収遷移双極子モーメントと光電変換素子の電極平面とのなす角については一切記載がない。   Japanese Patent Laid-Open No. 2003-332551 describes a multilayer photoconductive film similar to that of Japanese Patent Laid-Open No. 2003-234460. However, in the above Patent Documents 1 to 3, the orientation of the organic compound described below, the J aggregate of the organic dye compound, and the angle formed between the spectral absorption transition dipole moment of the dye compound and the electrode plane of the photoelectric conversion element Is not described at all.

一方、有機化合物の配向については非特許文献1(表面、31(10)40(1993))に記載の如く、基板の選択・蒸着条件の調整等により制御が可能である。例えば、基板表面にラビング処理を施し、その上に成長させる有機化合物に異方性を付与する方法等が挙げられる。
但し、基板結晶に依存した構造は高々十数層の厚さにおいてのみ観察され、膜厚が厚くなるとバルクの結晶構造をとるようになる。光導電膜では、光吸収率を高くするために、膜厚100nm以上(分子として100層以上)である場合が好ましい。従って、上記文献を光導電膜に適用できすることは困難である。光導電膜の場合、基板に加え有機化合物同士の相互作用を利用して配向を制御する必要があると考える。
On the other hand, as described in Non-Patent Document 1 (Surface, 31 (10) 40 (1993)), the orientation of the organic compound can be controlled by selecting the substrate and adjusting the deposition conditions. For example, the method of giving anisotropy to the organic compound which gives a rubbing process to the substrate surface and grows on it etc. is mentioned.
However, the structure depending on the substrate crystal is observed only at a thickness of at most a dozen layers, and when the film thickness is increased, a bulk crystal structure is taken. The photoconductive film preferably has a film thickness of 100 nm or more (100 layers or more as molecules) in order to increase the light absorption rate. Therefore, it is difficult to apply the above document to a photoconductive film. In the case of a photoconductive film, it is considered necessary to control the orientation by utilizing the interaction between organic compounds in addition to the substrate.

有機色素化合物のJ会合体については非特許文献2に記載されており、色素間相互作用していないモノマー(単量体)吸収に対して、吸収が長波長にシフトする会合体をJ会合体と呼ぶ。一般にJ会合体を形成するとモノマー状態と比較して長波長側の吸収幅は小さくなることが知られている。
特開2003−158254号公報 特開2003−234460号公報 特開2003−332551号公報 表面、1993年、31巻(10号)、40頁 ジェイムス(James)編「ザ・セオリー・オブ・ザ・フォトグラフィック・プロセス」(The Theory of the Photographic Process)第4版、マクミラン出版社、1977年、第8章、第214〜222頁
The J aggregate of the organic dye compound is described in Non-Patent Document 2, and an aggregate whose absorption shifts to a long wavelength with respect to the monomer (monomer) absorption that does not interact between the dyes is referred to as a J aggregate. Call it. In general, it is known that when a J aggregate is formed, the absorption width on the long wavelength side is smaller than that in the monomer state.
JP 2003-158254 A JP 2003-234460 A JP 2003-332551 A Surface, 1993, 31 (10), 40 James (The Theory of the Photographic Process) 4th edition, McMillan Publishing Company, 1977, Chapter 8, pages 214-222, The Theory of the Photographic Process.

本発明の目的は、吸収の半値幅が狭く色再現に優れた光導電膜、光電変換素子、及び撮像素子(好ましくはカラーイメージセンサー)を提供すること、さらに、光電変換効率が高く耐久性にも優れた光導電膜、光電変換素子、及び撮像素子を提供することである。   An object of the present invention is to provide a photoconductive film, a photoelectric conversion element, and an imaging element (preferably a color image sensor) that have a narrow half-width of absorption and excellent color reproduction, and have high photoelectric conversion efficiency and durability. Is to provide an excellent photoconductive film, photoelectric conversion element, and imaging element.

本発明は下記の解決手段により解決される。   The present invention is solved by the following means.

(1) 少なくとも一つの有機色素化合物を有する光電変換膜において、該有機色素化合物がJ会合体を形成していることを特徴とする光電変換膜。
J会合体を形成している色素化合物の吸収極大値が、単量体状態の色素溶液の吸収極大値より、10nm以上長波長であることが好ましく、かつJ会合体を形成している色素化合物のJ会合体の吸収の長波長側の吸収幅が、単量体状態の色素溶液の吸収の長波長側の吸収幅の2倍以下であることが好ましい。
(2) 少なくとも一つの有機色素化合物を有する光電変換膜において、該有機色素化合物の分光吸収遷移双極子モーメントと光電変換膜平面とのなす角が40°以下であることを特徴とする光電変換膜。該角が15°以下であることが好ましい。
(3) (1)または(2)記載の光電変換膜とそれを挟む一対の電極とを含む光電変換素子。
(4) (3)記載の光電変換素子を含む撮像素子。
(5) 1対の電極間にp型半導体の層とn型半導体の層が積層構造を持つ光電変換膜を有する撮像素子において、p型半導体及びn型半導体のうちの少なくとも1方に配向制御された有機化合物を含むことを特徴とする撮像素子。
(6) 1対の電極間にp型半導体とn型半導体との混合・分散(バルクヘテロ接合構造)層を持つ光電変換膜を有する撮像素子において、p型半導体及びn型半導体のうちの少なくとも1方に配向制御された有機化合物を含むことを特徴とする撮像素子。
(7) 1対の電極間にp型半導体層、n型半導体層および、それらの間にバルクヘテロ接合構造層層を持つ光電変換膜を有する撮像素子において、p型半導体及びn型半導体のうちの少なくとも1方に配向制御された有機化合物を含むことを特徴とする(6)記載の撮像素子。
(8) 前記、p型半導体及びn型半導体の両方に配向制御された有機化合物を含むことを特徴とする(5)〜(7)のいずれかに記載の撮像素子。
(9) 前記配向制御された有機化合物が有機色素であることを特徴とする(5)〜(8)のいずれかに記載の撮像素子。
(10) 前記有機色素がメロシアニン色素であることを特徴とする(9)に記載の撮像素子。
(11) 前記有機化合物の層の厚みが、30nm以上300nm以下であることを特徴とする、(1)もしくは(2)記載の光電変換膜、(3)記載の光電変換素子、または(4)〜(10)のいずれかに記載の撮像素子。
(12) (1)〜(11)のいずれかに記載の光電変換膜を2層以上積層したことを特徴とする撮像素子。
(13) (12)に記載の2層以上の光電変換素子が、青色光電変換素子、緑色光電変換素子、赤色光電変換素子の3層を含むことを特徴とする(12)に記載の撮像素子。
(14) 入射光側のp型半導体、又はn型半導体が無色であることを特徴とする(1)もしくは(2)記載の光電変換膜、(3)記載の光電変換素子、または(4)〜(13)のいずれかに記載の撮像素子。
(15) (13)に記載の青色光電変換素子、緑色光電変換素子、赤色光電変換素子の順に、分光吸収極大値を各々λmax1、λmax2、λmax3としたとき、λmax1が400nm以上500nm以下、λmax2が500nm以上600nm以下、λmax3が600nm以上700nm以下の範囲にあることを特徴とする(13)に記載の撮像素子。
(16) (13)に記載の青色光電変換素子、緑色光電変換素子、赤色光電変換素子の順に、分光感度極大値を各々Smax1、Smax2、Smax3としたとき、Smax1が400nm以上500nm以下、Smax2が500nm以上600nm以下、Smax3が600nm以上700nm以下の範囲にあることを特徴とする(13)に記載の撮像素子。
(17) (13)に記載の青色光電変換素子、緑色光電変換素子、赤色光電変換素子の分光極大吸収の50%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、120nm以下であることを特徴とする(13)に記載の撮像素子。
(18) (13)に記載の青色光電変換素子、緑色光電変換素子、赤色光電変換素子の分光極大感度の50%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、120nm以下であることを特徴とする(13)に記載の撮像素子。
(19) (13)に記載の青色光電変換素子、緑色光電変換素子、赤色光電変換素子の分光極大吸収の80%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、20nm以上で100nm以下であることを特徴とする(13)に記載の撮像素子。
(20) (13)に記載の青色光電変換素子、緑色光電変換素子、赤色光電変換素子の分光極大感度の80%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、20nm以上で100nm以下であることを特徴とする(13)に記載の撮像素子。
(21) (13)に記載の青色光電変換素子、緑色光電変換素子、赤色光電変換素子の分光極大吸収の20%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、180nm以下であることを特徴とする(13)に記載の撮像素子。
(22) (13)に記載の青色光電変換素子、緑色光電変換素子、赤色光電変換素子の分光極大感度の20%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、180nm以下であることを特徴とする(13)に記載の撮像素子。
(23) (13)に記載の青色光電変換素子、緑色光電変換素子、赤色光電変換素子の順に、分光極大吸収の50%を示す最も長波長が、各々、460nmから510nm、560nmから610nm、640nmから730nmであることを特徴とする(13)に記載の撮像素子。
(24) (13)に記載の青色光電変換素子、緑色光電変換素子、赤色光電変換素子の順に、分光極大感度の50%を示す最も長波長が、各々、460nmから510nm、560nmから610nm、640nmから730nmであることを特徴とする(13)に記載の撮像素子。
(1) A photoelectric conversion film having at least one organic dye compound, wherein the organic dye compound forms a J aggregate.
The dye compound forming the J aggregate is preferably 10 nm or more longer than the absorption maximum of the dye solution in the monomer state, and the dye compound forming the J aggregate The absorption width on the long wavelength side of the absorption of the J aggregate is preferably not more than twice the absorption width on the long wavelength side of the absorption of the dye solution in the monomer state.
(2) A photoelectric conversion film having at least one organic dye compound, wherein an angle formed by a spectral absorption transition dipole moment of the organic dye compound and a photoelectric conversion film plane is 40 ° or less. . The angle is preferably 15 ° or less.
(3) A photoelectric conversion element comprising the photoelectric conversion film according to (1) or (2) and a pair of electrodes sandwiching the photoelectric conversion film.
(4) An imaging device including the photoelectric conversion device according to (3).
(5) In an imaging device having a photoelectric conversion film in which a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer have a stacked structure between a pair of electrodes, orientation control is performed on at least one of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor. An imaging device comprising the organic compound prepared.
(6) In an imaging device having a photoelectric conversion film having a mixed / dispersed (bulk heterojunction structure) layer of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor between a pair of electrodes, at least one of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor An image sensor comprising an organic compound whose orientation is controlled in the direction.
(7) In an imaging device having a p-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer between a pair of electrodes, and a photoelectric conversion film having a bulk heterojunction structure layer layer between them, of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor The imaging device according to (6), comprising an organic compound whose orientation is controlled in at least one direction.
(8) The imaging device according to any one of (5) to (7), characterized in that an orientation-controlled organic compound is included in both the p-type semiconductor and the n-type semiconductor.
(9) The imaging device according to any one of (5) to (8), wherein the orientation-controlled organic compound is an organic dye.
(10) The image sensor according to (9), wherein the organic dye is a merocyanine dye.
(11) The photoelectric conversion film according to (1) or (2), the photoelectric conversion element according to (3), or (4), wherein the organic compound layer has a thickness of 30 nm to 300 nm. The imaging device according to any one of to (10).
(12) An imaging device, wherein two or more photoelectric conversion films according to any one of (1) to (11) are stacked.
(13) The image sensor according to (12), wherein the two or more layers of photoelectric conversion elements according to (12) include three layers of a blue photoelectric conversion element, a green photoelectric conversion element, and a red photoelectric conversion element. .
(14) The photoelectric conversion film according to (1) or (2), the photoelectric conversion element according to (3), or (4), wherein the p-type semiconductor or n-type semiconductor on the incident light side is colorless. The imaging device according to any one of to (13).
(15) When the spectral absorption maximum values are λmax1, λmax2, and λmax3 in the order of the blue photoelectric conversion element, the green photoelectric conversion element, and the red photoelectric conversion element described in (13), λmax1 is 400 nm to 500 nm, and λmax2 is (13) The imaging device according to (13), wherein 500 nm to 600 nm and λmax3 are in the range of 600 nm to 700 nm.
(16) When the spectral sensitivity maximum values are Smax1, Smax2, and Smax3 in the order of the blue photoelectric conversion element, the green photoelectric conversion element, and the red photoelectric conversion element described in (13), Smax1 is 400 nm to 500 nm, and Smax2 is The imaging device according to (13), wherein the imaging element has a range of 500 nm to 600 nm and Smax3 is in the range of 600 nm to 700 nm.
(17) The interval between the shortest wavelength and the longest wavelength that indicates 50% of the spectral maximum absorption of the blue photoelectric conversion element, the green photoelectric conversion element, and the red photoelectric conversion element according to (13) is 120 nm or less, respectively. (13) The imaging device according to (13).
(18) The interval between the shortest wavelength and the longest wavelength that indicates 50% of the spectral maximum sensitivity of the blue photoelectric conversion element, the green photoelectric conversion element, and the red photoelectric conversion element according to (13) is 120 nm or less, respectively. (13) The imaging device according to (13).
(19) The interval between the shortest wavelength and the longest wavelength that indicates 80% of the spectral maximum absorption of the blue photoelectric conversion element, the green photoelectric conversion element, and the red photoelectric conversion element according to (13) is 20 nm or more and 100 nm or less, respectively. (13) The image pickup device according to (13).
(20) The interval between the shortest wavelength and the longest wavelength, which indicates 80% of the spectral maximum sensitivity of the blue photoelectric conversion element, the green photoelectric conversion element, and the red photoelectric conversion element described in (13), is 20 nm or more and 100 nm or less, respectively. (13) The image pickup device according to (13).
(21) The interval between the shortest wavelength and the longest wavelength, which indicates 20% of the spectral maximum absorption of the blue photoelectric conversion element, the green photoelectric conversion element, and the red photoelectric conversion element described in (13), is 180 nm or less, respectively. (13) The imaging device according to (13).
(22) The distance between the shortest wavelength and the longest wavelength, which indicates 20% of the spectral maximum sensitivity of the blue photoelectric conversion element, the green photoelectric conversion element, and the red photoelectric conversion element described in (13), is 180 nm or less, respectively. (13) The imaging device according to (13).
(23) In the order of the blue photoelectric conversion element, the green photoelectric conversion element, and the red photoelectric conversion element described in (13), the longest wavelengths indicating 50% of the spectral maximum absorption are 460 nm to 510 nm, 560 nm to 610 nm, and 640 nm, respectively. The imaging element according to (13), wherein the imaging element is from 730 to 730 nm.
(24) The longest wavelengths indicating 50% of the spectral maximum sensitivity in the order of the blue photoelectric conversion element, the green photoelectric conversion element, and the red photoelectric conversion element described in (13) are 460 nm to 510 nm, 560 nm to 610 nm, and 640 nm, respectively. The imaging element according to (13), wherein the imaging element is from 730 to 730 nm.

(25) (1)ましくは(2)に記載の光電変換膜、(3)に記載の光電変換素子、または(4)〜(24)のいずれかに記載の撮像素子に10V/m以上1×1012V/m以下の電場を印加する方法、及び印加した膜または素子。
(26) 少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位を有し、これらのうち少なくとも一つの部位が(4)〜(25)のいずれかに記載の撮像素子からなることを特徴とする素子。
(27) 少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位が少なくとも2層の積層型構造を有することを特徴とする(26)記載の素子。
(28) 上層が緑光を吸収し光電変換することができる部位からなることを特徴とする(27)記載の素子。
(29) 少なくとも3つの電磁波吸収/光電変換部位を有し、これらのうち少なくとも一つの部位が請求項1〜20のいずれかに記載の撮像素子からなることを特徴とする(26)〜(28)のいずれかに記載の素子。
(30) 上層が緑光を吸収し光電変換することができる部位からなることを特徴とする(29)記載の素子。
(31) 少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位が無機層からなることを特徴とする(29)または(30)記載の素子。
(32) 少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位がシリコン基盤内に形成されていることを特徴とする(29)または(30)記載の素子。
(33) (26)〜(32)のいずれかに記載の請求項4〜24のいずれかに記載の撮像〕素子に10V/m以上1×1012V/m以下の電場を印加する方法、及び印加した素子。
(25) 10 V / m or more for the photoelectric conversion film according to (1) or (2), the photoelectric conversion element according to (3), or the imaging element according to any one of (4) to (24). A method of applying an electric field of 1 × 10 12 V / m or less, and an applied film or device.
(26) An element having at least two electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion parts, wherein at least one of these parts is composed of the imaging device according to any one of (4) to (25).
(27) The element according to (26), wherein at least two electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites have a laminated structure of at least two layers.
(28) The device according to (27), wherein the upper layer is composed of a portion capable of absorbing green light and performing photoelectric conversion.
(29) It has at least three electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion parts, and at least one of these parts is composed of the image pickup device according to any one of claims 1 to 20. ).
(30) The device according to (29), wherein the upper layer is composed of a site capable of absorbing green light and performing photoelectric conversion.
(31) The element according to (29) or (30), wherein at least two electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites are made of an inorganic layer.
(32) The element according to (29) or (30), wherein at least two electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites are formed in a silicon substrate.
(33) The imaging according to any one of claims 4 to 24 according to any one of (26) to (32)] a method of applying an electric field of 10 V / m or more and 1 × 10 12 V / m or less to the device, And applied element.

(以下、クレームと同様に記載する、
但し、クレーム1の好ましい態様として、[1]J会合体を形成している色素化合物の吸収極大値が、単量体状態の色素溶液の吸収極大値より、10nm以上長波長であることを特徴とする場合、[2]J会合体を形成している色素化合物のJ会合体の吸収の長波長側の吸収幅が、単量体状態の色素溶液の吸収の長波長側の吸収幅の2倍以下であることを特徴とする場合、クレーム4の好ましい態様として、[3]有機色素化合物の分光吸収遷移双極子モーメントと光電変換膜平面とのなす角が15°以下であることを特徴とする場合を追加する。)
(Hereafter, the same as the claim,
However, as a preferred embodiment of claim 1, [1] the absorption maximum value of the dye compound forming the J aggregate is 10 nm or more longer than the absorption maximum value of the dye solution in the monomer state. [2] The absorption width on the long wavelength side of the absorption of the J-aggregate of the dye compound forming the J-aggregate is 2 of the absorption width on the long wavelength side of the absorption of the dye solution in the monomer state. When it is characterized in that it is less than double, as a preferred embodiment of claim 4, [3] the angle formed by the spectral absorption transition dipole moment of the organic dye compound and the plane of the photoelectric conversion film is 15 ° or less, If you want to add. )

本発明の光導電膜、光電変換素子、及び撮像素子は吸収の半値幅が狭く色再現に優れ、さらに、光電変換効率が高く耐久性にも優れるという効果があるが、2層積層、及び、BGR3層積層型固体撮像素子においては、それ以外にも下記の特徴がある。
積層構造のため、モアレの発生がなく、光学ローパスフィルターが不要のため解像度が高く、色にじみがない。また信号処理が単純で、擬信号が発生しない。更に、CMOSの場合には、画素混合が容易で、部分読みが容易である。
開口率100%、マイクロレンズ不要のため、撮像レンズに対する射出瞳距離制限がなく、シェーデングがない。従ってレンズ交換カメラに適し、この際レンズの薄型化が可能になる。
マイクロレンズがないため、接着剤充填でガラス封止が可能となり、パッケージの薄型化、歩留まりが上昇し、コストダウンになる。
有機色素使用のため、高感度が得られ、IRフィルター不要で、フレアが低下する。
The photoconductive film, photoelectric conversion element, and imaging element of the present invention have a narrow half width of absorption and excellent color reproduction, and further have an effect of high photoelectric conversion efficiency and excellent durability. In addition to this, the BGR three-layer stacked solid-state imaging device has the following characteristics.
Due to the laminated structure, there is no moiré, no optical low-pass filter is required, so the resolution is high and there is no color blur. Further, signal processing is simple and no pseudo signal is generated. Furthermore, in the case of CMOS, pixel mixing is easy and partial reading is easy.
Since the aperture ratio is 100% and no microlens is required, there is no limitation on the exit pupil distance with respect to the imaging lens, and no shading. Therefore, it is suitable for a lens interchangeable camera, and in this case, the lens can be thinned.
Since there is no microlens, it is possible to seal the glass by filling the adhesive, reducing the package thickness, increasing the yield, and reducing the cost.
Because of the use of organic dyes, high sensitivity is obtained, no IR filter is required, and flare decreases.

本発明の好ましい態様の一つは、1対の電極間にp型半導体の層、n型半導体の層、(好ましくは混合・分散(バルクヘテロ接合構造)層)を持つ光電変換膜を有する撮像素子において、p型半導体及びn型半導体のうちの少なくとも1方に配向制御された有機化合物を含むことを特徴とする光電変換膜であり、好ましくは、p型半導体及びn型半導体の両方に配向制御された(可能な)有機化合物を含むことを特徴とする。
本発明は、光導電膜において、有機層の有機化合物の配向を制御することにより有機層のキャリア拡散長が短いという欠点を補い、光電変換効率を向上させるものである。
One preferred embodiment of the present invention is an imaging device having a photoelectric conversion film having a p-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer (preferably a mixed / dispersed (bulk heterojunction structure) layer) between a pair of electrodes. In the photoelectric conversion film, an organic compound whose orientation is controlled in at least one of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor is included. Preferably, both the p-type semiconductor and the n-type semiconductor have orientation control. It is characterized by containing a (possible) organic compound.
In the photoconductive film, the present invention compensates for the short carrier diffusion length of the organic layer by controlling the orientation of the organic compound in the organic layer, and improves the photoelectric conversion efficiency.

本発明においては、有機化合物の配向がランダムな状態に比べて秩序を有していることを特徴とする。ランダムでなければ秩序の程度は低くても高くても良いが、好ましくは高秩序の場合である。
光電変換膜の有機層に用いられる有機化合物としては、π共役電子を持つものが好ましく用いられるが、このπ電子平面が、基板(電極基板)に対して垂直ではなく、平行に近い角度で配向しているほど好ましい。基板に対する角度として好ましくは0°以上80°以下であり、さらに好ましくは0°以上60°以下であり、さらに好ましくは0°以上40°以下であり、さらに好ましくは0°以上20°以下であり、特に好ましくは0°以上10°以下であり、最も好ましくは0°(すなわち基板に対して平行)である。
The present invention is characterized in that the orientation of the organic compound is more ordered than in a random state. If it is not random, the degree of order may be low or high, but high order is preferable.
As the organic compound used in the organic layer of the photoelectric conversion film, one having π-conjugated electrons is preferably used, but this π-electron plane is not perpendicular to the substrate (electrode substrate) but oriented at an angle close to parallel. The better it is. The angle with respect to the substrate is preferably 0 ° or more and 80 ° or less, more preferably 0 ° or more and 60 ° or less, further preferably 0 ° or more and 40 ° or less, and further preferably 0 ° or more and 20 ° or less. Particularly preferably, it is 0 ° or more and 10 ° or less, and most preferably 0 ° (that is, parallel to the substrate).

上記のように、配向の制御された有機化合物の層は、有機層全体に対して一部でも含めば良い。好ましくは、有機層全体に対する配向の制御された部分の割合が10%以上の場合であり、さらに好ましくは30%以上、さらに好ましくは50%以上、さらに好ましくは70%以上、特に好ましくは90%以上、最も好ましくは100%である。
有機化合物の配向は、前記非特許文献1に記載のような基板の選択・蒸着条件の調整等により制御が可能である。例えば、基板表面にラビング処理を施し、その上に成長させる有機化合物に異方性を付与する方法等が挙げられる。但し、基板結晶に依存した構造は高々十数層の厚さにおいてのみ観察され、膜厚が厚くなるとバルクの結晶構造をとるようになる。本発明の光電変換素子では、光吸収率を高くするために、膜厚100nm以上(分子として100層以上)である場合が好ましく、このような場合、基板に加え有機化合物同士の相互作用を利用して配向を制御する必要がある。
As described above, the organic compound layer whose orientation is controlled may be partially included in the entire organic layer. Preferably, the proportion of the portion whose orientation is controlled with respect to the entire organic layer is 10% or more, more preferably 30% or more, more preferably 50% or more, further preferably 70% or more, and particularly preferably 90%. Above, most preferably 100%.
The orientation of the organic compound can be controlled by selecting the substrate and adjusting the deposition conditions as described in Non-Patent Document 1. For example, the method of giving anisotropy to the organic compound which gives a rubbing process to the substrate surface and grows on it etc. is mentioned. However, the structure depending on the substrate crystal is observed only at a thickness of at most a dozen layers, and when the film thickness is increased, a bulk crystal structure is taken. In the photoelectric conversion element of the present invention, in order to increase the light absorption rate, it is preferable that the film thickness is 100 nm or more (100 layers or more as molecules). Therefore, it is necessary to control the orientation.

有機化合物同士の相互作用の力としてはいかなるものでも良いが、例えば分子間力として、ファン・デル・ワールス(van der Waals)力(さらに細かくは、永久双極子−永久双極子間に働く配向力、永久双極子−誘起双極子間に働く誘起力、一時双極子−誘起双極子間に働く分散力に分けて表現できる。)、電荷移動力(CT)、クーロン力(静電力)、疎水結合力、水素結合力、配位結合力などが挙げられる。これらの結合力は、1つだけ利用することも、また任意のものを複数組み合わせて用いることもできる。
好ましくは、ファン・デル・ワールス力、電荷移動力、クーロン力、疎水結合力、水素結合力であり、さらに好ましくはファン・デル・ワールス力、クーロン力、水素結合力であり、特に好ましくはファン・デル・ワールス力、クーロン力であり、最も好ましくはファン・デル・ワールス力である。
Any interaction force between organic compounds may be used. For example, as an intermolecular force, van der Waals force (more precisely, an orientation force acting between a permanent dipole and a permanent dipole) It can be expressed in terms of induced force acting between permanent dipole and induced dipole, and dispersion force acting between temporary dipole and induced dipole.), Charge transfer force (CT), Coulomb force (electrostatic force), hydrophobic bond Force, hydrogen bonding force, coordination bonding force and the like. Only one of these bonding forces can be used, or a plurality of arbitrary bonding forces can be used in combination.
Preferred are van der Waals force, charge transfer force, coulomb force, hydrophobic bond force and hydrogen bond force, more preferred are van der Waals force, coulomb force and hydrogen bond force, and particularly preferred is fan. -Del Waals force and Coulomb force, most preferably Van der Waals force.

本発明のおける有機化合物同士の相互作用の一つとして、共有結合、又は配位結合を用いることも可能であり、好ましくは共有結合で連結されている場合である(なお、配位結合については、分子間力の一つの配位結合力とみなすこともできる)。これらの場合において、共有結合、又は配位結合は予め形成されていても、有機層を形成する過程で形成されていても良い。   As one of the interactions between the organic compounds in the present invention, it is possible to use a covalent bond or a coordinate bond, and it is preferably a case where they are linked by a covalent bond ( It can also be regarded as a single coordination bond of intermolecular forces). In these cases, the covalent bond or the coordinate bond may be formed in advance or may be formed in the process of forming the organic layer.

上記の分子間力と共有結合のうち、好ましくは分子間力を用いて有機化合物の配向を制御した場合である。
これらの分子間力の引力のエネルギーとして好ましくは15kJ/mol以上、さらに好ましくは20kJ/mol以上、特に好ましくは40kJ/mol以上の場合である。上限は特にないが、好ましくは5000kJ/mol以下、さらに好ましくは1000kJ/mol以下である。
Of the above intermolecular forces and covalent bonds, the intermolecular force is preferably used to control the orientation of the organic compound.
The attractive energy of these intermolecular forces is preferably 15 kJ / mol or more, more preferably 20 kJ / mol or more, and particularly preferably 40 kJ / mol or more. Although there is no upper limit in particular, Preferably it is 5000 kJ / mol or less, More preferably, it is 1000 kJ / mol or less.

また、有機化合物に誘電異方性や分極を付与しておき、成長中に電場を印加して分子を配向させる方法を用いることも可能である。   It is also possible to use a method in which dielectric anisotropy or polarization is imparted to an organic compound, and an electric field is applied during growth to align molecules.

本発明の好ましい撮像素子としては、1対の電極間にp型半導体の層とn型半導体の層が積層構造を持つ光電変換膜を有する撮像素子;1対の電極間にp型半導体とn型半導体との混合・分散(バルクヘテロ接合構造)層を持つ光電変換膜を有する撮像素子;1対の電極間にp型半導体とn型半導体とのpn接合層の間にバルクヘテロ接合構造層層を持つ光電変換膜を有する撮像素子である。
本発明の有機化合物の配向が制御されている場合において、さらに好ましくはヘテロ接合面(例えばpn接合面)が基板に対して平行ではない場合である。ヘテロ接合面が、基板(電極基板)に対して平行ではなく、垂直に近い角度で配向しているほど好ましい。基板に対する角度として好ましくは10°以上90°以下であり、さらに好ましくは30°以上90°以下であり、さらに好ましくは50°以上90°以下であり、さらに好ましくは70°以上90°以下であり、特に好ましくは80°以上90°以下であり、最も好ましくは90°以下(すなわち基板に対して垂直)である。
As a preferable imaging device of the present invention, an imaging device having a photoelectric conversion film having a stacked structure of a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer between a pair of electrodes; a p-type semiconductor and n between the pair of electrodes. Imaging device having a photoelectric conversion film having a mixed / dispersed (bulk heterojunction structure) layer with a p-type semiconductor; a bulk heterojunction structure layer layer between a pn junction layer of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor between a pair of electrodes An image sensor having a photoelectric conversion film.
In the case where the orientation of the organic compound of the present invention is controlled, it is more preferable that the heterojunction plane (for example, pn junction plane) is not parallel to the substrate. It is more preferable that the heterojunction plane is oriented not at a parallel to the substrate (electrode substrate) but at an angle close to perpendicular. The angle with respect to the substrate is preferably 10 ° or more and 90 ° or less, more preferably 30 ° or more and 90 ° or less, further preferably 50 ° or more and 90 ° or less, and further preferably 70 ° or more and 90 ° or less. Particularly preferably, it is 80 ° or more and 90 ° or less, and most preferably 90 ° or less (that is, perpendicular to the substrate).

上記のような、ヘテロ接合面の制御された有機化合物の層は、有機層全体に対して一部でも含めば良い。好ましくは、有機層全体に対する配向の制御された部分の割合が10%以上の場合であり、さらに好ましくは30%以上、さらに好ましくは50%以上、さらに好ましくは70%以上、特に好ましくは90%以上、最も好ましくは100%である。このような場合、有機層におけるヘテロ接合面の面積が増大し、界面で生成する電子、正孔、電子正孔ペア等のキャリア量が増大し、光電変換効率の向上が可能となる。
上記のヘテロ接合層(面)を持つ光導電膜の具体的な図面の例は、特開2003-298152の図1〜図8に記載されているものが適用できる。
The organic compound layer whose heterojunction surface is controlled as described above may be partially included in the entire organic layer. Preferably, the proportion of the portion whose orientation is controlled with respect to the entire organic layer is 10% or more, more preferably 30% or more, more preferably 50% or more, further preferably 70% or more, and particularly preferably 90%. Above, most preferably 100%. In such a case, the area of the heterojunction surface in the organic layer increases, the amount of carriers of electrons, holes, electron-hole pairs, etc. generated at the interface increases, and the photoelectric conversion efficiency can be improved.
As examples of specific drawings of the photoconductive film having the heterojunction layer (surface), those described in FIGS. 1 to 8 of JP-A-2003-298152 can be applied.

以上、有機化合物のヘテロ接合面とπ電子平面の両方の配向が制御された光導電膜(光電変換膜)において、特に光電変換効率の向上が可能である。   As described above, in the photoconductive film (photoelectric conversion film) in which the orientations of both the heterojunction plane and the π-electron plane of the organic compound are controlled, the photoelectric conversion efficiency can be particularly improved.

本発明は、これらの有機化合物の配向が制御された有機光電変換膜を少なくとも一つ含み、好ましくは、少なくとも光光電変換が2層以上積層した撮像素子、及び、有機化合物の配向が制御された有機光電変換膜に電圧を印加した素子が好ましい。   The present invention includes at least one organic photoelectric conversion film in which the orientation of these organic compounds is controlled, and preferably an imaging device in which at least two photoelectric conversion layers are stacked, and the orientation of the organic compounds is controlled. A device in which a voltage is applied to the organic photoelectric conversion film is preferable.

本発明の好ましい態様の一つとして、有機色素化合物は、光電変換膜においてJ会合体を形成している状態で存在する。ここで、色素がJ会合体を形成している状態とは、色素間の相互作用のない単量体状態の色素溶液が示す吸収極大値より、長波長側に吸収極大値がシフトした状態であることを意味する。シフト幅として好ましくは、10nm以上であり、さらに好ましくは25nm以上であり、特に好ましくは50nm以上、最も好ましくは75nm以上である。シフト幅の上限は特にないが、好ましくは200nm以下であり、さらに好ましくは150nm以下である。
一般に、色素はJ会合体を形成すると単量体状態と比較して吸収極大が長波長側へシフトすることが知られている。(The Theory of the Photographic Process 、T. H. James 編集、1977年、MacmillanPublishing Co., Inc.)従って、上記によりJ会合体を定義することが出来る。
なお、単量体状態の色素溶液が示す吸収極大値は、色素濃度=1×10-5mol/lのジメチルホルムアミド(DMF)溶液中での吸収極大値を意味する。なお、色素がDMFに溶解しない場合は、溶媒として、クロロホルム、塩化メチレン、ジメチルスルホキシド、又はメタノールを用いても良い。
As one of the preferable embodiments of the present invention, the organic dye compound is present in a state where a J aggregate is formed in the photoelectric conversion film. Here, the state in which the dye forms a J-aggregate is a state in which the absorption maximum value is shifted to the long wavelength side from the absorption maximum value exhibited by the monomer state dye solution without interaction between the dyes. It means that there is. The shift width is preferably 10 nm or more, more preferably 25 nm or more, particularly preferably 50 nm or more, and most preferably 75 nm or more. The upper limit of the shift width is not particularly limited, but is preferably 200 nm or less, and more preferably 150 nm or less.
In general, it is known that when a dye forms a J-aggregate, the absorption maximum shifts to a longer wavelength side as compared with the monomer state. (The Theory of the Photographic Process, edited by TH James, 1977, Macmillan Publishing Co., Inc.) Thus, the J meeting can be defined by the above.
The absorption maximum value exhibited by the dye solution in the monomer state means the absorption maximum value in a dimethylformamide (DMF) solution having a dye concentration = 1 × 10 −5 mol / l. When the dye does not dissolve in DMF, chloroform, methylene chloride, dimethyl sulfoxide, or methanol may be used as a solvent.

また、光電変換膜において形成された色素のJ会合体の吸収の長波長側の吸収幅が、上記の単量体状態の色素溶液が示す吸収の長波長側の吸収幅の2倍以下の場合が好ましい。さらに好ましくは1.5倍以下であり、特に好ましくは1倍以下であり、最も好ましくは0.5倍以下である。ここで長波長側の吸収幅とは、吸収極大波長と、吸収極大波長より長波長で吸収極大の1/2の吸収を示す波長とのエネルギー幅を表す。一般に、J会合体を形成すると単量体状態と比較して長波長側の吸収幅は小さくなることが知られている。しかし、光電変換膜においては、色素がJ会合体を形成しない場合には色素間の不均一な相互作用が強くなるため吸収がブロード化し、単量体状態の色素溶液の長波長側の吸収幅に比べて吸収幅が2倍以上に大きくなる。従って、本発明においては、J会合体の好ましい吸収幅として上記を定義した。
なお、上記のように、J会合体を形成した有機色素化合物の層は、有機層全体に対して一部でも含めば良い。好ましくは、有機層全体に対する配向の制御された部分の割合が10%以上の場合であり、さらに好ましくは30%以上、さらに好ましくは50%以上、さらに好ましくは70%以上、特に好ましくは90%以上、最も好ましくは100%である。
Further, when the absorption width on the long wavelength side of the absorption of the J aggregate of the dye formed in the photoelectric conversion film is not more than twice the absorption width on the long wavelength side of the absorption exhibited by the dye solution in the above monomer state Is preferred. More preferably, it is 1.5 times or less, particularly preferably 1 time or less, and most preferably 0.5 times or less. Here, the absorption width on the long wavelength side represents the energy width between the absorption maximum wavelength and the wavelength that is longer than the absorption maximum wavelength and exhibits half the absorption maximum. In general, it is known that when a J aggregate is formed, the absorption width on the long wavelength side is smaller than that in the monomer state. However, in the photoelectric conversion film, when the dye does not form a J-aggregate, the non-uniform interaction between the dyes becomes strong, so the absorption becomes broad, and the absorption width on the long wavelength side of the dye solution in the monomer state The absorption width is more than twice as large as that of. Therefore, in the present invention, the above is defined as a preferable absorption width of the J aggregate.
As described above, the organic dye compound layer in which the J aggregates are formed may be partially included in the entire organic layer. Preferably, the proportion of the portion whose orientation is controlled with respect to the entire organic layer is 10% or more, more preferably 30% or more, more preferably 50% or more, further preferably 70% or more, and particularly preferably 90%. Above, most preferably 100%.

本発明の有機色素化合物が光電変換膜においてJ会合体を形成した場合、得られる光電変換膜の吸収の半値幅が狭くなり色再現性に優れるという長所の他に、驚くべきことに光電変換効率が著しく高くなることを見出した。また、驚くべきことに光電変換膜の耐久性も著しく向上することを見出した。   When the organic dye compound of the present invention forms a J aggregate in the photoelectric conversion film, in addition to the advantage that the half width of absorption of the obtained photoelectric conversion film is narrow and the color reproducibility is excellent, surprisingly, the photoelectric conversion efficiency Was found to be significantly higher. Surprisingly, it has been found that the durability of the photoelectric conversion film is also significantly improved.

有機色素化合物のJ会合体を形成するための、有機色素化合物同士の相互作用の力としてはいかなるものでも良いが、例えば分子間力として、ファン・デル・ワールス(van der Waals)力(さらに細かくは、永久双極子−永久双極子間に働く配向力、永久双極子−誘起双極子間に働く誘起力、一時双極子−誘起双極子間に働く分散力に分けて表現できる。)、電荷移動力(CT)、クーロン力(静電力)、疎水結合力、水素結合力、配位結合力などが挙げられる。これらの結合力は、1つだけ利用することも、また任意のものを複数組み合わせて用いることもできる。
好ましくは、ファン・デル・ワールス力、電荷移動力、クーロン力、疎水結合力、水素結合力であり、さらに好ましくはファン・デル・ワールス力、クーロン力、水素結合力であり、特に好ましくはファン・デル・ワールス力、クーロン力であり、最も好ましくはファン・デル・ワールス力である。
Any force may be used as the interaction force between the organic dye compounds to form the J-aggregate of the organic dye compound. For example, as the intermolecular force, van der Waals force (more finely) Can be expressed in terms of an orientation force acting between a permanent dipole and a permanent dipole, an induced force acting between a permanent dipole and an induced dipole, and a dispersion force acting between a temporary dipole and an induced dipole). Force (CT), coulomb force (electrostatic force), hydrophobic bond force, hydrogen bond force, coordination bond force, and the like. Only one of these bonding forces can be used, or a plurality of arbitrary bonding forces can be used in combination.
Preferred are van der Waals force, charge transfer force, coulomb force, hydrophobic bond force and hydrogen bond force, more preferred are van der Waals force, coulomb force and hydrogen bond force, and particularly preferred is fan. -Del Waals force and Coulomb force, most preferably Van der Waals force.

これらの分子間力の引力のエネルギーとして好ましくは15kJ/mol以上、さらに好ましくは20kJ/mol以上、特に好ましくは40kJ/mol以上の場合である。上限は特にないが、好ましくは5000kJ/mol以下、さらに好ましくは1000kJ/mol以下である。   The attractive energy of these intermolecular forces is preferably 15 kJ / mol or more, more preferably 20 kJ / mol or more, and particularly preferably 40 kJ / mol or more. Although there is no upper limit in particular, it is preferably 5000 kJ / mol or less, more preferably 1000 kJ / mol or less.

〔有機色素化合物の会合性〕
我々は、以上の光電変換膜においてJ会合体を形成する有機色素化合物には下記一般式(1)で示す好ましい会合性の範囲があることを見出した。以下の式(1)の値として、好ましくは1.5以上であり、さらに好ましくは2以上、特に好ましくは3.5以上、最も好ましくは5以上である。上限は特にないが、好ましくは20以下であり、さらに好ましくは15以下である。本発明の化合物の会合性がこれらの範囲にあるとき、得られる光電変換膜の光電変換効率が高くなるという長所の他に、光電変換膜の耐久性が向上することを見出した。
[Associability of organic dye compounds]
We have found that the organic dye compound that forms a J aggregate in the photoelectric conversion film described above has a preferable range of associative properties represented by the following general formula (1). The value of the following formula (1) is preferably 1.5 or more, more preferably 2 or more, particularly preferably 3.5 or more, and most preferably 5 or more. Although there is no upper limit in particular, Preferably it is 20 or less, More preferably, it is 15 or less. It has been found that when the association property of the compound of the present invention is in these ranges, the durability of the photoelectric conversion film is improved in addition to the advantage that the photoelectric conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion film is increased.

会合性について説明する。本発明では、会合性を(Agg)で表わす。
本発明の有機色素化合物(DyeX)は、下記の式(1)を満たすことが好ましい。
式(1) {Agg(DyeX)/Agg(Dye1)}≧1.1
式(1)において、Agg(Dye1)は下記のDye1の会合性、Agg(DyeX)はDyeXの会合性を表す。
Dye1
Explain about the meeting. In the present invention, the associative property is represented by (Agg).
The organic dye compound (DyeX) of the present invention preferably satisfies the following formula (1).
Formula (1) {Agg (DyeX) / Agg (Dye1)} ≧ 1.1
In the formula (1), Agg (Dye1) represents the following Dye1 associative property, and Agg (DyeX) represents the DyeX associative property.
Dye1

色素は色素同士の相互作用により会合(又は凝集とも呼ぶことができる)する性質を持っている。ここでは、この会合性を下式(B1)のモノマー吸収に対する会合体の吸収の割合により定義する。
Agg=A/M (B1)
(B1)式において、Aは会合吸収の吸収強度、Mはモノマー吸収の吸収強度を表す。測定条件は以下の通りである。
The dye has a property of associating (or also aggregating) due to the interaction between the dyes. Here, this associative property is defined by the ratio of the aggregate absorption to the monomer absorption of the following formula (B1).
Agg = A / M (B1)
In the formula (B1), A represents the absorption intensity of association absorption, and M represents the absorption intensity of monomer absorption. The measurement conditions are as follows.

色素濃度:1×10-5mol/L
溶媒:水
測定温度:25℃
上記条件にて、吸収スペクトルを測定し、A、Mを求める。
なお、上記条件で、本発明の有機色素化合物(DyeX)が溶解しないなどの理由により、測定することができない場合、適宜メタノール等の有機溶媒を加えた混合溶媒を用いて、DyeXと比較のDye1を測定することができる。式(1)は、DyeXとDye1との会合性の相対値で定義されているため、DyeXとDye1の会合性を同条件で測定すれば、式(1)の値に変わりはないからである。
Dye concentration: 1 × 10 −5 mol / L
Solvent: Water Measurement temperature: 25 ° C
Under the above conditions, the absorption spectrum is measured to determine A and M.
In addition, when measurement is not possible due to the reason that the organic dye compound (DyeX) of the present invention is not dissolved under the above conditions, a mixed solvent appropriately added with an organic solvent such as methanol is used, and Dye1 is compared with Dye1. Can be measured. This is because equation (1) is defined by the relative value of the association property between DyeX and Dye1, and therefore the value of equation (1) does not change if the association property between DyeX and Dye1 is measured under the same conditions. .

会合吸収とは、モノマー吸収以外の吸収であればいずれでも良く、例えばダイマー吸収、H会合吸収などが挙げられる。なお、この条件では、ほとんどの場合、会合吸収としてはモノマー吸収極大より短波長のダイマー会合吸収を示す。この場合、Aはダイマー吸収の吸収強度(D)を意味する。
但し、この条件で、H会合吸収やJ会合吸収を示す場合もあり、例えば会合吸収としてダイマー、H会合、及びJ会合吸収の3つの吸収を示す場合、Aはダイマー吸収の吸収強度(D)、H会合吸収の吸収強度(H)、及びJ会合吸収の吸収強度(J)の和を意味する。
The association absorption may be any absorption other than monomer absorption, and examples thereof include dimer absorption and H association absorption. Under these conditions, in most cases, as the absorption of association, dimer association absorption having a wavelength shorter than the monomer absorption maximum is exhibited. In this case, A means the absorption intensity (D) of dimer absorption.
However, under these conditions, H-association absorption or J-association absorption may be exhibited. For example, when three absorptions of dimer, H-association, and J-association absorption are exhibited as association absorption, A is the absorption intensity (D) of dimer absorption. , The sum of the absorption intensity (H) of H association absorption and the absorption intensity (J) of J association absorption.

なお、DyeXにpH=10以下で解離可能な基がある場合には、解離した状態で測定を行う。例えば、色素と当量のNaOH(その他KOH、トリエチルアミンなど、いかなる塩基を用いても良い。また、これらの塩基の色素に対する当量数は、解離基と塩基のpKaに応じて、必要な量だけ増やすことができる。)を加えることにより解離させることができる。   When DyeX has a group that can be dissociated at pH = 10 or less, the measurement is performed in a dissociated state. For example, any base such as NaOH equivalent to the dye (other KOH, triethylamine, etc. may be used. Also, the number of equivalents of these bases to the dye should be increased by the required amount depending on the dissociation group and the pKa of the base. Can be dissociated.

参考のため、以下に会合体の説明を行う。会合体については、例えばジェイムス(James)編「ザ・セオリー・オブ・ザ・フォトグラフィック・プロセス」(The Theory of the Photographic Process)第4版、マクミラン出版社、1977年、第8章、第214〜222頁、小林孝嘉著「J会合体(J-Aggregates)」ワールド・サイエンティフィック・パブリッシング社(World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd.)、1996年刊)、ケミカル・フィジックス・レター(Chemical Physics Letters),第6巻、第183頁(1970年)、Zeitschrift fur Physikalische Chemie,第49巻、第324頁、(1941年)、松原孝治、田中俊夫、日本写真学会誌、第52巻第5号、第395〜399頁、1989年、フォトグラフィック・サイエンス・アンド・エンジニアリング(Photographic Science and Engineering)第18巻、第3号、第335頁(1974年)などに詳細な説明がなされている。   For reference, the meeting is explained below. As for the association, for example, “The Theory of the Photographic Process” edited by James (The Theory of the Photographic Process), 4th edition, Macmillan Publishers, 1977, Chapter 8, 214. Pp. 222, “J-Aggregates” written by Takayoshi Kobayashi, World Scientific Publishing Co. Pte. Ltd., 1996, Chemical Physics Letters (Chemical Physics Letters) ), Vol. 6, 183 (1970), Zeitschiff fur Physikalische Chemie, Vol. 49, p. 324, (1941), Takaharu Matsubara, Toshio Tanaka, Journal of the Japan Photography Society, Vol. 52, No. 5, 395-399, 19 In 1989, Photographic Science and Engineering Vol. 18, No. 3, 335 (1974) and the like are described in detail.

モノマーとは単量体を意味する。会合体の吸収波長の観点では、モノマー吸収に対して、吸収が短波長にシフトする会合体をH会合体(2量体は特別にダイマーと呼び、この明細書ではH会合吸収はダイマー吸収を除いた吸収である)、長波長にシフトする会合体をJ会合体と呼ぶ。一般にJ会合体を形成するとモノマー状態と比較して長波長側の吸収幅は小さくなることが知られている。   A monomer means a monomer. From the viewpoint of the absorption wavelength of the aggregate, an aggregate whose absorption shifts to a short wavelength with respect to the monomer absorption is referred to as an H aggregate (a dimer is specially called a dimer. An aggregate that shifts to a long wavelength is called a J aggregate. In general, it is known that when a J aggregate is formed, the absorption width on the long wavelength side is smaller than that in the monomer state.

〔J会合性〕
我々は、さらに、本発明の有機色素化合物には下記一般式(2)で示す好ましいJ会合性の範囲があることを見出した。以下の式(2)の値として、好ましくは、5以上であり、さらに好ましくは25以上、さらに好ましくは50以上、特に好ましくは100以上、最も好ましくは150以上である。上限は特にないが、好ましくは500以下であり、さらに好ましくは250以下である。
本発明の有機色素化合物のJ会合性がこれらの範囲にあるとき、得られる光電変換膜の吸収の半値幅が狭くなるという長所の他に、驚くべきことに光電変換効率が著しく高くなることを見出した。また、驚くべきことに光電変換膜の耐久性も著しく向上することを見出した。
[J-association]
We have further found that the organic dye compound of the present invention has a preferable range of J-association represented by the following general formula (2). The value of the following formula (2) is preferably 5 or more, more preferably 25 or more, further preferably 50 or more, particularly preferably 100 or more, and most preferably 150 or more. Although there is no upper limit in particular, Preferably it is 500 or less, More preferably, it is 250 or less.
When the J-association property of the organic dye compound of the present invention is in these ranges, in addition to the advantage that the half width of absorption of the obtained photoelectric conversion film is narrow, surprisingly, the photoelectric conversion efficiency is remarkably increased. I found it. Surprisingly, it has been found that the durability of the photoelectric conversion film is also significantly improved.

J会合性について説明する。本発明では、J会合性を(J−Agg)で表わす。
本発明の色素化合物(DyeX)は、下記の式(2)を満たすことが好ましい。
式(2) {J−Agg(DyeX)/J−Agg(Dye1)}≧1.1
式(2)において、J−Agg(Dye1)はDye1のJ会合性、J−Agg(DyeX)DyeXのJ会合性を表す。
Explain about J-association. In the present invention, J association is represented by (J-Agg).
The dye compound (DyeX) of the present invention preferably satisfies the following formula (2).
Formula (2) {J-Agg (DyeX) / J-Agg (Dye1)} ≧ 1.1
In the formula (2), J-Agg (Dye1) represents the J-association property of Dye1 and J-association of J-Agg (DyeX) DyeX.

上記の式(1)の説明で述べたように色素は色素同士の相互作用により会合(又は凝集とも呼ぶことができる)する性質を持っている。式(2)では、この会合性の中でも、特にJ会合性を評価するため、下式(B2)のJ会合体以外の吸収に対するJ会合体の吸収の割合により定義する。
J−Agg=J/G (B2)
(B2)式において、JはJ会合吸収の吸収強度、GはJ会合吸収以外の吸収の吸収強度を表す。測定条件は以下の通りである。
色素濃度:1×10-5mol/L
溶媒:0.5%ゼラチン水(ゼラチンは脱イオンゼラチンを用いる)
温度:25℃
上記条件にて、3時間放置した後に25℃で吸収スペクトルを測定し、JおよびGを求める。
なお、上記条件で、本発明の有機色素化合物(DyeX)が溶解しないなどの理由により、測定することができない場合、適宜メタノール等の有機溶媒を加えた混合溶媒を用いて、DyeXと比較のDye1を測定することができる。式(2)は、DyeXとDye1との会合性の相対値で定義されているため、DyeXとDye1の会合性を同条件で測定すれば、式(1)の値に変わりはないからである。
As described in the description of the above formula (1), the dye has a property of associating (or also called aggregation) by the interaction between the dyes. In this formula (2), in order to evaluate the J-association in particular among these associative properties, it is defined by the ratio of the absorption of the J aggregate to the absorption other than the J aggregate of the following formula (B2).
J-Agg = J / G (B2)
In the formula (B2), J represents the absorption intensity of J association absorption, and G represents the absorption intensity of absorption other than J association absorption. The measurement conditions are as follows.
Dye concentration: 1 × 10 −5 mol / L
Solvent: 0.5% gelatin water (deionized gelatin is used as gelatin)
Temperature: 25 ° C
Under the above conditions, after standing for 3 hours, an absorption spectrum is measured at 25 ° C. to determine J and G.
In addition, when measurement is not possible due to the reason that the organic dye compound (DyeX) of the present invention does not dissolve under the above conditions, a mixed solvent appropriately added with an organic solvent such as methanol is used to compare DyeX with Dye1 for comparison. Can be measured. This is because equation (2) is defined by the relative value of the association between DyeX and Dye1, and therefore the value of equation (1) does not change if the association between DyeX and Dye1 is measured under the same conditions. .

J会合以外の吸収とは、J会合吸収以外の吸収であればいずれでも良く、例えばモノマー吸収、ダイマー吸収、H会合吸収などが挙げられる。
なお、この条件では、ほとんどの場合、J会合吸収以外の吸収はモノマー吸収とダイマー吸収を示す。この場合、Gはモノマー吸収の吸収強度(M)とダイマー吸収の吸収強度(D)の和を意味する。
Absorption other than J association may be any absorption other than J association absorption, and examples thereof include monomer absorption, dimer absorption, and H association absorption.
Under these conditions, in most cases, absorption other than J-association absorption shows monomer absorption and dimer absorption. In this case, G means the sum of the absorption intensity (M) of monomer absorption and the absorption intensity (D) of dimer absorption.

なお、DyeXにpH=10以下で解離可能な基がある場合には、解離した状態で測定を行う。例えば、色素と当量のNaOH(その他KOH、トリエチルアミンなど、いかなる塩基を用いても良い。また、これらの塩基の色素に対する当量数は、解離基と塩基のpKaに応じて、必要な量だけ増やすことができる。)を加えることにより解離させることができる。   When DyeX has a group that can be dissociated at pH = 10 or less, measurement is performed in a dissociated state. For example, any base such as NaOH equivalent to the dye (other KOH, triethylamine, etc. may be used. Also, the number of equivalents of these bases to the dye should be increased by the required amount depending on the dissociation group and the pKa of the base. Can be dissociated.

本発明の好ましい態様の一つとして、有機色素化合物を含む光電変換膜において、我々は、色素化合物の分光吸収遷移双極子モーメントと光電変換膜平面とのなす角に好ましい範囲があることを見出した。本発明の有機色素化合物の分光吸収遷移双極子モーメントと光電変換膜平面とのなす角として好ましくは40°以下であり、より好ましくは30°以下、さらに好ましくは15°以下、さらに好ましくは5°以下、特に好ましくは2°以下、最も好ましくは0°である。上記の好ましい角度の関係は、光電変換素子においては、有機色素化合物の分光吸収遷移双極子モーメントと光電変換素子の電極平面とのなす角が、上記範囲である場合に置き換えることができる。
本発明の有機色素化合物の分光吸収遷移双極子モーメントと光電変換素子の電極平面とのなす角がこれらの範囲にあるとき、得られる光電変換膜の光電変換効率が著しく高くなり、また、驚くべきことに光吸収率も顕著に向上することを見出した。
従来、有機光電変換素子の膜中での配向については、ほとんど注意が払われてこなかった。色素分子の遷移双極子モーメントは色素分子の長軸方向にあり、光電変換膜中の色素が光電変換素子の電極平面と角度をなしている場合、色素の遷移双極子モーメントと光電変換素子の電極平面が角度をなしていることになる。
本発明において、光励起により発生した色素中の励起子やキャリアーの移動度を向上させるには、色素の遷移双極子モーメントと電極平面とのなす角度が重要なパラメータであり、それらが平行に近いほど光電変換効率が高くなることを見出した。従来の有機光電変換素子を本観点で見直したところ、色素の遷移双極子モーメントと電極平面とのなす角度が平行に近い系はなく不充分であることが明確になった。
さらに、光は光電変換素子に垂直に入射するため、入射する光の電場の振動面は光電変換素子面と平行、すなわち光電変換素子の電極平面と平行になる。色素の遷移双極子モーメントと光電変換素子の電極平面が平行であると、入射光の電場振動面と一致するため、光吸収効率が高くなることが明らかとなった。
As one of preferred embodiments of the present invention, in a photoelectric conversion film containing an organic dye compound, we have found that there is a preferable range in the angle formed by the spectral absorption transition dipole moment of the dye compound and the plane of the photoelectric conversion film. . The angle formed by the spectral absorption transition dipole moment of the organic dye compound of the present invention and the photoelectric conversion film plane is preferably 40 ° or less, more preferably 30 ° or less, still more preferably 15 ° or less, and even more preferably 5 °. Hereinafter, it is particularly preferably 2 ° or less, most preferably 0 °. In the photoelectric conversion element, the preferable angle relationship can be replaced when the angle formed between the spectral absorption transition dipole moment of the organic dye compound and the electrode plane of the photoelectric conversion element is within the above range.
When the angle formed between the spectral absorption transition dipole moment of the organic dye compound of the present invention and the electrode plane of the photoelectric conversion element is within these ranges, the photoelectric conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion film is remarkably increased, and it is surprising. In particular, it has been found that the light absorption rate is also significantly improved.
Conventionally, little attention has been paid to the orientation of the organic photoelectric conversion element in the film. The transition dipole moment of the dye molecule is in the major axis direction of the dye molecule, and when the dye in the photoelectric conversion film forms an angle with the electrode plane of the photoelectric conversion element, the transition dipole moment of the dye and the electrode of the photoelectric conversion element The plane is angled.
In the present invention, in order to improve the mobility of excitons and carriers in the dye generated by photoexcitation, the angle formed by the transition dipole moment of the dye and the electrode plane is an important parameter. It has been found that the photoelectric conversion efficiency is increased. When reviewing conventional organic photoelectric conversion elements from this viewpoint, it has become clear that there is no system in which the angle between the transition dipole moment of the dye and the electrode plane is nearly parallel, which is insufficient.
Furthermore, since light enters the photoelectric conversion element perpendicularly, the vibration plane of the electric field of the incident light is parallel to the photoelectric conversion element surface, that is, parallel to the electrode plane of the photoelectric conversion element. When the transition dipole moment of the dye and the electrode plane of the photoelectric conversion element are parallel to each other, it is clear that the light absorption efficiency is increased because it coincides with the electric field vibration plane of the incident light.

本発明の有機色素化合物の遷移双極子モーメントは例えば以下の方法で求めることができる。実験物理学講座14、木下是雄編 共立出版1986年の偏光解析法に示されるような、45度反射光学系と偏光子を有する紫外可視分光計を用いて、光電変換素子の反射スペクトルを測定する。p偏光およびs偏光それぞれの光による反射強度(Ig(ν))を色素の吸収波長を含む前後200nmの範囲で測定する。また、同様な方法により、標準物質である石英の反射強度Iq(ν)を測定する。石英の屈折率nは次に示す式により各波数(cm-1)に対して求められ、
n2 = 1+ 1.2409×1010/(1063592 −ν2
これより、石英の反射率(Rq(ν))は、
Rq(ν) = |(n − 1) / (n + 1)|2
で計算でき、光電変換素子の反射率(Rg (ν))は、
Rg(ν) = Rq(ν) × Ig(ν) / Iq(ν)
より求めることができる。
The transition dipole moment of the organic dye compound of the present invention can be determined, for example, by the following method. Experimental Physics Lecture 14, Kinoshita Yoshio edited by Kyoritsu Publishing Co., Ltd., 1986, measured the reflection spectrum of photoelectric conversion element using a 45-degree reflection optical system and an ultraviolet-visible spectrometer with a polarizer. To do. The reflection intensity (Ig (ν)) of light of p-polarized light and s-polarized light is measured in the range of 200 nm before and after the absorption wavelength of the dye. Further, the reflection intensity Iq (ν) of quartz as a standard material is measured by the same method. The refractive index n of quartz is obtained for each wave number (cm -1 ) by the following formula,
n 2 = 1 + 1.2409 × 10 10 / (106359 2 −ν 2 )
From this, the reflectance (Rq (ν)) of quartz is
Rq (ν) = | (n−1) / (n + 1) | 2
The reflectance (Rg (ν)) of the photoelectric conversion element is
Rg (ν) = Rq (ν) × Ig (ν) / Iq (ν)
It can be obtained more.

上記の反射率測定をp偏光、s偏光それぞれについて行い、それらの反射スペクトルにクラマース−クローニッヒ変換(以下K-K変換)を行うことによって光電変換素子の全吸収のp偏光成分およびs偏光成分に対する吸収スペクトルAp (ν)およびAs(ν)を得ることが出来る。K-K変換については、第4版実験化学講座7 分光II 井口洋夫編 丸善株式会社1992年 P 320に記載されている。上記の測定を、上記光電変換素子から本発明の有機色素化合物のみを除いた素子で行うことにより、色素以外の素子部分の吸収のp偏光成分およびs偏光成分に対する吸収スペクトルA1p(ν)およびA1s(ν)も同様に求めることが出来る。
色素のみの吸収スペクトルは
p偏光成分 A2p(ν) = Ap(ν) − A1p(ν)
s偏光成分 A2s(ν) = As(ν) − A1s(ν)
と求めることが出来る。これらの測定より、電極平面と色素の遷移双極子モーメントのなす角度は
θ2ps(ν) = tan-1 ( A2p(ν) / A2s(ν) − 1/√2 )
となる。本発明においては電極平面と色素の遷移双極子モーメントがなす角は、色素の吸収極大波長におけるθ2ps(ν)と定義する。
The above reflectance measurement is performed for each of p-polarized light and s-polarized light, and the absorption spectrum for the p-polarized component and s-polarized component of the total absorption of the photoelectric conversion element by performing the Kramers-Kronig conversion (hereinafter referred to as KK conversion) on the reflected spectrum. Ap (ν) and As (ν) can be obtained. The KK conversion is described in the 4th edition, Experimental Chemistry Lecture 7 Spectroscopy II Hiroo Iguchi, Maruzen Co., Ltd., 1992, p. 320. By performing the above measurement with an element obtained by removing only the organic dye compound of the present invention from the photoelectric conversion element, absorption spectra A1p (ν) and A1s for the p-polarized component and the s-polarized component of the absorption of the element part other than the dye (ν) can be obtained similarly.
The absorption spectrum of the dye alone is
p polarization component A2p (ν) = Ap (ν) − A1p (ν)
s polarization component A2s (ν) = As (ν) − A1s (ν)
You can ask. From these measurements, the angle between the electrode plane and the transition dipole moment of the dye is θ2ps (ν) = tan -1 (A2p (ν) / A2s (ν) − 1 / √2)
It becomes. In the present invention, the angle formed by the electrode plane and the transition dipole moment of the dye is defined as θ2ps (ν) at the absorption maximum wavelength of the dye.

別法として、Ap(ν)およびAs(ν)を波長についての一次微分の波長変化成分を積分することによってA2p(ν)、 A2s (ν)を求めることも出来る。電極平面と色素の遷移双極子モーメントとのなす角もA2p (ν)、 A2s(ν)を用いて上述の方法と同様に求められる。
θ2ps(ν) = tan-1( A12p(ν) / A12s(ν) − 1/√2 )
となる。
Alternatively, A2p (ν) and A2s (ν) can be obtained by integrating Ap (ν) and As (ν) with the wavelength change component of the first derivative with respect to wavelength. The angle between the electrode plane and the transition dipole moment of the dye can also be obtained in the same manner as described above using A2p (ν) and A2s (ν).
θ2ps (ν) = tan −1 (A12p (ν) / A12s (ν) − 1 / √2)
It becomes.

〔分子量〕
我々は、本発明の有機色素化合物には好ましい分子量の範囲があることを見出した。分子量として好ましくは300以上1200以下であり、さらに好ましくは400以上1000以下であり、特に好ましくは500以上800以下である。本発明の有機色素化合物の分子量がこれらの範囲にあるとき、光電変換膜の真空蒸着等による成膜が容易にできるという長所の他に、得られる光電変換膜の光電変換効率が高く優れており、さらに、撮像素子の画素間の光吸収率と光電変換効率のバラツキが小さくなることを見出した。
[Molecular weight]
We have found that the organic dye compounds of the present invention have a preferred molecular weight range. The molecular weight is preferably 300 or more and 1200 or less, more preferably 400 or more and 1000 or less, and particularly preferably 500 or more and 800 or less. When the molecular weight of the organic dye compound of the present invention is within these ranges, in addition to the advantage that the photoelectric conversion film can be easily formed by vacuum vapor deposition, the photoelectric conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion film is high and excellent. Furthermore, it has been found that the variation in the light absorption rate and the photoelectric conversion efficiency between the pixels of the image sensor is reduced.

〔親疎水性規定〕
我々は、本発明の有機色素化合物には好ましい親疎水性の範囲があることを見出した。ClogPとして好ましくは2以上10以下であり、さらに好ましくは3以上8以下であり、特に好ましくは4以上6以下である。本発明の有機色素化合物の親疎水性がこれらの範囲にあるとき、光電変換膜の真空蒸着等による成膜が容易にできるという長所の他に、得られる光電変換膜の光電変換効率が高く優れており、さらに、撮像素子の画素間の光吸収率と光電変換効率のバラツキが小さくなることを見出した。また、本発明の有機色素化合物の親疎水性がこれらの範囲にあるとき、得られる膜の耐久性、特に高湿条件下での耐久性が向上することを見出した。
[Providing hydrophobicity]
We have found that the organic dye compounds of the present invention have a preferred hydrophilic / hydrophobic range. ClogP is preferably 2 or more and 10 or less, more preferably 3 or more and 8 or less, and particularly preferably 4 or more and 6 or less. When the hydrophilicity / hydrophobicity of the organic dye compound of the present invention is in these ranges, in addition to the advantage that the photoelectric conversion film can be easily formed by vacuum deposition or the like, the resulting photoelectric conversion film has high photoelectric conversion efficiency and is excellent. Furthermore, it has been found that the variation in the light absorption rate and the photoelectric conversion efficiency between the pixels of the image sensor is reduced. It has also been found that when the hydrophilicity / hydrophobicity of the organic dye compound of the present invention is within these ranges, the durability of the resulting film, particularly durability under high humidity conditions, is improved.

なお、ClogPは化合物の親疎水性の尺度として用いる。
通常、親疎水性は、化合物のオクタノール/水分配係数(logP)により求めることができる。具体的には、下記文献(1)記載のフラスコ・シェーキング法で実測して求めることができる。
文献(1):構造活性相関懇話会(代表)藤田稔夫編、化学の領域増刊122号「薬物の構造活性相関−ドラッグデザインと作用機作研究への指針」、南江堂、1979年刊、第2章第43頁〜203頁。特に第86頁〜89頁にフラスコ・シェーキング(Flask
shaking)法が記載されている。
ClogP is used as a measure of the hydrophilicity / hydrophobicity of a compound.
Usually, hydrophilicity / hydrophobicity can be determined by the octanol / water partition coefficient (log P) of a compound. Specifically, it can be determined by actual measurement by the flask-shaking method described in the following document (1).
Reference (1): Structure-activity relationship social gathering (representative) Ikuo Fujita, edited by Chemistry Special Issue 122, “Structure-activity relationship of drugs-Guidelines for drug design and mechanism study”, Nanedo, 1979, Chapter 2 Pages 43-203. Especially on pages 86-89, Flask Shaking (Flash
Shaking) is described.

logPが3以上の場合、測定が困難な場合があるので、本発明ではlogPを計算するためのモデルを使用することができ、本発明では、この計算値によるlogP(以下、ClogPと称する)を用いて規定することができる。
本発明の目的では、Hansch-LeoのCLOGPプログラム(米国Daylight Chemical Information Systems社)(バージョンはアルゴリズム=4.01、フラグメントデータベース=17(*3))を使用して、logP計算値を算出する。このソフトウェアを入手することができない場合には、本出願人が具体的な全ての化合物について、そのClogP値を提供する。
本発明の有機色素化合物において複数の互変異性体をとり得る場合、これらの各々の異性体についてClogPを計算することができ、これらの値の少なくとも1つが特定の範囲内にあるならば、その化合物は本発明の好ましい範囲内にある。また、上記のプログラムのデータベースに分子のフラグメントがない場合は、上記の親疎水性の実測によりデータを補ってClogPを求めることができる。本発明の有機色素化合物はpH=7での状態を基準としてClogPを計算する。
Since the measurement may be difficult when logP is 3 or more, a model for calculating logP can be used in the present invention. In the present invention, logP (hereinafter referred to as ClogP) based on this calculated value is used. Can be defined using.
For the purposes of the present invention, the logP calculation is calculated using Hansch-Leo's CLOGP program (Daylight Chemical Information Systems, USA) (version is algorithm = 4.01, fragment database = 17 (* 3)). If this software is not available, Applicants will provide their ClogP values for all specific compounds.
If the organic dye compound of the present invention can have multiple tautomers, ClogP can be calculated for each of these isomers, and if at least one of these values is within a particular range, Compounds are within the preferred scope of the present invention. Further, when there is no molecular fragment in the database of the above program, ClogP can be obtained by supplementing the data by actual measurement of the hydrophilicity / hydrophobicity. The organic dye compound of the present invention calculates ClogP based on the state at pH = 7.

〔電位〕
我々は、さらに、本発明の有機色素化合物には好ましい電位の範囲があることを見出した。酸化電位として好ましくは0.3V以上1.8V以下(vs SCE)であり、さらに好ましくは0.5V以上1.5V以下であり、特に好ましくは0.8V以上1.3V以下である。還元電位として好ましくは−2V以上−0.5V以下(vs SCE)であり、さらに好ましくは−1.6V以上−0.8V以下であり、特に好ましくは−1.4V以上−1V以下である。
本発明の有機色素化合物の電位がこれらの範囲にあるとき、得られる光電変換膜の光電変換効率が高くなるという長所の他に、光電変換膜の耐久性が向上することを見出した。
〔potential〕
We have further found that the organic dye compounds of the present invention have a preferred potential range. The oxidation potential is preferably 0.3 V or more and 1.8 V or less (vs SCE), more preferably 0.5 V or more and 1.5 V or less, and particularly preferably 0.8 V or more and 1.3 V or less. The reduction potential is preferably −2 V or more and −0.5 V or less (vs SCE), more preferably −1.6 V or more and −0.8 V or less, and particularly preferably −1.4 V or more and −1 V or less.
It has been found that when the potential of the organic dye compound of the present invention is within these ranges, the durability of the photoelectric conversion film is improved in addition to the advantage that the photoelectric conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion film is increased.

還元電位、及び酸化電位の測定は、種々の方法が可能であるが、好ましくは、位相弁別式第二高調波交流ポーラログラフィーで行う場合であり、正確な値を求めることができる。なお、以上の位相弁別式第二高調波交流ポーラログラフィーによる電位の測定法はジャーナル・オブ・イメージング・サイエンス(Journal of Imaging Science)、第30巻、第27頁(1986年)に記載されている。   Various methods can be used to measure the reduction potential and the oxidation potential. Preferably, the reduction potential and the oxidation potential are measured by phase discrimination type second harmonic AC polarography, and an accurate value can be obtained. The method of measuring the potential by the above-described phase discrimination type second harmonic alternating current polarography is described in Journal of Imaging Science, Volume 30, Page 27 (1986). Yes.

〔蛍光〕
我々は、さらに、本発明の有機色素化合物には好ましい蛍光量子収率と蛍光寿命の範囲があることを見出した。蛍光量子収率として好ましくは0.1以上1以下であり、さらに好ましくは0.5以上1以下であり、特に好ましくは0.8以上1以下である。蛍光寿命として好ましくは10ps以上であり、さらに好ましくは40ps以上であり、特に好ましくは160ps以上である。上限は特にないが、好ましくは1ms以下である。
本発明の有機色素化合物の蛍光量子収率と蛍光寿命がこれらの範囲にあるとき、得られる光電変換膜の光電変換効率が高くなるという長所の他に、光電変換膜の耐久性が向上することを見出した。
〔fluorescence〕
We have further found that the organic dye compounds of the present invention have a preferred fluorescence quantum yield and fluorescence lifetime range. The fluorescence quantum yield is preferably 0.1 or more and 1 or less, more preferably 0.5 or more and 1 or less, and particularly preferably 0.8 or more and 1 or less. The fluorescence lifetime is preferably 10 ps or more, more preferably 40 ps or more, and particularly preferably 160 ps or more. There is no particular upper limit, but it is preferably 1 ms or less.
When the fluorescence quantum yield and the fluorescence lifetime of the organic dye compound of the present invention are within these ranges, the photoelectric conversion film obtained has an improved photoelectric conversion efficiency, and the durability of the photoelectric conversion film is improved. I found.

蛍光量子収率は、特開昭63−138341号公報に記載の方法で測定することが出来る。以下にその方法を記す。色素の膜中の蛍光量子収率は、溶液の発光量子収率の場合と基本的には同じ方法で測定でき、通常絶対量子収率が既知の標準試料(例えば、ローダミンB、硫酸キニーネ、9、10−ジフェニルアントラセンなど)を参照として、一定の光学配置のもとで入射光強度、試料の発光強度を比較する相対測定を通じて求めることができる。この相対測定法については、例えば、C.A.Parker and W.T.Rees、Analyst、1960年、85巻、587ページに記載されている。本発明における蛍光量子収率は、溶液状態、膜状態いずれの値でも良いが、好ましくは膜状態での値である。   The fluorescence quantum yield can be measured by the method described in JP-A-63-138341. The method is described below. The fluorescence quantum yield in the dye film can be measured by basically the same method as in the case of the luminescence quantum yield of the solution. Usually, standard samples having known absolute quantum yields (for example, rhodamine B, quinine sulfate, 9 10-diphenylanthracene) and the like, and can be obtained through relative measurement comparing the incident light intensity and the light emission intensity of the sample under a fixed optical arrangement. Regarding this relative measurement method, for example, C.I. A. Parker and W.W. T.A. Rees, Analyst, 1960, 85, 587. The fluorescence quantum yield in the present invention may be either a solution state or a film state value, but is preferably a value in the film state.

本発明の有機色素化合物の蛍光寿命は、Tadaaki Tani,Takeshi Suzumoto,Klaus Kemnitz,Keitaro Yoshihara著、The Journal of Physical Chemistry,1992年,96巻,2778ページ記載の方法で測定することが出来る。   The fluorescence lifetime of the organic dye compound of the present invention can be measured by the method of Tadaaki Tani, Takeshi Suzuki, Klaus Chemnitz, Keitaro Yoshihara, The Journal of Physical Chemistry, 1992, Vol. 96, 78.

[有機層]
本発明において有機層について説明する。本発明の有機層からなる電磁波吸収/光電変換部位は1対の電極に挟まれた有機層から成る。有機層は電磁波を吸収する部位、光電変換部位、電子輸送部位、正孔輸送部位、電子ブロッキング部位、正孔ブロッキング部位、結晶化防止部位、電極ならびに層間接触改良部位等の積み重ねもしくは混合から形成される。
有機層は有機p型化合物または有機n型化合物を含有することが好ましい。
有機層は有機p型半導体(化合物)、及び有機n型半導体(化合物)を含有することが好ましく、これらはいかなるものでも良い。また、可視及び赤外域に吸収を持っていても持っていなくても良いが、好ましくは可視域に吸収を持っている化合物(有機色素)を少なくとも一つ用いる場合である。更に、無色のp型化合物とn型化合物を用い、これらに有機色素を加えても良い。
p型層/バルクへテロ接合層/n型層の3層構造にする場合、入射光側のp型、又はn型半導体(化合物)は無色である場合が好ましい。
[Organic layer]
In the present invention, the organic layer will be described. The electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site comprising the organic layer of the present invention comprises an organic layer sandwiched between a pair of electrodes. The organic layer is formed by stacking or mixing parts that absorb electromagnetic waves, photoelectric conversion parts, electron transport parts, hole transport parts, electron blocking parts, hole blocking parts, crystallization prevention parts, electrodes and interlayer contact improvement parts, etc. The
The organic layer preferably contains an organic p-type compound or an organic n-type compound.
The organic layer preferably contains an organic p-type semiconductor (compound) and an organic n-type semiconductor (compound), and any of these may be used. Further, it may or may not have absorption in the visible and infrared regions, but it is preferable to use at least one compound (organic dye) having absorption in the visible region. Furthermore, a colorless p-type compound and an n-type compound may be used, and an organic dye may be added thereto.
In the case of a three-layer structure of p-type layer / bulk heterojunction layer / n-type layer, the p-type or n-type semiconductor (compound) on the incident light side is preferably colorless.

有機p型半導体(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。したがって、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、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、上記したように、n型(アクセプター性)化合物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。   The organic p-type semiconductor (compound) is a donor-type 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. For example, triarylamine compound, benzidine compound, pyrazoline compound, styrylamine compound, hydrazone compound, triphenylmethane compound, carbazole compound, polysilane compound, thiophene compound, phthalocyanine compound, cyanine compound, merocyanine compound, oxonol compound, polyamine compound, indole Compounds, pyrrole compounds, pyrazole compounds, polyarylene compounds, condensed aromatic carbocyclic compounds (naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, fluoranthene derivatives), nitrogen-containing heterocyclic compounds The metal complex etc. which it has as can be used. Not limited to this, as described above, any organic compound having an ionization potential smaller than that of the organic compound used as the n-type (acceptor property) compound may be used as the donor organic semiconductor.

有機n型半導体(化合物)は、アクセプター性有機半導体(化合物)であり、主に電子輸送性有機化合物に代表され、電子を受容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つの有機化合物を接触させて用いたときに電子親和力の大きい方の有機化合物をいう。したがって、アクセプター性有機化合物は、電子受容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、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)、窒素原子、酸素原子、硫黄原子を含有する5ないし7員のヘテロ環化合物(例えばピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジン、キノリン、キノキサリン、キナゾリン、フタラジン、シンノリン、イソキノリン、プテリジン、アクリジン、フェナジン、フェナントロリン、テトラゾール、ピラゾール、イミダゾール、チアゾール、オキサゾール、インダゾール、ベンズイミダゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾチアゾール、カルバゾール、プリン、トリアゾロピリダジン、トリアゾロピリミジン、テトラザインデン、オキサジアゾール、イミダゾピリジン、ピラリジン、ピロロピリジン、チアジアゾロピリジン、ジベンズアゼピン、トリベンズアゼピン等)、ポリアリーレン化合物、フルオレン化合物、シクロペンタジエン化合物、シリル化合物、含窒素ヘテロ環化合物を配位子として有する金属錯体などが挙げられる。なお、これに限らず、上記したように、ドナー性有機化合物として用いた有機化合物よりも電子親和力の大きな有機化合物であればアクセプター性有機半導体として用いてよい。   Organic n-type semiconductors (compounds) are acceptor organic semiconductors (compounds), which are mainly represented by electron-transporting organic compounds and refer to organic compounds that easily accept electrons. More specifically, the organic compound having the higher electron affinity when two organic compounds are used in contact with each other. Therefore, as the acceptor organic compound, any organic compound can be used as long as it is an electron-accepting organic compound. For example, condensed aromatic carbocyclic compounds (naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, fluoranthene derivatives), 5- to 7-membered heterocyclic compounds containing nitrogen atoms, oxygen atoms, and sulfur atoms (E.g. pyridine, pyrazine, pyrimidine, pyridazine, triazine, quinoline, quinoxaline, quinazoline, phthalazine, cinnoline, isoquinoline, pteridine, acridine, phenazine, phenanthroline, tetrazole, pyrazole, imidazole, thiazole, oxazole, indazole, benzimidazole, benzotriazole, Benzoxazole, benzothiazole, carbazole, purine, triazolopyridazine, triazolopyrimidine, tetrazaindene, o Metal complexes having ligands such as saziazole, imidazopyridine, pyralidine, pyrrolopyridine, thiadiazolopyridine, dibenzazepine, tribenzazepine), polyarylene compounds, fluorene compounds, cyclopentadiene compounds, silyl compounds, and nitrogen-containing heterocyclic compounds. Etc. Note that the present invention is not limited thereto, and as described above, any organic compound having an electron affinity higher than that of the organic compound used as the donor organic compound may be used as the acceptor organic semiconductor.

p型有機色素、又はn型有機色素としては、いかなるものを用いても良いが、好ましくは、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、フェナジン色素、フェノチアジン色素、キノン色素、インジゴ色素、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。
p型有機色素、n型有機色素が形成する膜は、アモルファス状態、液晶状態、及び結晶状態のいずれでも良い。結晶状態で用いる場合は、顔料を用いることが好ましい。
Any p-type organic dye or n-type organic dye may be used, but preferably a cyanine dye, styryl dye, hemicyanine dye, merocyanine dye (including zero methine merocyanine (simple merocyanine)), three nucleus 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, triphenyl Methane dye, azo dye, azomethine dye, spiro compound, metallocene dye, fluorenone dye, fulgide dye, perylene dye, phenazine dye, phenothiazine dye, quinone dye, indigo Dye, diphenylmethane dye, polyene dye, acridine dye, acridinone dye, diphenylamine dye, quinacridone dye, quinophthalone dye, phenoxazine dye, phthaloperylene dye, diketopyrrolopyrrole dye, dioxane dye, porphyrin dye, chlorophyll dye, phthalocyanine dye, metal complex And dyes and condensed aromatic carbocyclic dyes (naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, tetracene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, fluoranthene derivatives).
The film formed by the p-type organic dye and the n-type organic dye may be in an amorphous state, a liquid crystal state, or a crystalline state. When used in a crystalline state, it is preferable to use a pigment.

次に金属錯体化合物について説明する。金属錯体化合物は金属に配位する少なくとも1つの窒素原子または酸素原子または硫黄原子を有する配位子をもつ金属錯体であり、金属錯体中の金属イオンは特に限定されないが、好ましくはベリリウムイオン、マグネシウムイオン、アルミニウムイオン、ガリウムイオン、亜鉛イオン、インジウムイオン、または錫イオンであり、より好ましくはベリリウムイオン、アルミニウムイオン、ガリウムイオン、または亜鉛イオンであり、更に好ましくはアルミニウムイオン、または亜鉛イオンである。前記金属錯体中に含まれる配位子としては種々の公知の配位子が有るが、例えば、「Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds」 Springer-Verlag社 H.Yersin著1987年発行、「有機金属化学−基礎と応用−」裳華房社山本明夫著1982年発行等に記載の配位子が挙げられる。
前記配位子として、好ましくは含窒素ヘテロ環配位子(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数2〜20、特に好ましくは炭素数3〜15であり、単座配位子であっても2座以上の配位子であっても良い。好ましくは2座配位子である。例えばピリジン配位子、ビピリジル配位子、キノリノール配位子、ヒドロキシフェニルアゾール配位子(ヒドロキシフェニルベンズイミダゾール、ヒドロキシフェニルベンズオキサゾール配位子、ヒドロキシフェニルイミダゾール配位子)などが挙げられる)、アルコキシ配位子(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜10であり、例えばメトキシ、エトキシ、ブトキシ、2−エチルヘキシロキシなどが挙げられる。)、アリールオキシ配位子(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニルオキシ、1−ナフチルオキシ、2−ナフチルオキシ、2,4,6−トリメチルフェニルオキシ、4−ビフェニルオキシなどが挙げられる。)、ヘテロアリールオキシ配位子(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばピリジルオキシ、ピラジルオキシ、ピリミジルオキシ、キノリルオキシなどが挙げられる。)、アルキルチオ配位子(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばメチルチオ、エチルチオなどが挙げられる。)、アリールチオ配位子(好ましくは炭素数6〜30、より好ましくは炭素数6〜20、特に好ましくは炭素数6〜12であり、例えばフェニルチオなどが挙げられる。)、ヘテロ環置換チオ配位子(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数1〜20、特に好ましくは炭素数1〜12であり、例えばピリジルチオ、2−ベンズイミゾリルチオ、2−ベンズオキサゾリルチオ、2−ベンズチアゾリルチオなどが挙げられる。)、またはシロキシ配位子(好ましくは炭素数1〜30、より好ましくは炭素数3〜25、特に好ましくは炭素数6〜20であり、例えば、トリフェニルシロキシ基、トリエトキシシロキシ基、トリイソプロピルシロキシ基などが挙げられる)であり、より好ましくは含窒素ヘテロ環配位子、アリールオキシ配位子、ヘテロアリールオキシ基、またはシロキシ配位子であり、更に好ましくは含窒素ヘテロ環配位子、アリールオキシ配位子、またはシロキシ配位子が挙げられる。
Next, the metal complex compound will be described. The metal complex compound is a metal complex having a ligand having at least one nitrogen atom or oxygen atom or sulfur atom coordinated to the metal, and the metal ion in the metal complex is not particularly limited, but preferably beryllium ion, magnesium Ion, aluminum ion, gallium ion, zinc ion, indium ion, or tin ion, more preferably beryllium ion, aluminum ion, gallium ion, or zinc ion, and still more preferably aluminum ion or zinc ion. There are various known ligands contained in the metal complex. For example, “Photochemistry and Photophysics of Coordination Compounds” published by Springer-Verlag H. Yersin in 1987, “Organometallic Chemistry— Examples of the ligands described in “Basics and Applications—” published by Akio Yamamoto, 1982, etc.
The ligand is preferably a nitrogen-containing heterocyclic ligand (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 2 to 20 carbon atoms, particularly preferably 3 to 15 carbon atoms, and a monodentate ligand. Or a bidentate or higher ligand, preferably a bidentate ligand such as a pyridine ligand, a bipyridyl ligand, a quinolinol ligand, a hydroxyphenylazole ligand (hydroxyphenyl) Benzimidazole, hydroxyphenylbenzoxazole ligand, hydroxyphenylimidazole ligand)), alkoxy ligand (preferably 1-30 carbon atoms, more preferably 1-20 carbon atoms, particularly preferably carbon 1-10, for example, methoxy, ethoxy, butoxy, 2-ethylhexyloxy, etc.), aryloxy ligands Preferably it has 6 to 30 carbon atoms, more preferably 6 to 20 carbon atoms, particularly preferably 6 to 12 carbon atoms, such as phenyloxy, 1-naphthyloxy, 2-naphthyloxy, 2,4,6-trimethylphenyl Oxy, 4-biphenyloxy, etc.), heteroaryloxy ligands (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as pyridyl. Oxy, pyrazyloxy, pyrimidyloxy, quinolyloxy, etc.), alkylthio ligands (preferably having 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to 20 carbon atoms, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as methylthio, Ethylthio etc.), arylthio ligand (preferably having 6 to 30 carbon atoms, more preferred) Has 6 to 20 carbon atoms, particularly preferably 6 to 12 carbon atoms, such as phenylthio, etc.), a heterocyclic substituted thio ligand (preferably 1 to 30 carbon atoms, more preferably 1 to carbon atoms). 20, particularly preferably 1 to 12 carbon atoms, such as pyridylthio, 2-benzimidazolylthio, 2-benzoxazolylthio, 2-benzthiazolylthio), or siloxy ligand (preferably Has 1 to 30 carbon atoms, more preferably 3 to 25 carbon atoms, particularly preferably 6 to 20 carbon atoms, and examples thereof include a triphenylsiloxy group, a triethoxysiloxy group, and a triisopropylsiloxy group. More preferably a nitrogen-containing heterocyclic ligand, an aryloxy ligand, a heteroaryloxy group, or a siloxy ligand, Preferably, a nitrogen-containing heterocyclic ligand, an aryloxy ligand, or a siloxy ligand is used.

本発明の目的の一つである、カラー撮像素子として用いるためには、吸収波長の調整の自由度の高い、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、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、アザメチン色素などのメチン色素を好ましく用いることができる。さらに好ましくはメロシアニン色素、3核メロシアニン色素、4核メロシアニン色素であり、さらに好ましくはメロシアニン色素である。   Cyanine dye, styryl dye, hemicyanine dye, merocyanine dye, trinuclear merocyanine dye, tetranuclear merocyanine dye having a high degree of freedom in adjusting the absorption wavelength for use as a color imaging device, which is one of the objects of the present invention A methine dye such as rhodacyanine dye, complex cyanine dye, complex merocyanine dye, allopolar dye, oxonol dye, hemioxonol dye, squalium dye, croconium dye or azamethine dye can be preferably used. More preferred are merocyanine dyes, trinuclear merocyanine dyes, and tetranuclear merocyanine dyes, and more preferred are merocyanine dyes.

これらのメチン色素の詳細については、下記の色素文献に記載されている。
[色素文献]
エフ・エム・ハーマー(F.M.Harmer)著「ヘテロサイクリック・コンパウンズーシアニンダイズ・アンド・リレィティド・コンパウンズ(Heterocyclic Compounds-Cyanine Dyes and Related Compounds)」、ジョン・ウィリー・アンド・サンズ(John Wiley & Sons)社ーニューヨーク、ロンドン、1964年刊、デー・エム・スターマー(D.M.Sturmer)著「ヘテロサイクリック・コンパウンズースペシャル・トピックス・イン・ヘテロサイクリック・ケミストリー(Heterocyclic Compounds-Special topics in heterocyclic chemistry)」、第18章、第14節、第482から515頁、ジョン・ウィリー・アンド・サンズ(John Wiley & Sons) 社−ニューヨーク、ロンドン、1977年刊、「ロッズ・ケミストリー・オブ・カーボン・コンパウンズ(Rodd's Chemistry of Carbon Compounds)」2nd.Ed.vol.IV,partB,1977刊、第15章、第369から422頁、エルセビア・サイエンス・パブリック・カンパニー・インク(Elsevier Science Publishing Company Inc.)社刊、ニューヨーク、など。
Details of these methine dyes are described in the following dye literature.
[Dye literature]
FMHarmer, `` Heterocyclic Compounds-Cyanine Dyes and Related Compounds, '' John Wiley & Sons -New York, London, 1964, DMSturmer, "Heterocyclic Compounds-Special topics in cyclic chemistry", Chapter 18. , Pp. 482-515, John Wiley & Sons-New York, London, 1977, "Rodd's Chemistry of Carbon Compounds" 2nd.Ed.vol.IV, part B, 1977, Chapter 15, 369 from 422 pp., Elsevier Science Public Company, Inc. (Elsevier Science Publishing Company Inc.) published by, New York, and so on.

さらに説明を加えると、リサーチ・ディスクロージャ(RD)17643の23〜24頁、RD18716の648頁右欄〜649頁右欄、RD308119の996頁右欄〜998頁右欄、欧州特許第0565096A1号の第65頁7〜10行、に記載されているものを好ましく用いることができる。また、米国特許第5,747,236号(特に第30〜39頁)、米国特許第5,994,051号(特に第32〜43頁)、米国特許第5、340、694号(特に第21〜58頁、但し、(XI)、(XII)、(XIII)に
示されている色素において、n12、n15、n17、n18の数は限定せず、0以上の整数(好ましくは4以下)とする。)に記載されている、一般式及び具体例で示された部分構造、又は構造を持つ色素も好ましく用いることができる。
光電変換膜の中間層中のp型有機半導体およびn型有機半導体の配合比率は、質量比で0.1:99.9〜99.9〜0.1の範囲内において適宜設定することができる。
Further description is made from Research Disclosure (RD) 17643, pages 23 to 24, RD18716, page 648, right column to page 649, right column, RD308119, page 996, right column to page 998, right column, European Patent No. 0565096A1. Those described on page 65, lines 7 to 10 can be preferably used. Also, U.S. Pat. No. 5,747,236 (especially pages 30-39), U.S. Pat. No. 5,994,051 (especially pages 32-43), U.S. Pat. No. 5,340,694 (especially 21-58, provided that the number of n 12 , n 15 , n 17 , n 18 is not limited in the dyes shown in (XI), (XII), (XIII), and is an integer of 0 or more (preferably 4 or less), and a dye having a partial structure or structure shown in the general formula and specific examples can also be preferably used.
The blending ratio of the p-type organic semiconductor and the n-type organic semiconductor in the intermediate layer of the photoelectric conversion film can be appropriately set within a range of 0.1: 99.9 to 99.9 to 0.1 by mass ratio. .

〔電子輸送性材料〕
我々は、本発明の光電変換膜において、電子輸送性を有する有機材料(n型化合物)として、イオン化ポテンシャルが6.0eVよりも大きい場合が好ましく、さらに下記一般式(X)で表わされる場合が好ましい。
一般式(X) L−(A)m
(式中、Aは二つ以上の芳香族へテロ環が縮合したヘテロ環基を表し、Aで表されるヘテロ環基は同一または異なってもよい。mは2以上の整数を表す。Lは連結基を表す。)
なお、これらの電子輸送性を有する有機材料の詳細及び好ましい範囲については、特願2004−082002号において詳細に説明されている。
これらの電子輸送性の有機材料を用いるとき、得られる光電変換膜の光電変換効率が著しく高くなる。
[Electron transporting materials]
In the photoelectric conversion film of the present invention, the organic material (n-type compound) having an electron transporting property preferably has an ionization potential larger than 6.0 eV, and may be represented by the following general formula (X). preferable.
Formula (X) L- (A) m
(In the formula, A represents a heterocyclic group in which two or more aromatic heterocycles are condensed, and the heterocyclic group represented by A may be the same or different. M represents an integer of 2 or more. L Represents a linking group.)
Details and preferred ranges of these organic materials having electron transport properties are described in detail in Japanese Patent Application No. 2004-082002.
When these electron transporting organic materials are used, the photoelectric conversion efficiency of the obtained photoelectric conversion film is remarkably increased.

(有機層の形成法)
これらの有機化合物を含む層は、乾式成膜法あるいは湿式成膜法により成膜される。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。湿式成膜法としては、キャスト法、スピンコート法、ディッピング法、LB法等が用いられる。
p型半導体(化合物)、又は、n型半導体(化合物)のうちの少なくとも一つとして高分子化合物を用いる場合は、作成の容易な湿式成膜法により成膜することが好ましい。蒸着等の乾式成膜法を用いた場合、高分子を用いることは分解のおそれがあるため難しく、代わりとしてそのオリゴマーを好ましく用いることができる。
一方、本発明において、低分子を用いる場合は、乾式成膜法が好ましく用いられ、特に真空蒸着法が好ましく用いられる。真空蒸着法は抵抗加熱蒸着法、電子線加熱蒸着法等の化合物の加熱の方法、るつぼ、ボ−ト等の蒸着源の形状、真空度、蒸着温度、基盤温度、蒸着速度等が基本的なパラメ−タ−である。均一な蒸着を可能とするために基盤を回転させて蒸着することは好ましい。真空度は高い方が好ましく10-4Torr以下、好ましくは10-6Torr以下、特に好ましくは10-8Torr以下で真空蒸着が行われる。蒸着時のすべての工程は真空中で行われることが好ましく、基本的には化合物が直接、外気の酸素、水分と接触しないようにする。真空蒸着の上述した条件は有機膜の結晶性、アモルファス性、密度、緻密度等に影響するので厳密に制御する必要がある。水晶振動子、干渉計等の膜厚モニタ−を用いて蒸着速度をPIもしくはPID制御することは好ましく用いられる。2種以上の化合物を同時に蒸着する場合には共蒸着法、フラッシュ蒸着法等を好ましく用いることができる。
(Formation method of organic layer)
The layer containing these organic compounds is formed by a dry film formation method or a wet film formation method. Specific examples of 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. As the wet film forming method, a casting method, a spin coating method, a dipping method, an LB method, or the like is used.
In the case of using a polymer compound as at least one of the p-type semiconductor (compound) or the n-type semiconductor (compound), it is preferable to form the film by a wet film forming method that is easy to create. When a dry film formation method such as vapor deposition is used, it is difficult to use a polymer because it may be decomposed, and an oligomer thereof can be preferably used instead.
On the other hand, in the present invention, when a low molecule is used, a dry film forming method is preferably used, and a vacuum deposition method is particularly preferably used. The vacuum deposition method is basically based on the method of heating compounds such as resistance heating deposition method, electron beam heating deposition method, shape of deposition source such as crucible, boat, etc., vacuum degree, deposition temperature, substrate temperature, deposition rate, etc. It is a parameter. In order to enable uniform deposition, it is preferable to perform deposition by rotating the substrate. The degree of vacuum is preferably higher, and vacuum deposition is performed at 10 −4 Torr or less, preferably 10 −6 Torr or less, particularly preferably 10 −8 Torr or less. It is preferable that all steps during the deposition be performed in a vacuum, and basically the compound is not directly in contact with oxygen and moisture in the outside air. The above-described conditions of vacuum deposition affect the crystallinity, amorphousness, density, density, etc. of the organic film, and therefore must be strictly controlled. It is preferable to perform PI or PID control of the deposition rate using a film thickness monitor such as a quartz crystal resonator or an interferometer. When two or more kinds of compounds are vapor-deposited at the same time, a co-evaporation method, a flash vapor deposition method, or the like can be preferably used.

〔吸収波長規定〕
我々は、さらに、本発明の有機色素化合物には好ましい分光吸収波長及び分光感度領域の範囲があることを見出した。
本発明においては、色再現良好なBGR光電変換膜、即ち青色光電変換膜、緑色光電変換膜、赤色光電変換膜の3層を積層した光電変換素子を好ましく用いることができる。各光電変換膜は、以下の分光吸収及び/または分光感度特性を有する場合が好ましい。
分光吸収極大値を、BGRの順に各々λmax1、λmax2、λmax3、分光感度極大値をBGRの順に各々Smax1、Smax2、Smax3としたとき、λmax1、Smax1 として好ましくは400nm以上500nm以下、さらに好ましくは420nm以上480nm以下、特に好ましくは430nm以上470nm以下の範囲にある場合である。λmax2、Smax2として好ましくは500nm以上600nm以下、さらに好ましくは520nm以上580nm以下、特に好ましくは530nm以上570nm以下の範囲にある場合である。λmax3、Smax3として好ましくは600nm以上700nm以下、さらに好ましくは620nm以上680nm以下、特に好ましくは630nm以上670nm以下の範囲にある場合である。
[Absorption wavelength regulation]
We have further found that the organic dye compounds of the present invention have a preferred spectral absorption wavelength and spectral sensitivity range.
In the present invention, a BGR photoelectric conversion film with good color reproduction, that is, a photoelectric conversion element in which three layers of a blue photoelectric conversion film, a green photoelectric conversion film, and a red photoelectric conversion film are stacked can be preferably used. Each photoelectric conversion film preferably has the following spectral absorption and / or spectral sensitivity characteristics.
When the spectral absorption maximum values are λmax1, λmax2, and λmax3 in the order of BGR, and the spectral sensitivity maximum values are Smax1, Smax2, and Smax3 in the order of BGR, λmax1 and Smax1 are preferably 400 nm to 500 nm, more preferably 420 nm or more. It is a case where it is 480 nm or less, particularly preferably in the range of 430 nm or more and 470 nm or less. λmax2 and Smax2 are preferably in the range of 500 nm to 600 nm, more preferably 520 nm to 580 nm, and particularly preferably 530 nm to 570 nm. λmax3 and Smax3 are preferably 600 nm to 700 nm, more preferably 620 nm to 680 nm, and particularly preferably 630 nm to 670 nm.

また、本発明の光電変換膜が3層以上の積層構造をとる場合、λmax1、λmax2、λmax3の分光極大吸収とSmax1、Smax2、Smax3の分光極大感度のそれぞれ50%を示す最も短波長と最も長波長の間隔は、好ましくは120nm以下であり、さらに好ましくは100nm以下であり、特に好ましくは80nm以下、最も好ましくは70nm以下である。
また、λmax1、λmax2、λmax3の分光極大吸収とSmax1、Smax2、Smax3の分光極大感度の80%を示す最も短波長と最も長波長の間隔は、好ましくは20nm以上で、好ましくは100nm以下、さらに好ましくは80nm以下、特に好ましくは50nm以下である。
また、λmax1、λmax2、λmax3の分光極大吸収とSmax1、Smax2、Smax3の分光極大感度の20%を示す最も短波長と最も長波長の間隔は、好ましくは180nm以下、さらに好ましくは150nm以下、特に好ましくは120nm以下、最も好ましくは100nm以下である。
また、λmax1、λmax2、λmax3とSmax1、Smax2、Smax3の長波側で、λmax1、λmax2、λmax3の分光極大吸収とSmax1、Smax2、Smax3の分光極大の50%の分光吸収率を示す最も長波長は、λmax1、Smax1として好ましくは460nm以上510nm以下、λmax2、Smax2として好ましくは560nm以上610nm以下、λmax3、Smax3として好ましくは640nm以上730nm以下である。
本発明の化合物の分光吸収波長及び分光感度領域の範囲がこれらの範囲にあるとき、撮像素子により得られるカラー画像の色再現性を向上させることができる。
In addition, when the photoelectric conversion film of the present invention has a laminated structure of three or more layers, the shortest wavelength and the longest wavelength exhibiting 50% of the spectral maximum absorption of λmax1, λmax2, and λmax3 and the spectral maximum sensitivity of Smax1, Smax2, and Smax3, respectively. The wavelength interval is preferably 120 nm or less, more preferably 100 nm or less, particularly preferably 80 nm or less, and most preferably 70 nm or less.
Further, the interval between the shortest wavelength and the longest wavelength that shows 80% of the spectral maximum absorption of λmax1, λmax2, and λmax3 and the spectral maximum sensitivity of Smax1, Smax2, and Smax3 is preferably 20 nm or more, preferably 100 nm or less, and more preferably. Is 80 nm or less, particularly preferably 50 nm or less.
Further, the interval between the shortest wavelength and the longest wavelength that shows 20% of the spectral maximum absorption of λmax1, λmax2, and λmax3 and the spectral maximum sensitivity of Smax1, Smax2, and Smax3 is preferably 180 nm or less, more preferably 150 nm or less, and particularly preferably. Is 120 nm or less, most preferably 100 nm or less.
Also, on the long wave side of λmax1, λmax2, λmax3 and Smax1, Smax2, Smax3, the longest wavelength showing the spectral maximum absorption of λmax1, λmax2, λmax3 and 50% of the spectral maximum of Smax1, Smax2, Smax3, λmax1 and Smax1 are preferably 460 to 510 nm, λmax2 and Smax2 are preferably 560 to 610 nm, and λmax3 and Smax3 are preferably 640 to 730 nm.
When the spectral absorption wavelength and spectral sensitivity range of the compound of the present invention are within these ranges, the color reproducibility of the color image obtained by the imaging device can be improved.

[有機色素層の膜厚規定]
本発明の光電変換膜をカラー撮像素子(イメージセンサー)として用いる場合、B、G、R層各々の有機色素層の光吸収率を、好ましくは50%以上、さらに好ましくは70%以上、特に好ましくは90%(吸光度=1)以上、最も好ましくは99%以上にすることが光電変換効率を向上させ、さらに、下層に余分な光を通さず色分離を良くするために好ましい。従って、光吸収の点では有機色素層の膜厚は大きいほど好ましいが、電荷分離に寄与する割合を考慮すると、本発明における有機色素層の膜厚として好ましくは、30nm以上300nm、さらに好ましくは50nm以上250nm以下、特に好ましくは60nm以上200nm以下、最も好ましくは80nm以上130nm以下である。
[Thickness regulation of organic dye layer]
When the photoelectric conversion film of the present invention is used as a color imaging device (image sensor), the light absorption rate of each of the organic dye layers of the B, G, and R layers is preferably 50% or more, more preferably 70% or more, and particularly preferably. Is preferably 90% (absorbance = 1) or more, and most preferably 99% or more in order to improve the photoelectric conversion efficiency and to improve color separation without passing excess light through the lower layer. Therefore, the thickness of the organic dye layer is preferably as large as possible in terms of light absorption, but considering the ratio contributing to charge separation, the film thickness of the organic dye layer in the present invention is preferably 30 nm to 300 nm, more preferably 50 nm. The thickness is from 250 nm to 250 nm, particularly preferably from 60 nm to 200 nm, and most preferably from 80 nm to 130 nm.

[電圧印加]
本発明の光電変換膜に電圧を印加した場合、光電変換効率が向上する点で好ましい。印加電圧としては、いかなる電圧でも良いが、光電変換膜の膜厚により必要な電圧は変わってくる。すなわち、光電変換効率は、光電変換膜に加わる電場が大きいほど向上するが、同じ印加電圧でも光電変換膜の膜厚が薄いほど加わる電場は大きくなる。従って、光電変換膜の膜厚が薄い場合は、印加電圧は相対的に小さくでも良い。光電変換膜に加える電場として好ましくは、10V/m以上であり、さらに好ましくは1×103V/m以上、さらに好ましくは1×105V/m以上、特に好ましくは1×106V/m以上、最も好ましくは1×107V/m以上である。上限は特にないが、電場を加えすぎると暗所でも電流が流れ好ましくないので、1×1012V/m以下が好ましく、さらに1×109V/m以下が好ましい。
[Apply voltage]
When a voltage is applied to the photoelectric conversion film of the present invention, it is preferable in terms of improving the photoelectric conversion efficiency. The applied voltage may be any voltage, but the required voltage varies depending on the film thickness of the photoelectric conversion film. That is, the photoelectric conversion efficiency improves as the electric field applied to the photoelectric conversion film increases, but the applied electric field increases as the film thickness of the photoelectric conversion film decreases even at the same applied voltage. Therefore, when the photoelectric conversion film is thin, the applied voltage may be relatively small. The electric field applied to the photoelectric conversion film is preferably 10 V / m or more, more preferably 1 × 10 3 V / m or more, more preferably 1 × 10 5 V / m or more, and particularly preferably 1 × 10 6 V / m. m or more, most preferably 1 × 10 7 V / m or more. The upper limit is not particularly since current even in a dark place when the electric field too added flows undesirable, 1 × preferably 10 12 V / m or less, preferably more 1 × 10 9 V / m or less.

〔一般的要件〕
本発明において好ましくは、少なくとも光電変換素子が2層以上、さらに好ましくは3層又は4層、特に好ましくは3層積層した構成を用いる場合である。
本発明においては、これらの光電変換素子を撮像素子、特に好ましく固体撮像素子として好ましく用いることができる。
また、本発明においては、これらの光電変換膜、光電変換素子、及び、撮像素子に電圧を印加する場合が好ましい。
本発明における光電変換素子として好ましくは、1対の電極間にp型半導体の層とn型半導体の層が積層構造を持つ光電変換膜を有する場合である。また、好ましくは、p型及びn型半導体のうち少なくとも一方は有機化合物を含む場合であり、さらに好ましくはp型及びn型半導体の両方とも有機化合物を含む場合である。
[General requirements]
In the present invention, it is preferable to use a structure in which at least two or more photoelectric conversion elements are stacked, more preferably three or four layers, and particularly preferably three layers.
In the present invention, these photoelectric conversion elements can be preferably used as an image sensor, particularly preferably as a solid-state image sensor.
Moreover, in this invention, the case where a voltage is applied to these photoelectric conversion films, photoelectric conversion elements, and image sensors is preferable.
The photoelectric conversion element in the present invention is preferably a case where a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer have a photoelectric conversion film having a stacked structure between a pair of electrodes. Preferably, at least one of the p-type and n-type semiconductors contains an organic compound, and more preferably, both the p-type and n-type semiconductors contain an organic compound.

〔バルクへテロ接合構造〕
本発明においては、1対の電極間に、p型半導体層とn型半導体層とを有し、該p型半導体とn型半導体の少なくともいずれかが有機半導体であり、かつ、それらの半導体層の間に、該p型半導体およびn型半導体を含むバルクヘテロ接合構造層を中間層として有する光電変換膜(感光層)を含有する場合が好ましい。このような場合、光電変換膜において、有機層にバルクへテロ接合構造を含有させることにより有機層のキャリア拡散長が短いという欠点を補い、光電変換効率を向上させることができる。
なお、バルクへテロ接合構造については、特願2004−080639号において詳細に説明されている。
[Bulk heterojunction structure]
In the present invention, a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer are provided between a pair of electrodes, and at least one of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor is an organic semiconductor, and these semiconductor layers It is preferable to contain a photoelectric conversion film (photosensitive layer) having a bulk heterojunction structure layer containing the p-type semiconductor and the n-type semiconductor as an intermediate layer. In such a case, in the photoelectric conversion film, by incorporating a bulk heterojunction structure in the organic layer, the disadvantage that the carrier diffusion length of the organic layer is short can be compensated, and the photoelectric conversion efficiency can be improved.
The bulk heterojunction structure is described in detail in Japanese Patent Application No. 2004-080639.

〔タンデム構造〕
本発明において、1対の電極間にp型半導体の層とn型半導体の層で形成されるpn接合層の繰り返し構造(タンデム構造)の数を2以上有する構造を持つ光電変換膜(感光層)を含有する場合が好ましく、さらに好ましくは、前記繰り返し構造の間に、導電材料の薄層を挿入する場合である。pn接合層の繰り返し構造(タンデム構造)の数はいかなる数でもよいが、光電変換効率を高くするために好ましくは2以上10以下であり、さらに好ましくは2以上5以下であり、特に好ましくは2または3であり、最も好ましくは3である。導電材料としては銀または金が好ましく、銀が最も好ましい。
本発明において、タンデム構造をもつ半導体としては無機材料でもよいが有機半導体が好ましく、さらに有機色素が好ましい。
なお、タンデム構造については、特願2004−079930号において詳細に説明されている。
[Tandem structure]
In the present invention, a photoelectric conversion film (photosensitive layer) having a structure having two or more repeating structures (tandem structures) of a pn junction layer formed of a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer between a pair of electrodes ), And more preferably, a thin layer of a conductive material is inserted between the repetitive structures. The number of repeating structures (tandem structures) of the pn junction layer may be any number, but is preferably 2 or more and 10 or less, more preferably 2 or more and 5 or less, and particularly preferably 2 in order to increase the photoelectric conversion efficiency. Or 3, most preferably 3. Silver or gold is preferable as the conductive material, and silver is most preferable.
In the present invention, the semiconductor having a tandem structure may be an inorganic material, but is preferably an organic semiconductor, and more preferably an organic dye.
The tandem structure is described in detail in Japanese Patent Application No. 2004-079930.

[積層構造]
本発明の一つの好ましい態様として、光電変換膜に電圧を印加しない場合は、少なくとも2つの光電変換膜が積層している場合が好ましい。積層撮像素子は特に制限はなく、この分野で用いられているものは全て適用できるが好ましくは、BGR3層積層構造であり、BGR積層構造の好ましい例を図1に示す。
つぎに、本発明に係る固体撮像素子は、例えば、本実施の態様の図2で示されるような光電変換膜を有する。そして、図1に示されるような固体撮像素子は、走査回路部の上に積層型光電変換膜が設けられる。走査回路部は、半導体基板上にMOSトランジスタが各画素単位に形成された構成や、あるいは、撮像素子としてCCDを有する構成を適宜採用することができる。
例えばMOSトランジスタを用いた固体撮像素子の場合、電極を透過した入射光によって光電変換膜の中に電荷が発生し、電極に電圧を印加することにより電極と電極との間に生じる電界によって電荷が光電変換膜の中を電極まで走行し、さらにMOSトランジスタの電荷蓄積部まで移動し、電荷蓄積部に電荷が蓄積される。電荷蓄積部に蓄積された電荷は、MOSトランジスタのスイッチングにより電荷読出し部に移動し、さらに電気信号として出力される。これにより、フルカラーの画像信号が、信号処理部を含む固体撮像装置に入力される。
これらの積層撮像素子については、特開昭58−103165号公報の第2図及び特開昭58−103166号公報の第2図等で代表される固体カラー撮像素子も適用できる。
[Laminated structure]
As one preferable aspect of the present invention, when no voltage is applied to the photoelectric conversion film, it is preferable that at least two photoelectric conversion films are laminated. There are no particular limitations on the multilayer imaging device, and any of those used in this field can be applied. However, a BGR three-layer structure is preferred, and a preferred example of the BGR multilayer structure is shown in FIG.
Next, the solid-state imaging device according to the present invention has, for example, a photoelectric conversion film as shown in FIG. In the solid-state imaging device as shown in FIG. 1, a stacked photoelectric conversion film is provided on the scanning circuit unit. The scanning circuit unit can appropriately adopt a configuration in which a MOS transistor is formed on a semiconductor substrate for each pixel unit, or a configuration having a CCD as an image sensor.
For example, in the case of a solid-state imaging device using a MOS transistor, charges are generated in the photoelectric conversion film by incident light transmitted through the electrodes, and the charges are generated by an electric field generated between the electrodes by applying a voltage to the electrodes. It travels to the electrode through the photoelectric conversion film, and further moves to the charge storage part of the MOS transistor, and charges are stored in the charge storage part. The charge accumulated in the charge accumulation unit moves to the charge readout unit by switching of the MOS transistor, and is further output as an electric signal. Thereby, a full-color image signal is input to the solid-state imaging device including the signal processing unit.
As these laminated image pickup devices, solid color image pickup devices represented by FIG. 2 of JP-A-58-103165, FIG. 2 of JP-A-58-103166, and the like can also be applied.

上記の積層型撮像素子好ましくは3層積層型撮像素子の製造工程については特開2002−83946号公報記載の方法(同公報の図7〜23及び段落番号0026〜0038参照)が適用できる。   The method described in JP-A-2002-83946 (see FIGS. 7 to 23 and paragraph numbers 0026 to 0038 of the same publication) can be applied to the manufacturing process of the above-described multilayer image sensor, preferably a three-layer image sensor.

(光電変換素子)
以下に本発明の好ましい態様の光電変換素子について説明する。
本発明の光電変換素子は電磁波吸収/光電変換部位と光電変換により生成した電荷の電荷蓄積/転送/読み出し部位よりなる。
本発明において電磁波吸収/光電変換部位は、少なくとも青光、緑光、赤光を各々吸収し光電変換することができる少なくとも2層の積層型構造を有する。青光吸収層(B)は少なくとも400nm以上500nm以下の光を吸収することができ、好ましくはその波長域でのピ−ク波長の吸収率は50%以上である。緑光吸収層(G)は少なくとも500nm以上600nm以下の光を吸収することができ、好ましくはその波長域でのピ−ク波長の吸収率は50%以上である。赤光吸収層(R)は少なくとも600nm以上700nm以下の光を吸収することができ、好ましくはその波長域でのピ−ク波長の吸収率は50%以上である。これらの層の序列はいずれの序列でも良く、3層積層型構造の場合は上層(光入射側)からBGR、BRG、GBR、GRB、RBG、RGBの序列が可能である。好ましくは最上層がGである。2層積層型構造の場合は上層がR層の場合は下層が同一平面状にBG層、上層がB層の場合は下層が同一平面状にGR層、上層がG層の場合は下層が同一平面状にBR層が形成される。好ましくは上層がG層で下層が同一平面状にBR層である。このように下層の同一平面状に2つの光吸収層が設けられる場合には上層の上もしくは上層と下層の間に色分別できるフィルタ−層を例えばモザイク状に設けることが好ましい。場合により4層目以上の層を新たな層としてもしくは同一平面状に設けることが可能である。
本発明における電荷蓄積/転送/読み出し部位は電磁波吸収/光電変換部位の下に設ける。下層の電磁波吸収/光電変換部位が電荷蓄積/転送/読み出し部位を兼ねることは好ましい。
本発明において電磁波吸収/光電変換部位は有機層または無機層または有機層と無機層の混合よりなる。有機層がB/G/R層を形成していても良いし無機層がB/G/R層を形成していても良い。好ましくは有機層と無機層の混合である。この場合、基本的には有機層が1層の時は無機層は1層または2層であり、有機層が2層の時は無機層は1層である。有機層と無機層が1層の場合には無機層が同一平面状に2色以上の電磁波吸収/光電変換部位を形成する。好ましくは上層が有機層でG層であり、下層が無機層で上からB層、R層の序列である。場合により4層目以上の層を新たな層として、もしくは同一平面状に設けることが可能である。有機層がB/G/R層を形成する場合には、その下に電荷蓄積/転送/読み出し部位を設ける。電磁波吸収/光電変換部位として無機層を用いる場合には、この無機層が電荷蓄積/転送/読み出し部位を兼ねる。
(Photoelectric conversion element)
The photoelectric conversion element of the preferable aspect of this invention is demonstrated below.
The photoelectric conversion element of the present invention comprises an electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site and a charge accumulation / transfer / readout site for charges generated by photoelectric conversion.
In the present invention, the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site has a laminated structure of at least two layers capable of absorbing and photoelectrically converting at least blue light, green light, and red light. The blue light absorbing layer (B) can absorb light of at least 400 nm or more and 500 nm or less, and preferably the peak wavelength absorptance in the wavelength region is 50% or more. The green light absorbing layer (G) can absorb light of at least 500 nm to 600 nm, and preferably the peak wavelength absorptance in the wavelength region is 50% or more. The red light absorbing layer (R) can absorb light of at least 600 nm or more and 700 nm or less, and preferably has an absorptance of a peak wavelength in the wavelength region of 50% or more. The order of these layers may be any order, and in the case of a three-layer laminated structure, the order of BGR, BRG, GBR, GRB, RBG, and RGB is possible from the upper layer (light incident side). Preferably, the uppermost layer is G. In the case of a two-layer structure, when the upper layer is the R layer, the lower layer is the same BG layer, when the upper layer is the B layer, the lower layer is the same planar GR layer, and when the upper layer is the G layer, the lower layer is the same A BR layer is formed in a planar shape. Preferably, the upper layer is a G layer and the lower layer is a BR layer on the same plane. Thus, when two light absorption layers are provided on the same plane of the lower layer, it is preferable to provide, for example, a mosaic layer on the upper layer or a filter layer capable of color separation between the upper layer and the lower layer. In some cases, it is possible to provide a fourth layer or more as a new layer or in the same plane.
In the present invention, the charge accumulation / transfer / readout part is provided under the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion part. It is preferable that the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site in the lower layer also serves as a charge storage / transfer / readout site.
In the present invention, the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site is composed of an organic layer, an inorganic layer, or a mixture of an organic layer and an inorganic layer. The organic layer may form a B / G / R layer, or the inorganic layer may form a B / G / R layer. A mixture of an organic layer and an inorganic layer is preferred. In this case, basically, when the organic layer is one layer, the inorganic layer is one or two layers, and when the organic layer is two layers, the inorganic layer is one layer. When the organic layer and the inorganic layer are one layer, the inorganic layer forms electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites of two or more colors on the same plane. Preferably, the upper layer is an organic layer and is a G layer, and the lower layer is an inorganic layer and is an order of B layer and R layer from the top. In some cases, it is possible to provide a fourth layer or more as a new layer or in the same plane. In the case where the organic layer forms a B / G / R layer, a charge accumulation / transfer / readout portion is provided thereunder. When an inorganic layer is used as the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site, this inorganic layer also serves as a charge accumulation / transfer / readout site.

本発明において、上記で説明した素子のなかで特に好ましい一つの態様は以下の通りである。
少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位を有し、これらのうち少なくとも一つの部位が本発明の素子(撮像素子)の場合である。
さらに、少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位が少なくとも2層の積層型構造を有する素子の場合が好ましい。さらに、上層が緑光を吸収し光電変換することができる部位からなる素子である場合が好ましい。
また、特に好ましくは、少なくとも3つの電磁波吸収/光電変換部位を有し、これらのうち少なくとも一つの部位が本発明の素子(撮像素子)の場合である。
さらに、上層が緑光を吸収し光電変換することができる部位からなる素子である場合が好ましい。さらに、3つのうち少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位が無機層(好ましくはシリコン基盤内に形成されている)の場合である。
In the present invention, one particularly preferable aspect among the elements described above is as follows.
This is the case of having at least two electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites, and at least one of these sites is the element (imaging device) of the present invention.
Furthermore, it is preferable that the element has a laminated structure in which at least two electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites have at least two layers. Furthermore, it is preferable that the upper layer is an element composed of a part capable of absorbing green light and performing photoelectric conversion.
Particularly preferably, there are at least three electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites, and at least one of these sites is the element (imaging device) of the present invention.
Furthermore, it is preferable that the upper layer is an element composed of a part capable of absorbing green light and performing photoelectric conversion. Further, at least two of the three electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites are inorganic layers (preferably formed in a silicon substrate).

(電極)
本発明の有機層からなる電磁波吸収/光電変換部位は1対の電極に挟まれており、各々が画素電極と対向電極を形成している。好ましくは下層が画素電極である。
対向電極は正孔輸送性光電変換膜または正孔輸送層から正孔を取り出すことが好ましく、金属、合金、金属酸化物、電気伝導性化合物、またはこれらの混合物などを用いることができる材料である。画素電極は電子輸送性光電変換層または電子輸送層から電子を取り出すことが好ましく、電子輸送性光電変換層、電子輸送層などの隣接する層との密着性や電子親和力、イオン化ポテンシャル、安定性等を考慮して選ばれる。これらの具体例としては酸化スズ、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウムスズ(ITO)等の導電性金属酸化物、あるいは金、銀、クロム、ニッケル等の金属、さらにこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物または積層物、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、シリコン化合物およびこれらとITOとの積層物などが挙げられ、好ましくは、導電性金属酸化物であり、特に、生産性、高導電性、透明性等の点からITO、IZOが好ましい。膜厚は材料により適宜選択可能であるが、通常10nm以上1μm以下の範囲のものが好ましく、より好ましくは30nm以上500nm以下であり、更に好ましくは50nm以上300nm以下である。
(electrode)
The electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site made of the organic layer of the present invention is sandwiched between a pair of electrodes, each of which forms a pixel electrode and a counter electrode. The lower layer is preferably a pixel electrode.
The counter electrode is preferably a material that can take out holes from the hole transport photoelectric conversion film or the hole transport layer, and can use a metal, an alloy, a metal oxide, an electrically conductive compound, or a mixture thereof. . The pixel electrode preferably takes out electrons from the electron transporting photoelectric conversion layer or the electron transporting layer. Adhesion with adjacent layers such as the electron transporting photoelectric conversion layer and the electron transporting layer, electron affinity, ionization potential, stability, etc. Selected in consideration of Specific examples of these include conductive metal oxides such as tin oxide, zinc oxide, indium oxide and indium tin oxide (ITO), or metals such as gold, silver, chromium and nickel, and these metals and conductive metal oxides. Inorganic conductive materials such as copper iodide and copper sulfide, organic conductive materials such as polyaniline, polythiophene and polypyrrole, silicon compounds and laminates of these with ITO, etc. In particular, ITO and IZO are preferable from the viewpoints of productivity, high conductivity, transparency, and the like. Although the film thickness can be appropriately selected depending on the material, it is usually preferably in the range of 10 nm to 1 μm, more preferably 30 nm to 500 nm, and still more preferably 50 nm to 300 nm.

画素電極、対向電極の作製には材料によって種々の方法が用いられるが、例えば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膜形成される。ITOの場合、UV−オゾン処理、プラズマ処理などを施すことができる。
本発明においては透明電極膜をプラズマフリーで作製することが好ましい。プラズマフリーで透明電極膜を作成することで、プラズマが基板に与える影響を少なくすることができ、光電変換特性を良好にすることができる。ここで、プラズマフリーとは、透明電極膜の成膜中にプラズマが発生しないか、また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。
Various methods are used for manufacturing the pixel electrode and the counter electrode depending on the material. For example, in the case of ITO, electron beam method, sputtering method, resistance heating vapor deposition method, chemical reaction method (sol-gel method, etc.), dispersion of indium tin oxide A film is formed by a method such as application of an object. In the case of ITO, UV-ozone treatment, plasma treatment, etc. can be performed.
In the present invention, it is preferable to produce the transparent electrode film free of plasma. By creating a transparent electrode film free of plasma, the influence of plasma on the substrate can be reduced, and the photoelectric conversion characteristics can be improved. Here, plasma free means that no plasma is generated during the formation of the transparent electrode film, or 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.

透明電極膜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蒸着装置また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。
Examples of an apparatus that does not generate plasma during the formation of the transparent electrode film include an electron beam vapor deposition apparatus (EB vapor deposition apparatus) and a pulse laser vapor deposition apparatus. Regarding 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” by Yutaka Sawada (published by CMC, 2002) ), "Transparent conductive film technology" by the Japan Society for the Promotion of Science (Ohm Co., 1999), and references and the like appended thereto can be used. Hereinafter, a method for forming a transparent electrode film using an EB vapor deposition apparatus is referred to as an EB vapor deposition method, and a method for forming a transparent electrode film using a pulse laser vapor deposition apparatus is referred to as a pulse laser vapor deposition method.
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, 1999) by the Japan Society for the Promotion of Science, and references and the like attached thereto can be used.

本発明の有機電磁波吸収/光電変換部位の電極についてさらに詳細に説明する。有機層の光電変換膜は、画素電極膜、対向電極膜により挟まれ、電極間材料等を含むことができる。画素電極膜とは、電荷蓄積/転送/読み出し部位が形成された基板上方に作成された電極膜のことで、通常1ピクセルごとに分割される。これは、光電変換膜により変換された信号電荷を電荷蓄積/転送/信号読出回路基板上に1ピクセルごとに読み出すことで、画像を得るためである。
対向電極膜とは、光電変換膜を画素電極膜と共にはさみこむことで信号電荷と逆の極性を持つ信号電荷を吐き出す機能をもっている。この信号電荷の吐き出しは各画素間で分割する必要がないため、通常、対向電極膜は各画素間で共通にすることができる。そのため、共通電極膜(コモン電極膜)と呼ばれることもある。
The electrode of the organic electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site of the present invention will be described in more detail. The photoelectric conversion film of the organic layer is sandwiched between the pixel electrode film and the counter electrode film, and can include an interelectrode material or the like. The pixel electrode film is an electrode film formed above the substrate on which the charge accumulation / transfer / readout part is formed, and is usually divided into pixels. This is to obtain an image by reading out the signal charges converted by the photoelectric conversion film on a charge storage / transfer / signal readout circuit substrate for each pixel.
The counter electrode film has a function of discharging a signal charge having a polarity opposite to that of the signal charge by sandwiching the photoelectric conversion film together with the pixel electrode film. Since the discharge of the signal charge does not need to be divided between the pixels, the counter electrode film can be commonly used between the pixels. Therefore, it may be called a common electrode film (common electrode film).

光電変換膜は、画素電極膜と対向電極膜との間に位置する。光電変換機能は、この光電変換膜と画素電極膜及び対向電極膜により機能する。
光電変換膜積層の構成例としては、まず基板上に積層される有機層が一つの場合として、基板から画素電極膜(基本的に透明電極膜)、光電変換膜、対向電極膜(透明電極膜)を順に積層した構成が挙げられるが、これに限定されるものではない。
さらに、基板上に積層される有機層が2つの場合、例えば、基板から画素電極膜(基本的に透明電極膜)、光電変換膜、対向電極膜(透明電極膜)、層間絶縁膜、画素電極膜(基本的に透明電極膜)、光電変換膜、対向電極膜(透明電極膜)を順に積層した構成が挙げられる。
The photoelectric conversion film is located between the pixel electrode film and the counter electrode film. The photoelectric conversion function functions by the photoelectric conversion film, the pixel electrode film, and the counter electrode film.
As an example of the configuration of the photoelectric conversion film stack, first, when there is one organic layer stacked on the substrate, the pixel electrode film (basically a transparent electrode film), the photoelectric conversion film, the counter electrode film (transparent electrode film) from the substrate ) In order, but is not limited thereto.
Further, when two organic layers are stacked on the substrate, for example, from the substrate to the pixel electrode film (basically a transparent electrode film), a photoelectric conversion film, a counter electrode film (transparent electrode film), an interlayer insulating film, a pixel electrode A configuration in which a film (basically a transparent electrode film), a photoelectric conversion film, and a counter electrode film (transparent electrode film) are sequentially stacked is exemplified.

本発明の光電変換部位を構成する透明電極膜の材料は、プラズマフリーである成膜装置、EB蒸着装置、及びパルスレーザー蒸着装置により成膜できるものが好ましい。例えば、金属、合金、金属酸化物、金属窒化物、金属ホウ化物、有機導電性化合物、これらの混合物等が好適に挙げられ、具体例としては、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウムタングステン(IWO)等の導電性金属酸化物、窒化チタン等の金属窒化物、金、白金、銀、クロム、ニッケル、アルミニウム等の金属、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−ル等の有機導電性材料、これらとITOとの積層物、などが挙げられる。また、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)等に詳細に記載されているものを用いても良い。
透明電極膜の材料として特に好ましいのは、ITO、IZO、SnO2、ATO(アンチモンドープ酸化スズ)、ZnO、AZO(Alドープ酸化亜鉛)、GZO(ガリウムドープ酸化亜鉛)、TiO2、FTO(フッ素ドープ酸化スズ)のいずれかの材料である。透明電極膜の光透過率は、その透明電極膜を含む光電変換素子に含まれる光電変換膜の光電変換光吸収ピーク波長において、60%以上が好ましく、より好ましくは80%以上で、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上である。また、透明電極膜の表面抵抗は、画素電極であるか対向電極であるか、さらには電荷蓄積/転送・読み出し部位がCCD構造であるかCMOS構造であるか等により好ましい範囲は異なる。対向電極に使用し電荷蓄積/転送/読み出し部位がCMOS構造の場合には10000Ω/□以下が好ましく、より好ましくは、1000Ω/□以下である。対向電極に使用し電荷蓄積/転送/読み出し部位がCCD構造の場合には1000Ω/□以下が好ましく、より好ましくは、100Ω/□以下である。画素電極に使用する場合には1000000Ω/□以下が好ましく、より好ましくは、100000Ω/□以下である。
透明電極膜成膜時の条件について触れる。透明電極膜成膜時の基板温度は500℃以下が好ましく、より好ましくは、300℃以下で、さらに好ましくは200℃以下、さらに好ましくは150℃以下である。また、透明電極膜成膜中にガスを導入しても良く、基本的にそのガス種は制限されないが、Ar、He、酸素、窒素などを用いることができる。また、これらのガスの混合ガスを用いても良い。特に酸化物の材料の場合は、酸素欠陥が入ることが多いので、酸素を用いることが好ましい。
The material of the transparent electrode film constituting the photoelectric conversion site of the present invention is preferably one that can be formed by a plasma-free film forming apparatus, an EB vapor deposition apparatus, and a pulse laser vapor deposition apparatus. For example, a metal, an alloy, a metal oxide, a metal nitride, a metal boride, an organic conductive compound, a mixture thereof, and the like are preferable. Specific examples include tin oxide, zinc oxide, indium oxide, and indium zinc oxide. (IZO), indium tin oxide (ITO), conductive metal oxides such as indium tungsten oxide (IWO), metal nitrides such as titanium nitride, metals such as gold, platinum, silver, chromium, nickel, aluminum, and these A mixture or laminate of a metal and a conductive metal oxide, an inorganic conductive material such as copper iodide or copper sulfide, an organic conductive material such as polyaniline, polythiophene or polypyrrole, a laminate of these and ITO, Etc. Also, supervised by Yutaka Sawada “New Development of Transparent Conductive Film” (published by CMC, 1999), supervised by Yutaka Sawada “New Development of Transparent Conductive Film II” (published by CMC, 2002), “Transparent by Japan Society for the Promotion of Science” Those described in detail in “Technology of Conductive Film” (Ohm Co., 1999) may be used.
Particularly preferable materials for the transparent electrode film are ITO, IZO, SnO 2 , ATO (antimony-doped tin oxide), ZnO, AZO (Al-doped zinc oxide), GZO (gallium-doped zinc oxide), TiO 2 , FTO (fluorine). Doped tin oxide). The light transmittance of the transparent electrode film is preferably 60% or more, more preferably 80% or more, more preferably, in the photoelectric conversion light absorption peak wavelength of the photoelectric conversion film included in the photoelectric conversion element including the transparent electrode film. It is 90% or more, more preferably 95% or more. The preferred range of the surface resistance of the transparent electrode film varies depending on whether it is a pixel electrode or a counter electrode, and whether the charge storage / transfer / read-out site is a CCD structure or a CMOS structure. When it is used for the counter electrode and the charge storage / transfer / readout part has a CMOS structure, it is preferably 10000Ω / □ or less, more preferably 1000Ω / □ or less. When it is used for the counter electrode and the charge storage / transfer / readout part has a CCD structure, it is preferably 1000Ω / □ or less, more preferably 100Ω / □ or less. When used for a pixel electrode, it is preferably 1000000 Ω / □ or less, more preferably 100000 Ω / □ or less.
The conditions at the time of forming the transparent electrode film will be mentioned. The substrate temperature at the time of forming the transparent electrode film is preferably 500 ° C. or lower, more preferably 300 ° C. or lower, further preferably 200 ° C. or lower, and further preferably 150 ° C. or lower. Further, a gas may be introduced during the formation of the transparent electrode film, and basically the gas species is not limited, but Ar, He, oxygen, nitrogen and the like can be used. Further, a mixed gas of these gases may be used. In particular, in the case of an oxide material, oxygen defects are often introduced, so that oxygen is preferably used.

(無機層)
電磁波吸収/光電変換部位としての無機層について説明する。この場合、上層の有機層を通過した光を無機層で光電変換することになる。無機層としては結晶シリコン、アモルファスシリコン、GaAsなどの化合物半導体のpn接合またはpin接合が一般的に用いられる。積層型構造として米国特許第5965875号に開示されている方法を採用することができる。すなわちシリコンの吸収係数の波長依存性を利用して積層された受光部を形成し、その深さ方向で色分離を行う構成である。この場合、シリコンの光進入深さで色分離を行っているため積層された各受光部で検知するスペクトル範囲はブロードとなる。しかしながら、前述した有機層を上層に用いることにより、すなわち有機層を透過した光をシリコンの深さ方向で検出することにより色分離が顕著に改良される。特に有機層にG層を配置すると有機層を透過する光はB光とR光になるためにシリコンでの深さ方向での光の分別はBR光のみとなり色分離が改良される。有機層がB層またはR層の場合でもシリコンの電磁波吸収/光電変換部位を深さ方向で適宜選択することにより顕著に色分離が改良される。有機層が2層の場合にはシリコンでの電磁波吸収/光電変換部位としての機能は基本的には1色で良く、好ましい色分離が達成できる。
(Inorganic layer)
The inorganic layer as the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site will be described. In this case, light passing through the upper organic layer is photoelectrically converted by the inorganic layer. As the inorganic layer, a pn junction or a pin junction of a compound semiconductor such as crystalline silicon, amorphous silicon, or GaAs is generally used. The method disclosed in US Pat. No. 5,965,875 can be adopted as the laminated structure. In other words, a stacked light receiving portion is formed using the wavelength dependency of the absorption coefficient of silicon, and color separation is performed in the depth direction. In this case, since the color separation is performed based on the light penetration depth of silicon, the spectral range detected by each of the stacked light receiving units is broad. However, color separation is remarkably improved by using the above-described organic layer as an upper layer, that is, by detecting light transmitted through the organic layer in the depth direction of silicon. In particular, when the G layer is arranged in the organic layer, the light transmitted through the organic layer becomes B light and R light, so that the separation of light in the depth direction in silicon becomes only BR light, and the color separation is improved. Even when the organic layer is a B layer or an R layer, color separation is remarkably improved by appropriately selecting the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site of silicon in the depth direction. When the organic layer has two layers, the function as an electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site in silicon may be basically one color, and preferable color separation can be achieved.

無機層は好ましくは、半導体基板内の深さ方向に、画素毎に複数のフォトダイオードが重層され、前記複数のフォトダイオードに吸収される光によって各フォトダイオードに生じる信号電荷に応じた色信号を外部に読み出す構造である。好ましくは、前記複数のフォトダイオードは、B光を吸収する深さに設けられる第1のフォトダイオードと、R光を吸収する深さに設けられる第2のフォトダイオードの少なくとも1つとを含み、前記複数のフォトダイオードの各々に生じる前記信号電荷に応じた色信号を読み出す色信号読み出し回路を備えることが好ましい。この構成により、カラーフィルタを用いることなく色分離を行うことができる。又、場合によっては、負感度成分の光も検出することができるため、色再現性の良いカラー撮像が可能となる。又、本発明においては、前記第1のフォトダイオードの接合部は、前記半導体基板表面から約0.2μmまでの深さに形成され、前記第2のフォトダイオードの接合部は、前記半導体基板表面から約2μmまでの深さに形成されることが好ましい。
無機層についてさらに詳細に説明する。無機層の好ましい構成としては、光伝導型、p−n接合型、ショットキー接合型、PIN接合型、MSM(金属−半導体−金属)型の受光素子やフォトトランジスタ型の受光素子が挙げられる。本発明では、単一の半導体基板内に、第1導電型の領域と、前記第1導電型と逆の導電型である第2導電型の領域とを交互に複数積層し、前記第1導電型及び第2導電型の領域の各接合面を、それぞれ異なる複数の波長帯域の光を主に光電変換するために適した深さに形成してなる受光素子を用いることが好ましい。単一の半導体基板としては、単結晶シリコンが好ましく、シリコン基板の深さ方向に依存する吸収波長特性を利用して色分離を行うことができる。
無機半導体として、InGaN系、InAlN系、InAlP系、又はInGaAlP系の無機半導体を用いることもできる。InGaN系の無機半導体は、Inの含有組成を適宜変更し、青色の波長範囲内に極大吸収値を有するよう調整されたものである。すなわち、InxGa1-xN(0<X<1)の組成となる。このような化合物半導体は、有機金属気相成長法(MOCVD法)を用いて製造される。Gaと同じ13族原料のAlを用いる窒化物半導体のInAlN系についても、InGaN系と同様に短波長受光部として利用することができる。また、GaAs基板に格子整合するInAlP、InGaAlPを用いることもできる。
The inorganic layer is preferably formed by stacking a plurality of photodiodes for each pixel in the depth direction in the semiconductor substrate, and a color signal corresponding to a signal charge generated in each photodiode by light absorbed by the plurality of photodiodes. It is a structure that reads out to the outside. Preferably, the plurality of photodiodes include a first photodiode provided at a depth that absorbs B light and at least one of a second photodiode provided at a depth that absorbs R light, It is preferable to include a color signal readout circuit that reads out a color signal corresponding to the signal charge generated in each of the plurality of photodiodes. With this configuration, color separation can be performed without using a color filter. In some cases, light of a negative sensitivity component can also be detected, so that color imaging with good color reproducibility is possible. In the present invention, the junction portion of the first photodiode is formed to a depth of about 0.2 μm from the surface of the semiconductor substrate, and the junction portion of the second photodiode is the surface of the semiconductor substrate. To a depth of about 2 μm.
The inorganic layer will be described in more detail. As a preferable configuration of the inorganic layer, a photoconductive type, a pn junction type, a Schottky junction type, a PIN junction type, an MSM (metal-semiconductor-metal) type light receiving element or a phototransistor type light receiving element can be given. In the present invention, a plurality of first conductivity type regions and second conductivity type regions opposite to the first conductivity type are alternately stacked in a single semiconductor substrate, and the first conductivity type is stacked. It is preferable to use a light receiving element in which each joint surface of the mold and the second conductivity type region is formed to a depth suitable for mainly photoelectrically converting light in a plurality of different wavelength bands. As the single semiconductor substrate, single crystal silicon is preferable, and color separation can be performed using absorption wavelength characteristics depending on the depth direction of the silicon substrate.
As the inorganic semiconductor, an InGaN-based, InAlN-based, InAlP-based, or InGaAlP-based inorganic semiconductor can also be used. The InGaN-based inorganic semiconductor is adjusted so as to have a maximum absorption value in a blue wavelength range by appropriately changing the In-containing composition. That is, the composition is In x Ga 1-x N (0 <X <1). Such a compound semiconductor is manufactured using a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method). A nitride semiconductor InAlN system using Al, which is the same group 13 source material as Ga, can also be used as a short wavelength light receiving section in the same manner as the InGaN system. InAlP or InGaAlP lattice-matched to the GaAs substrate can also be used.

無機半導体は、埋め込み構造となっていてもよい。埋め込み構造とは、短波長受光部部分の両端を短波長受光部とは異なる半導体で覆われる構成のものをいう。両端を覆う半導体としては、短波長受光部のバンドギャップ波長より短い又は同等のバンドギャップ波長を有する半導体であることが好ましい。
有機層と無機層とは、どのような形態で結合されていてもよい。また、有機層と無機層との間には、電気的に絶縁するために、絶縁層を設けることが好ましい。
接合は、光入射側から、npn、又はpnpnとなっていることが好ましい。特に、表面にp層を設け表面の電位を高くしておくことで、表面付近で発生した正孔、及び暗電流をトラップすることができ暗電流を低減できるため、pnpn接合とすることがより好ましい。
このようなフォトダイオードは、p型シリコン基板表面から順次拡散される、n型層、p型層、n型層、p型層をこの順に深く形成することで、pn接合ダイオードがシリコンの深さ方向にpnpnの4層が形成される。ダイオードに表面側から入射した光は波長の長いものほど深く侵入し、入射波長と減衰係数はシリコン固有の値を示すので、pn接合面の深さが可視光の各波長帯域をカバーするように設計する。同様に、n型層、p型層、n型層の順に形成することで、npnの3層の接合ダイオードが得られる。ここで、n型層から光信号を取り出し、p型層はアースに接続する。
また、各領域に引き出し電極を設け、所定のリセット電位をかけると、各領域が空乏化し、各接合部の容量は限りなく小さい値になる。これにより、接合面に生じる容量を極めて小さくすることができる。
The inorganic semiconductor may have a buried structure. The embedded structure means a structure in which both ends of the short wavelength light receiving part are covered with a semiconductor different from the short wavelength light receiving part. The semiconductor covering both ends is preferably a semiconductor having a band gap wavelength shorter than or equivalent to the band gap wavelength of the short wavelength light receiving part.
The organic layer and the inorganic layer may be combined in any form. In addition, it is preferable to provide an insulating layer between the organic layer and the inorganic layer in order to electrically insulate.
The junction is preferably npn or pnpn from the light incident side. In particular, by providing a p layer on the surface and increasing the surface potential, holes generated in the vicinity of the surface and dark current can be trapped and dark current can be reduced. preferable.
In such a photodiode, an n-type layer, a p-type layer, an n-type layer, and a p-type layer that are sequentially diffused from the surface of the p-type silicon substrate are formed deeply in this order, so that the pn junction diode has a silicon depth. Four layers of pnpn are formed in the direction. The light incident on the diode from the surface side penetrates deeper as the wavelength is longer, and the incident wavelength and attenuation coefficient show values specific to silicon, so that the depth of the pn junction surface covers each wavelength band of visible light. design. Similarly, an n-type layer, a p-type layer, and an n-type layer are formed in this order to obtain a npn three-layer junction diode. Here, an optical signal is taken out from the n-type layer, and the p-type layer is connected to the ground.
Further, when an extraction electrode is provided in each region and a predetermined reset potential is applied, each region is depleted, and the capacitance of each junction becomes an extremely small value. Thereby, the capacity | capacitance produced in a joint surface can be made very small.

(補助層)
本発明においては、好ましくは電磁波吸収/光電変換部位の最上層に紫外線吸収層および/または赤外線吸収層を有する。紫外線吸収層は少なくとも400nm以下の光を吸収または反射することができ、好ましくは400nm以下の波長域での吸収率は50%以上である。赤外線吸収層は少なくとも700nm以上の光を吸収または反射することができ、好ましくは700nm以上の波長域での吸収率は50%以上である。
これらの紫外線吸収層、赤外線吸収層は従来公知の方法によって形成できる。例えば基板上にゼラチン、カゼイン、グリューあるいはポリビニルアルコールなどの親水性高分子物質からなる媒染層を設け、その媒染層に所望の吸収波長を有する色素を添加もしくは染色して着色層を形成する方法が知られている。さらには、ある種の着色材が透明樹脂中に分散されてなる着色樹脂を用いた方法が知られている。例えば、特開昭58−46325号公報、特開昭60−78401号公報、特開昭60−184202号公報、特開昭60−184203号公報、特開昭60−184204号公報、特開昭60−184205号公報等に示されている様に、ポリアミノ系樹脂に着色材を混合した着色樹脂膜を用いることができる。感光性を有するポリイミド樹脂を用いた着色剤も可能である。
特公平7−113685記載の感光性を有する基を分子内に持つ、200℃以下にて硬化膜を得ることのできる芳香族系のポリアミド樹脂中に着色材料を分散すること、特公平7−69486記載の含量を分散着色樹脂を用いることも可能である。
本発明においては好ましくは誘電体多層膜が用いられる。誘電体多層膜は光の透過の波長依存性がシャ−プであり、好ましく用いられる。
各電磁波吸収/光電変換部位は絶縁層により分離されていることが好ましい。絶縁層は、ガラス、ポリエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリエーテルサルフォン、ポリプロピレン等の透明性絶縁材料を用いて形成することができる。窒化珪素、酸化珪素等も好ましく用いられる。プラズマCVDで製膜した窒化珪素は緻密性が高く透明性も良いために本発明においては好ましく用いられる。
酸素や水分等との接触を防止する目的で保護層あるいは封止層を設けることもできる。 保護層としては、ダイヤモンド薄膜、金属酸化物、金属窒化物等の無機材料膜、フッ素樹脂、ポリパラキシレン、ポリエチレン、シリコン樹脂、ポリスチレン樹脂等の高分子膜、さらには、光硬化性樹脂等が挙げられる。また、ガラス、気体不透過性プラスチック、金属などで素子部分をカバーし、適当な封止樹脂により素子自体をパッケージングすることもできる。この場合吸水性の高い物質をパッケージング内に存在させることも可能である。
更に、マイクロレンズアレイを受光素子の上部に形成することにより、集光効率を向上させることができるため、このような態様も好ましい。
(Auxiliary layer)
In the present invention, an ultraviolet absorption layer and / or an infrared absorption layer are preferably provided on the uppermost layer of the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site. The ultraviolet absorbing layer can absorb or reflect at least light of 400 nm or less, and preferably has an absorptance of 50% or more in a wavelength region of 400 nm or less. The infrared absorbing layer can absorb or reflect light of at least 700 nm or more, and preferably has an absorptance of 50% or more in a wavelength region of 700 nm or more.
These ultraviolet absorbing layer and infrared absorbing layer can be formed by a conventionally known method. For example, there is a method in which a mordanting layer made of a hydrophilic polymer material such as gelatin, casein, mulled or polyvinyl alcohol is provided on a substrate, and a dye having a desired absorption wavelength is added or dyed to the mordanting layer to form a colored layer. Are known. Furthermore, a method using a colored resin in which a certain kind of coloring material is dispersed in a transparent resin is known. For example, JP-A-58-46325, JP-A-60-78401, JP-A-60-184202, JP-A-60-184203, JP-A-60-184204, JP-A-60-184204 As shown in Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-184205 and the like, a colored resin film obtained by mixing a colorant with a polyamino resin can be used. A colorant using a polyimide resin having photosensitivity is also possible.
Dispersing a coloring material in an aromatic polyamide resin having a photosensitivity group described in JP-B-7-113685 in the molecule and capable of obtaining a cured film at 200 ° C. or lower, JP-B-7-69486 It is also possible to use dispersed colored resins with the stated content.
In the present invention, a dielectric multilayer film is preferably used. The dielectric multilayer film is preferably used because the wavelength dependency of light transmission is sharp.
Each electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site is preferably separated by an insulating layer. The insulating layer can be formed using a transparent insulating material such as glass, polyethylene, polyethylene terephthalate, polyethersulfone, and polypropylene. Silicon nitride, silicon oxide and the like are also preferably used. Silicon nitride formed by plasma CVD is preferably used in the present invention because it has high density and good transparency.
A protective layer or a sealing layer can be provided for the purpose of preventing contact with oxygen or moisture. Examples of protective layers include diamond thin films, inorganic material films such as metal oxides and metal nitrides, polymer films such as fluororesins, polyparaxylene, polyethylene, silicon resins, and polystyrene resins, and photocurable resins. Can be mentioned. Further, the element portion can be covered with glass, gas-impermeable plastic, metal, etc., and the element itself can be packaged with an appropriate sealing resin. In this case, a substance having high water absorption can be present in the packaging.
Furthermore, since the light collection efficiency can be improved by forming the microlens array on the light receiving element, such an embodiment is also preferable.

(電荷蓄積/転送/読み出し部位)
電荷転送/読み出し部位については特開昭58−103166、特開昭58−103165、特開2003−332551等を参考にすることができる。半導体基板上にMOSトランジスタが各画素単位に形成された構成や、あるいは、素子としてCCDを有する構成を適宜採用することができる。例えばMOSトランジスタを用いた光電変換素子の場合、電極を透過した入射光によって光導電膜の中に電荷が発生し、電極に電圧を印加することにより電極と電極との間に生じる電界によって電荷が光導電膜の中を電極まで走行し、さらにMOSトランジスタの電荷蓄積部まで移動し、電荷蓄積部に電荷が蓄積される。電荷蓄積部に蓄積された電荷は、MOSトランジスタのスイッチングにより電荷読出し部に移動し、さらに電気信号として出力される。これにより、フルカラーの画像信号が、信号処理部を含む固体撮像装置に入力される。
一定量のバイアス電荷を蓄積ダイオードに注入して(リフレッシュモード)おき、一定の電荷を蓄積(光電変換モード)後、信号電荷を読み出すことが可能である。受光素子そのものを蓄積ダイオードとして用いることもできるし、別途、蓄積ダイオードを付設することもできる。
(Charge accumulation / transfer / readout part)
Regarding the charge transfer / readout part, JP-A-58-103166, JP-A-58-103165, JP-A-2003-332551 and the like can be referred to. A structure in which a MOS transistor is formed on a semiconductor substrate for each pixel unit or a structure having a CCD as an element can be appropriately employed. For example, in the case of a photoelectric conversion element using a MOS transistor, charges are generated in the photoconductive film by incident light transmitted through the electrodes, and the charges are generated by an electric field generated between the electrodes by applying a voltage to the electrodes. It travels to the electrode through the photoconductive film, and further moves to the charge storage part of the MOS transistor, and charges are stored in the charge storage part. The charge accumulated in the charge accumulation unit moves to the charge readout unit by switching of the MOS transistor, and is further output as an electric signal. Thereby, a full-color image signal is input to the solid-state imaging device including the signal processing unit.
It is possible to inject a certain amount of bias charge into the storage diode (refresh mode) and store the constant charge (photoelectric conversion mode), and then read out the signal charge. The light receiving element itself can be used as a storage diode, or a storage diode can be additionally provided.

信号の読み出しについてさらに詳細に説明する。信号の読み出しは、通常のカラー読み出し回路を用いることができる。受光部で光/電気変換された信号電荷もしくは信号電流は、受光部そのものもしくは付設されたキャパシタで蓄えられる。蓄えられた電荷は、X−Yアドレス方式を用いたMOS型撮像素子(いわゆるCMOSセンサ)の手法により、画素位置の選択とともに読み出される。他には、アドレス選択方式として、1画素づつ順次マルチプレクサスイッチとデジタルシフトレジスタで選択し、共通の出力線に信号電圧(または電荷)として読み出す方式が挙げられる。2次元にアレイ化されたX−Yアドレス操作の撮像素子がCMOSセンサとして知られる。これは、X−Yの交点に接続された画素に儲けられたスイッチは垂直シフトレジスタに接続され、垂直操走査シフトレジスタからの電圧でスイッチがオンすると同じ行に儲けられた画素から読み出された信号は、列方向の出力線に読み出される。この信号は水平走査シフトレジスタにより駆動されるスイッチを通して順番に出力端から読み出される。
出力信号の読み出しには、フローティングディフュージョン検出器や、フローティングゲート検出器を用いることができる。また画素部分に信号増幅回路を設けることや、相関二重サンプリング(Correlated Double Sampling)の手法などにより、S/Nの向上をはかることができる。
The signal readout will be described in more detail. An ordinary color readout circuit can be used for signal readout. The signal charge or signal current optically / electrically converted by the light receiving unit is stored in the light receiving unit itself or an attached capacitor. The stored charge is read out together with the selection of the pixel position by a technique of a MOS type image pickup device (so-called CMOS sensor) using an XY address method. In addition, as an address selection method, there is a method in which each pixel is sequentially selected by a multiplexer switch and a digital shift register and read as a signal voltage (or charge) to a common output line. An image sensor for XY address operation arranged in a two-dimensional array is known as a CMOS sensor. This is because when a switch connected to a pixel connected to the intersection of XY is connected to a vertical shift register, and the switch is turned on by a voltage from the vertical scanning shift register, it is read out from the pixel placed in the same row. The read signal is read out to the output line in the column direction. This signal is read from the output end in turn through a switch driven by a horizontal scanning shift register.
For reading out the output signal, a floating diffusion detector or a floating gate detector can be used. Further, the S / N can be improved by providing a signal amplification circuit in the pixel portion or a correlated double sampling technique.

信号処理には、ADC回路によるガンマ補正、AD変換機によるデジタル化、輝度信号処理や、色信号信号処理を施すことができる。色信号処理としては、ホワイトバランス処理や、色分離処理、カラーマトリックス処理などが挙げられる。NTSC信号に用いる際は、RGB信号をYIQ信号の変換処理を施すことができる。
電荷転送・読み出し部位は電荷の移動度が100cm2/volt・sec以上であることが必要であり、この移動度は、材料をIV族、III−V族、II−VI族の半導体から選択することによって得ることができる。その中でも微細化技術が進んでいることと、低コストであることからシリコン半導体(Si半導体共記す)が好ましい。電荷転送・電荷読み出しの方式は数多く提案されているが、何れの方式でも良い。特に好ましい方式はCMOS型あるいはCCD型のデバイスである。更に本発明の場合、CMOS型の方が高速読み出し、画素加算、部分読み出し、消費電力などの点で好ましいことが多い。
For signal processing, gamma correction by an ADC circuit, digitization by an AD converter, luminance signal processing, and color signal signal processing can be performed. Examples of the color signal processing include white balance processing, color separation processing, and color matrix processing. When used for NTSC signals, RGB signals can be converted to YIQ signals.
The charge transfer / readout portion needs to have a charge mobility of 100 cm 2 / volt · sec or more, and this mobility is selected from a group IV, III-V, or II-VI group semiconductor. Can be obtained. Of these, silicon semiconductors (also referred to as Si semiconductors) are preferable because miniaturization technology is advanced and the cost is low. Many methods of charge transfer and charge reading have been proposed, but any method may be used. A particularly preferred method is a CMOS type or CCD type device. Furthermore, in the case of the present invention, the CMOS type is often preferable in terms of high-speed readout, pixel addition, partial readout, power consumption, and the like.

(接続)
電磁波吸収/光電変換部位と電荷転送/読み出し部位を連結する複数のコンタクト部位はいずれの金属で連結してもよいが、銅、アルミ、銀、金、クロム、タングステンの中から選択するのが好ましく、特に銅が好ましい。複数の電磁波吸収/光電変換部位に応じて、それぞれのコンタクト部位を電荷転送・読み出し部位との間に設置する必要がある。青・緑・赤光の複数感光ユニットの積層構造を採る場合、青光用取り出し電極と電荷転送/読み出し部位の間、緑光用取り出し電極と電荷転送/読み出し部位の間および赤光用取り出し電極と電荷転送/読み出し部位の間をそれぞれ連結する必要がある。
(Connection)
A plurality of contact parts for connecting the electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion part and the charge transfer / reading part may be connected by any metal, but preferably selected from copper, aluminum, silver, gold, chromium, and tungsten. In particular, copper is preferred. In accordance with a plurality of electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion parts, it is necessary to install each contact part between the charge transfer / readout part. When a laminated structure of a plurality of photosensitive units of blue, green, and red light is adopted, between the blue light extraction electrode and the charge transfer / readout portion, between the green light extraction electrode and the charge transfer / readout portion, and the red light extraction electrode; It is necessary to connect between the charge transfer / readout portions.

(プロセス)
本発明の積層光電変換素子は、公知の集積回路などの製造に用いるいわゆるミクロファブリケーションプロセスにしたがって製造することができる。基本的には、この方法は活性光や電子線などによるパターン露光(水銀のi,g輝線、エキシマレーザー、さらにはX線、電子線)、現像及び/又はバーニングによるパターン形成、素子形成材料の配置(塗設、蒸着、スパッタ、CVなど)、非パターン部の材料の除去(熱処理、溶解処理など)の反復操作による。
(process)
The laminated photoelectric conversion device of the present invention can be manufactured according to a so-called microfabrication process used for manufacturing a known integrated circuit or the like. Basically, this method uses pattern exposure by active light or electron beam (mercury i, g emission line, excimer laser, X-ray, electron beam), pattern formation by development and / or burning, and element formation material. By repeated operations of placement (coating, vapor deposition, sputtering, CV, etc.) and removal of non-patterned material (heat treatment, dissolution treatment, etc.).

(用途)
デバイスのチップサイズは、ブローニーサイズ、135サイズ、APSサイズ、1/1.8インチ、さらに小型のサイズでも選択することができる。本発明の積層光電変換素子の画素サイズは複数の電磁波吸収/光電変換部位の最大面積に相当する円相当直径で表す。いずれの画素サイズであっても良いが、2−20ミクロンの画素サイズが好ましい。さらに好ましくは2−10ミクロンであるが、3−8ミクロンが特に好ましい。
画素サイズが20ミクロンを超えると解像力が低下し、画素サイズが2ミクロンよりも小さくてもサイズ間の電波干渉のためか解像力が低下する。
本発明の光電変換素子は、デジタルスチルカメラに利用することが出来る。また、TVカメラに用いることも好ましい。その他の用途として、デジタルビデオカメラ、下記用途などでの監視カメラ(オフィスビル、駐車場、金融機関・無人契約機、ショッピングセンター、コンビニエンスストア、アウトレットモール、百貨店、パチンコホール、カラオケボックス、ゲームセンター、病院)、その他各種のセンサー(テレビドアホン、個人認証用センサー、ファクトリーオートメーション用センサー、家庭用ロボット、産業用ロボット、配管検査システム)、医療用センサー(内視鏡、眼底カメラ)、テレビ会議システム、テレビ電話、カメラつきケータイ、自動車安全走行システム(バックガイドモニタ、衝突予測、車線維持システム)、テレビゲーム用センサーなどの用途に用いることが出来る。
(Use)
The chip size of the device can be selected from brownie size, 135 size, APS size, 1 / 1.8 inch, and even smaller size. The pixel size of the laminated photoelectric conversion element of the present invention is represented by a circle-equivalent diameter corresponding to the maximum area of a plurality of electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites. Any pixel size may be used, but a pixel size of 2 to 20 microns is preferable. More preferably, it is 2-10 microns, but 3-8 microns is particularly preferable.
When the pixel size exceeds 20 microns, the resolving power decreases, and even if the pixel size is smaller than 2 microns, the resolving power decreases due to radio wave interference between the sizes.
The photoelectric conversion element of the present invention can be used for a digital still camera. It is also preferable to use it for a TV camera. Other applications include digital video cameras, surveillance cameras for the following applications (office buildings, parking lots, financial institutions and unmanned contractors, shopping centers, convenience stores, outlet malls, department stores, pachinko halls, karaoke boxes, game centers, Hospital), various other sensors (TV door phone, personal authentication sensor, factory automation sensor, home robot, industrial robot, piping inspection system), medical sensor (endoscope, fundus camera), video conference system, It can be used for applications such as videophones, mobile phones with cameras, safe driving systems for vehicles (back guide monitors, collision prediction, lane keeping systems), and video game sensors.

中でも、本発明の光電変換素子は、テレビカメラ用途としても適するものである。その理由は、色分解光学系を必要としないためにテレビカメラの小型軽量化を達成することが出来るためである。また、高感度で高解像力を有することから、ハイビジョン放送用テレビカメラに特に好ましい。この場合のハイビジョン放送用テレビカメラとは、デジタルハイビジョン放送用カメラを含むものである。
更に、本発明の光電変換素子においては、光学ローパスフィルターを不要とすることが出来、更なる高感度、高解像力が期待できる点で好ましい。
更に、本発明の光電変換素子においては厚みを薄くすることが可能であり、かつ色分解光学系が不要となる為、「日中と夜間のように異なる明るさの環境」、「静止している被写体と動いている被写体」など、異なる感度が要求される撮影シーン、その他分光感度、色再現性に対する要求が異なる撮影シーンに対して、本発明の光電変換素子を交換して撮影する事により1台のカメラにて多様な撮影のニーズにこたえることが出来、同時に複数台のカメラを持ち歩く必要がない為、撮影者の負担も軽減する。交換の対象となる光電変換素子としては、上記の他に赤外光撮影用、白黒撮影用、ダイナミックレンジの変更を目的に交換光電変換素子を用意することが出来る。
本発明のTVカメラは、映像情報メディア学会編、テレビジョンカメラの設計技術(1999年8月20日、コロナ社発行、ISBN 4-339-00714-5)第2章の記述を参考にし、例えば図2.1テレビカメラの基本的な構成の色分解光学系及び撮像デバイスの部分を、本発明の光電変換素子と置き換えることにより作製することができる。
上述の積層された受光素子は、配列することで撮像素子として利用することができるだけでなく、単体としてバイオセンサや化学センサなどの光センサやカラー受光素子としても利用可能である。
Especially, the photoelectric conversion element of this invention is suitable also for a television camera use. This is because a television camera can be reduced in size and weight because no color separation optical system is required. Moreover, since it has high sensitivity and high resolution, it is particularly preferable for a television camera for high-definition broadcasting. In this case, the high-definition broadcast television camera includes a digital high-definition broadcast camera.
Furthermore, the photoelectric conversion element of the present invention is preferable in that an optical low-pass filter can be eliminated and further high sensitivity and high resolution can be expected.
Furthermore, in the photoelectric conversion element of the present invention, it is possible to reduce the thickness and eliminate the need for a color separation optical system, so that "an environment with different brightness such as daytime and nighttime" For shooting scenes that require different sensitivities, such as `` subjects that are moving '' and `` moving subjects, '' and other scenes that require different spectral sensitivity and color reproducibility, replace the photoelectric conversion element of the present invention and shoot. A single camera can meet a variety of shooting needs, and it is not necessary to carry multiple cameras at the same time, reducing the burden on the photographer. As a photoelectric conversion element to be exchanged, an exchange photoelectric conversion element can be prepared for the purpose of infrared light photography, black-and-white photography, and dynamic range change in addition to the above.
The TV camera of the present invention can be obtained by referring to the description in Chapter 2 of the Institute of Image Information Media, Television Camera Design Technology (August 20, 1999, issued by Corona, ISBN 4-339-00714-5). Fig. 2.1 The television camera can be manufactured by replacing the color separation optical system and the imaging device in the basic configuration with the photoelectric conversion element of the present invention.
The above-described stacked light receiving elements can be used not only as an image pickup element by arranging them but also as a light sensor such as a biosensor or a chemical sensor or a color light receiving element as a single unit.

(本発明の好ましい光電変換素子)
本発明の好ましい光電変換素子について図4により説明する。13はシリコン単結晶基盤でありB光とR光の電磁波吸収/光電変換部位と光電変換により生成した電荷の電荷蓄積/転送/読み出し部位を兼ねている。通常、p型のシリコン基盤が用いられる。21、22、23はシリコン基盤中に設けられたn層、p層、n層を各々示す。21のn層はR光の信号電荷の蓄積部でありpn接合により光電変換されたR光の信号電荷を蓄積する。蓄積された電荷は26に示したトランジスタを介して19のメタル配線により27の信号読み出しパッドに接続される。23のn層はB光の信号電荷の蓄積部でありpn接合により光電変換されたB光の信号電荷を蓄積する。蓄積された電荷は26に類似のトランジスタを介して19のメタル配線により27の信号読み出しパッドに接続される。ここでp層、n層、トランジスタ、メタル配線等は模式的に示したが、それぞれが前論で詳述したように、構造等は適宜最適なものが選ばれる。B光、R光はシリコン基盤の深さにより分別しているのでpn接合等のシリコン基盤からの深さ、ドープ濃度の選択などは重要である。12はメタル配線を含む層であり酸化珪素、窒化珪素等を主成分とする層である。12の層の厚みは薄いほど好ましく5μ以下、好ましくは3μ以下、さらに好ましくは2μ以下である。11も同様に酸化珪素、窒化珪素等を主成分とする層である。11と12の層にはG光の信号電荷をシリコン基盤に送るためのプラグが設けられている。プラグは11と12の層の間で16のパッドにより接続されている。プラグはタングステンを主成分としたものが好ましく用いられる。パッドはアルミニウムを主成分としたものが好ましく用いられる。前述したメタル配線も含めてバリア層が設けられていることが好ましい。15のプラグを通して送られるG光の信号電荷はシリコン基盤中の25に示したn層に蓄積される。25に示したn層は24に示したp層により分離されている。蓄積された電荷は26に類似のトランジスタを介して19のメタル配線により27の信号読み出しパッドに接続される。24と25のpn接合による光電変換は雑音となるために11の層中に17に示した遮光膜が設けられる。遮光膜は通常、タングステン、アルミニウム等を主成分としたものが用いられる。12の層の厚みは薄いほど好ましく3μ以下、好ましくは2μ以下、さらに好ましくは1μ以下である。27の信号読み出しパッドはB、G、R信号別に設ける方が好ましい。以上のプロセスは従来公知のプロセス、いわゆるCMOSプロセスにより調製できる。
(Preferred photoelectric conversion element of the present invention)
A preferred photoelectric conversion element of the present invention will be described with reference to FIG. Reference numeral 13 denotes a silicon single crystal substrate, which serves as an electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site for B light and R light and a charge accumulation / transfer / readout site for charges generated by photoelectric conversion. Usually, a p-type silicon substrate is used. Reference numerals 21, 22, and 23 denote an n layer, a p layer, and an n layer provided in the silicon substrate, respectively. The n layer 21 is an R light signal charge accumulating unit for accumulating the R light signal charge photoelectrically converted by the pn junction. The accumulated charges are connected to 27 signal readout pads through 19 transistors through 19 transistors. The n layer 23 is a B light signal charge accumulating unit for accumulating B light signal charges photoelectrically converted by a pn junction. The accumulated electric charge is connected to 27 signal readout pads through 19 metal wires through transistors similar to 26. Here, the p layer, the n layer, the transistor, the metal wiring, and the like are schematically shown. However, as described in detail in the previous discussion, an optimal structure is appropriately selected. Since B light and R light are separated according to the depth of the silicon substrate, selection of the depth from the silicon substrate such as a pn junction and the doping concentration is important. Reference numeral 12 denotes a layer containing metal wiring, which is mainly composed of silicon oxide, silicon nitride, or the like. The thickness of the layer 12 is preferably as small as possible, and is 5 μm or less, preferably 3 μm or less, more preferably 2 μm or less. Similarly, 11 is a layer mainly composed of silicon oxide, silicon nitride or the like. The layers 11 and 12 are provided with plugs for sending the signal charges of G light to the silicon substrate. The plug is connected by 16 pads between the 11 and 12 layers. The plug is preferably made mainly of tungsten. A pad mainly composed of aluminum is preferably used. It is preferable that a barrier layer is provided including the metal wiring described above. The signal charges of G light transmitted through the 15 plugs are accumulated in the n layer indicated by 25 in the silicon substrate. The n layer shown in 25 is separated by the p layer shown in 24. The accumulated electric charge is connected to 27 signal readout pads through 19 metal wires through transistors similar to 26. Since photoelectric conversion by the pn junctions 24 and 25 causes noise, the light shielding film shown in 17 is provided in 11 layers. As the light shielding film, a film mainly composed of tungsten, aluminum or the like is usually used. The thickness of the layer 12 is preferably as small as possible, and is 3 μm or less, preferably 2 μm or less, more preferably 1 μm or less. 27 signal readout pads are preferably provided for each of the B, G, and R signals. The above process can be prepared by a conventionally known process, a so-called CMOS process.

G光の電磁波吸収/光電変換部位は6、7、8、9、10、14により示される。6と14は透明電極であり、各々、対向電極、画素電極に相当する。画素電極14は透明電極であるが、15のプラグと電気的接続を良好にするために接続部にアルミニウム、モリブデン等の部位が必要な場合が多い。これらの透明電極間には18の接続電極、20の対向電極パッドからの配線を通じてバイアスがかけられる。透明対向電極6に対して画素電極14に正のバイアスをかけて25に電子が蓄積できる構造が好ましい。この場合7は電子ブロッキング層、8がp層、9がn層、10が正孔ブロッキング層であり、有機層の代表的な層の構成を示した。7、8、9、10から成る有機層の厚みは好ましくは合わせて0.5μ以下、より好ましくは0.3μ以下、特に好ましくは0.2μ以下である。6の透明対向電極、14の透明画素電極の厚みは特に好ましくは0.2μ以下である。3、4、5は窒化珪素等を主成分とする保護膜である。これらの保護膜により、有機層を含む層の製造プロセスが容易となる。特にこれらの層は18等の接続電極作成時のレジストパタ−ン作成、エッチング時等の有機層に対するダメ−ジを低減させることができる。また、レジストパタ−ン作成、エッチング等を避けるために、マスクによる製造も可能である。3、4、5の保護膜の厚みは上述した条件を満足する限りにおいて、好ましくは0.5μ以下である。3は18の接続電極の保護膜である。2は赤外カット誘電体多層膜である。1は反射防止膜である。1、2、3の層の厚みは合わせて1μ以下が好ましい。   The electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion site of G light is indicated by 6, 7, 8, 9, 10, and 14. Reference numerals 6 and 14 denote transparent electrodes, which correspond to a counter electrode and a pixel electrode, respectively. The pixel electrode 14 is a transparent electrode, but in many cases, a portion such as aluminum or molybdenum is required for the connection portion in order to improve electrical connection with the 15 plugs. A bias is applied between these transparent electrodes through wiring from 18 connection electrodes and 20 counter electrode pads. A structure in which electrons can be stored in 25 by applying a positive bias to the pixel electrode 14 with respect to the transparent counter electrode 6 is preferable. In this case, 7 is an electron blocking layer, 8 is a p layer, 9 is an n layer, and 10 is a hole blocking layer, showing a typical organic layer structure. The thickness of the organic layer composed of 7, 8, 9, 10 is preferably 0.5 μm or less, more preferably 0.3 μm or less, and particularly preferably 0.2 μm or less. The thicknesses of the transparent counter electrode 6 and the transparent pixel electrode 14 are particularly preferably 0.2 μm or less. Reference numerals 3, 4, and 5 are protective films mainly composed of silicon nitride or the like. These protective films facilitate the manufacturing process of the layer including the organic layer. In particular, these layers can reduce damage to the organic layer during the formation of a resist pattern at the time of forming connection electrodes such as 18 and during etching. Further, in order to avoid the formation of a resist pattern, etching, etc., it is possible to manufacture with a mask. The thicknesses of the protective films 3, 4, and 5 are preferably 0.5 μm or less as long as the above-described conditions are satisfied. 3 is a protective film of 18 connection electrodes. Reference numeral 2 denotes an infrared cut dielectric multilayer film. Reference numeral 1 denotes an antireflection film. The total thickness of the layers 1, 2, and 3 is preferably 1 μm or less.

以上の図1で説明した光電変換素子はG画素が4画素に対してB画素とR画素が1画素の構成となっている。G画素が1画素に対してB画素とR画素が1画素の構成となっていても良いし、G画素が3画素に対してB画素とR画素が1画素の構成となっていても良いし、G画素が2画素に対してB画素とR画素が1画素の構成となっていても良い。さらには任意の組み合わせでも良い。以上は本発明の好ましい態様を示すものであるが、これに限定されるものではない。   The photoelectric conversion element described with reference to FIG. 1 has a configuration in which the G pixel is 4 pixels and the B pixel and the R pixel are 1 pixel. The G pixel may be configured with one B pixel and the R pixel for one pixel, or the G pixel may be configured with one pixel for the B pixel and the R pixel for three pixels. In addition, the B pixel and the R pixel may be configured as one pixel with respect to the G pixel as two pixels. Furthermore, arbitrary combinations may be used. Although the above shows the preferable aspect of this invention, it is not limited to this.

[実施例]
本発明の実施例及び実施態様例を以下に記載するが、本発明はこれらに限定されるものではない。
[Example]
Examples and embodiment examples of the present invention will be described below, but the present invention is not limited thereto.

インジウムスズ酸化物(ITO)薄膜上に、真空蒸着法を用いて、1,3−ジフェニル−5−[(3−(2−フェノキシエチル)−2(3H)−5−フェニルベンズオキサゾリリデン)エチルデン]エチリデン]−2,4,6(1H,3H,5H)−ピリミジントリオン(ジメチンメロシアニン:化合物1)の膜厚50nmの層を形成し、次に、ペリレン−3,4,9,10−テトラカルボキシル−ビス−ベンズイミダゾール(化合物2)の膜厚50nmの層を形成する。さらに、膜厚40nmの半透明のアルミニウム電極を形成し、光導電膜Aを得ることができる。なお、光導電膜Aにおいて化合物1の代わりに化合物3を用いた以外は光導電膜Aと同じにした光導電膜Bを、比較として用いる。   1,3-diphenyl-5-[(3- (2-phenoxyethyl) -2 (3H) -5-phenylbenzoxazolylidene) is deposited on an indium tin oxide (ITO) thin film using a vacuum deposition method. Ethylden] ethylidene] -2,4,6 (1H, 3H, 5H) -pyrimidinetrione (dimethine merocyanine: compound 1) with a thickness of 50 nm was formed, and then perylene-3,4,9,10 -A 50 nm thick layer of tetracarboxyl-bis-benzimidazole (compound 2) is formed. Furthermore, a semi-transparent aluminum electrode having a film thickness of 40 nm can be formed to obtain the photoconductive film A. A photoconductive film B that is the same as the photoconductive film A except that the compound 3 is used instead of the compound 1 in the photoconductive film A is used for comparison.

光導電膜Aの電子回折像の解析から、(化合物1)の配向は概念図(図2)のようになっていることが分かる。(化合物1)は自己会合性が高く、このような安定構造が形成される。このような強い自己会合性は、(化合物1)のファン・デル・ワールス力に主に起因すると考えている。
なお、これらの光導電膜A、Bを画素に分けた撮像素子を、各々撮像素子A、Bとする。
From the analysis of the electron diffraction image of the photoconductive film A, it can be seen that the orientation of (Compound 1) is as shown in the conceptual diagram (FIG. 2). (Compound 1) has a high self-association property and forms such a stable structure. Such strong self-association is considered to be mainly caused by the van der Waals force of (Compound 1).
In addition, the image pick-up element which divided these photoconductive films A and B into pixels is set as image pick-up elements A and B, respectively.

撮像素子Aの光応答電流は、撮像素子Bの1.5倍になる。さらに、電極間に5vの順方向の電圧(アルミニウム電極に正電圧を印加)(すなわち5×107V/mの電界)を印加することにより、撮像素子Aの光応答電流は電圧を印加しない場合に比べて2.5倍になるのに対して、比較の撮像素子Bの光応答電流は電圧を印加しない場合に比べて2倍にしかならない。なお、(化合物1)と(化合物2)の積層順を逆にしても同様の結果が得られる。この場合、電圧印加の正負は逆にする。また、アルミニウム電極の変わりに膜厚20nmの半透明の金電極を用いても同様の結果が得られる。
以上のように、配向の制御された有機層を持つ撮像素子は、これらの構造を持たない撮像素子に比べて、光応答電流が高く撮像素子として高感度であり、さらに、電圧を印加した場合に顕著に高感度になる。
The optical response current of the image sensor A is 1.5 times that of the image sensor B. Further, by applying a forward voltage of 5v between the electrodes (a positive voltage is applied to the aluminum electrode) (that is, an electric field of 5 × 10 7 V / m), the photoresponsive current of the image sensor A does not apply a voltage. In contrast to the case of 2.5 times, the photoresponse current of the comparative image sensor B is only twice that of the case where no voltage is applied. The same result can be obtained even if the stacking order of (Compound 1) and (Compound 2) is reversed. In this case, the polarity of voltage application is reversed. Similar results can be obtained by using a translucent gold electrode having a thickness of 20 nm instead of the aluminum electrode.
As described above, an image sensor having an organic layer with a controlled orientation has a higher photoresponse current and higher sensitivity as an image sensor than an image sensor without these structures, and when a voltage is applied. The sensitivity becomes remarkably high.

インジウムスズ酸化物(ITO)薄膜上に、真空蒸着法を用いて、1,3−ジフェニル−5−[(3−(2−フェノキシエチル)−2(3H)−5−フェニルベンズオキサゾリリデン)エチルデン]エチリデン]−2,4,6(1H,3H,5H)−ピリミジントリオン(ジメチンメロシアニン:化合物1)の膜厚10nmの層を形成し、次に、(化合物1)と1,3−ジシアノエチル−5−[(3−ベンジル−2(3H)−5−ナフト[2,3−d]オキサゾリリデン)エチルデン]エチリデン]−2,4,6(1H,3H,5H)−ピリミジントリオン(ジメチンメロシアニン:化合物4)を1:1の割合で共蒸着させて、膜厚80nmの層を形成し、次に、蒸着により(化合物4)の膜厚10nmの層を形成する。さらに、膜厚40nmの半透明のアルミニウム電極を形成し、光導電膜Cを得ることができる。 なお、実施例1で述べた光導電膜Bを、比較として用いる。
光導電膜Cの電子回折像の解析から、化合物の配向は概念図(図3)のようになっていることが分かる。(化合物1)及び(化合物4)は共に自己会合性が高く、このような安定構造が形成される。このような強い自己会合性は、これらの化合物のファン・デル・ワールス力に主に起因すると考えている。
なお、これらの光導電膜C、Bを画素に分けた撮像素子を、各々撮像素子C、Bとする。
撮像素子Cの光応答電流は、撮像素子Bの3倍になる。さらに、電極間に5vの電圧(アルミニウム電極に正電圧を印加)(すなわち5×107V/mの電界)を印加することにより、撮像素子Aの光応答電流は電圧を印加しない場合に比べて3.3倍になるのに対して、比較の撮像素子Bの光応答電流は電圧を印加しない場合に比べて2倍にしかならない。なお、(化合物1)と(化合物4)の積層順を逆にしても同様の結果が得られる。この場合、電圧印加の正負は逆にする。また、アルミニウム電極の変わりに膜厚20nmの半透明の金電極を用いても同様の結果が得られる。
以上のように、配向の制御された有機層を持つ撮像素子は、これらの構造を持たない撮像素子に比べて、光応答電流が高く撮像素子として高感度であり、さらに、電圧を印加した場合に顕著に高感度になる。
1,3-diphenyl-5-[(3- (2-phenoxyethyl) -2 (3H) -5-phenylbenzoxazolylidene) is deposited on an indium tin oxide (ITO) thin film using a vacuum deposition method. A 10 nm thick layer of ethylden] ethylidene] -2,4,6 (1H, 3H, 5H) -pyrimidinetrione (dimethine merocyanine: compound 1) was formed, and then (compound 1) and 1,3- Dicyanoethyl-5-[(3-benzyl-2 (3H) -5-naphtho [2,3-d] oxazolidylidene) ethylden] ethylidene] -2,4,6 (1H, 3H, 5H) -pyrimidinetrione (Dimethy Nmerocyanine: compound 4) is co-evaporated at a ratio of 1: 1 to form a layer having a thickness of 80 nm, and then a 10 nm-thick layer of (compound 4) is formed by vapor deposition. Furthermore, a 40 nm thick translucent aluminum electrode can be formed to obtain the photoconductive film C. Note that the photoconductive film B described in Example 1 is used for comparison.
From the analysis of the electron diffraction image of the photoconductive film C, it can be seen that the orientation of the compound is as shown in the conceptual diagram (FIG. 3). Both (Compound 1) and (Compound 4) have high self-association properties, and such a stable structure is formed. We believe that such strong self-association is mainly due to the van der Waals forces of these compounds.
In addition, the image pick-up element which divided these photoconductive films C and B into a pixel is set as image pick-up element C and B, respectively.
The optical response current of the image sensor C is three times that of the image sensor B. Furthermore, by applying a voltage of 5v between the electrodes (a positive voltage is applied to the aluminum electrode) (that is, an electric field of 5 × 10 7 V / m), the optical response current of the image sensor A is compared with the case where no voltage is applied. In contrast, the photoresponse current of the comparative image sensor B is only twice that of the case where no voltage is applied. The same result can be obtained even if the stacking order of (Compound 1) and (Compound 4) is reversed. In this case, the polarity of voltage application is reversed. Similar results can be obtained by using a translucent gold electrode having a thickness of 20 nm instead of the aluminum electrode.
As described above, an image sensor having an organic layer with a controlled orientation has a higher photoresponse current and higher sensitivity as an image sensor than an image sensor without these structures, and when a voltage is applied. The sensitivity becomes remarkably high.

実施例2で述べた撮像素子で使用する化合物を、以下のように変更した以外は同様の素子は、比較に対して実施例2と同様に優れた性能を示す。
(化合物1)を(化合物1)のメチン鎖を4つに伸ばしたテトラメチンメロシアニン(化合物5)に変更
(化合物4)を(化合物4)のメチン鎖を4つに伸ばしたテトラメチンメロシアニン(化合物6)に変更
The same elements as in Example 2 show superior performance as compared with Example 2 except that the compounds used in the image sensor described in Example 2 were changed as follows.
(Compound 1) is changed to tetramethine merocyanine (compound 5) obtained by extending the methine chain of (compound 1) to four (compound 4) is changed to tetramethine merocyanine (compound (4)). Change to 6)

実施例2で述べた撮像素子で使用する化合物を、以下のように変更した以外は同様の素子は、比較に対して実施例2と同様に優れた性能を示す。
(化合物1)を(化合物1)のメチン鎖を除いたゼロメチンメロシアニン(化合物7)に変更
(化合物4)を(化合物4)のメチン鎖を除いたゼロメチンメロシアニン(化合物8)に変更
The same elements as in Example 2 show superior performance as compared with Example 2 except that the compounds used in the image sensor described in Example 2 were changed as follows.
(Compound 1) is changed to zero methine merocyanine (compound 7) from which the methine chain of (Compound 1) is removed (Compound 4) is changed to zero methine merocyanine (Compound 8) from which the methine chain of (Compound 4) is removed

実施例4の撮像素子をB層、実施例2の撮像素子をG層、実施例3の撮像素子をR層として、3層を積層した撮像素子において、各層とも比較に対して優れた光応答電流を示し高感度であり、カラー撮像素子として優れている。   The image pickup device of Example 4 is a B layer, the image pickup device of Example 2 is a G layer, and the image pickup device of Example 3 is an R layer. It shows current and has high sensitivity, and is excellent as a color imaging device.

実施例1〜5の本発明と従来技術とを概念図(図2参照)を用いて説明する。
従来技術(特開2003−158254号公報等)では配向が制御されていないpn接合を用いているが、本願は図2のように少なくとも1つの有機化合物(色素) の配向を制御している。
また、図3に本発明のヘテロ接合面に関する概念図を示す。さらに、図のようなヘテロ接合面が基板に対して垂直の場合が好ましい。
従来技術である非特許文献1、特開2003−298152号公報は光電変換素子をエネルギー利用を目的とするものにのみ適するものである点で、また特許文献1〜3とは有機化合物の配向を制御した構造を含む撮像素子である点で異なる。
The present invention and prior art in Examples 1 to 5 will be described with reference to a conceptual diagram (see FIG. 2).
In the prior art (Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-158254, etc.), a pn junction whose orientation is not controlled is used, but the present application controls the orientation of at least one organic compound (pigment) as shown in FIG.
Moreover, the conceptual diagram regarding the heterojunction surface of this invention is shown in FIG. Furthermore, it is preferable that the heterojunction plane as shown in the figure is perpendicular to the substrate.
Non-patent document 1 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-298152, which are prior arts, are suitable only for photoelectric conversion elements intended for energy utilization, and Patent Documents 1 to 3 refer to the orientation of organic compounds. The difference is that the imaging device includes a controlled structure.

インジウムスズ酸化物(ITO)薄膜上に、スピンコート法により(色素9)の膜厚50nmの層を形成し、次に、真空蒸着法により(材料1)の膜厚50nmの層を形成し、さらに、真空蒸着法により膜厚20nmの半透明の金電極を形成し、光電変換素子Aを得ることができる。また、光電変換素子Aの(色素9)のかわりに(色素10)を用いた以外は同様の光電変換素子Bを用いる。なお、これらの光電変換素子A、Bを画素に分けた撮像素子を、各々撮像素子A、Bとする。
光電変換素子Aの光電変換膜の吸収極大波長は640nm、長波吸収幅は23nmである。なお、(色素9)のDMF溶液中の吸収極大波長は553nmであり、長波吸収幅は17nmである。一方、光電変換素子Bの光電変換膜の吸収極大波長は555nm、長波吸収幅は43nmである。なお、(色素10)のDMF溶液中の吸収極大波長は562nmである。
撮像素子Aの光応答電流は、撮像素子Bの2倍になる。
また、電極間に5vの電圧の逆バイアスを印加(金電極に正電圧を印加)、すなわち5×107V/mの電界をかけることにより、撮像素子Aの光応答電流は電圧を印加しない場合に比べて3倍になるのに対して、比較の撮像素子Bの光応答電流は電圧を印加しない場合に比べて2倍にしかならない。
さらに、撮像素子Aを温度=80℃、湿度=50%で3日間経時させた後の光応答電流は、フレッシュの素子Aと同等であるのに対して、撮像素子Bを同様の条件で経時させた後の光応答電流は、フレッシュの素子Bから10%低下した。
なお、(色素9、10)と(材料1)の積層順を逆にしても同様の結果が得られる。この場合、電圧印加の正負は逆にする。
以上のように、膜状態で色素がJ会合体を形成する光電変換膜からなる撮像素子Aは、膜状態でJ会合体を形成しない光電変換膜からなる撮像素子Bに比べて、光応答電流が高く撮像素子として高感度であり、また、電圧を印加した場合に顕著に高感度になる。さらに、保存による感度低下が少ない。
On the indium tin oxide (ITO) thin film, a layer having a thickness of 50 nm of (Dye 9) is formed by spin coating, and then a layer having a thickness of 50 nm of (Material 1) is formed by vacuum evaporation. Furthermore, a translucent gold electrode having a film thickness of 20 nm can be formed by a vacuum deposition method, and the photoelectric conversion element A can be obtained. Further, the same photoelectric conversion element B is used except that (dye 10) is used instead of (dye 9) of photoelectric conversion element A. In addition, let the image pick-up element which divided these photoelectric conversion elements A and B into a pixel be image pick-up elements A and B, respectively.
The absorption maximum wavelength of the photoelectric conversion film of the photoelectric conversion element A is 640 nm, and the long wave absorption width is 23 nm. The absorption maximum wavelength of (Dye 9) in the DMF solution is 553 nm, and the long wave absorption width is 17 nm. On the other hand, the absorption maximum wavelength of the photoelectric conversion film of the photoelectric conversion element B is 555 nm, and the long wave absorption width is 43 nm. In addition, the absorption maximum wavelength in the DMF solution of (Dye 10) is 562 nm.
The optical response current of the image sensor A is twice that of the image sensor B.
Further, by applying a reverse bias of a voltage of 5v between the electrodes (a positive voltage is applied to the gold electrode), that is, by applying an electric field of 5 × 10 7 V / m, no voltage is applied to the photoresponse current of the image sensor A. Compared to the case, the photoresponse current of the comparative image pickup element B is only twice that in the case where no voltage is applied.
Further, the optical response current after the image sensor A is aged for 3 days at a temperature = 80 ° C. and a humidity = 50% is equivalent to that of the fresh element A, whereas the image sensor B is subjected to the same conditions under the same conditions. The photoresponse current after the reduction was 10% lower than that of the fresh element B.
The same result can be obtained even if the stacking order of (Dye 9, 10) and (Material 1) is reversed. In this case, the polarity of voltage application is reversed.
As described above, the imaging element A composed of a photoelectric conversion film in which a dye forms a J aggregate in a film state is more photoresponsive than the imaging element B composed of a photoelectric conversion film that does not form a J aggregate in a film state. Is high and has high sensitivity as an image pickup device, and becomes significantly sensitive when a voltage is applied. Furthermore, there is little decrease in sensitivity due to storage.

実施例6で述べた撮像素子で使用する化合物を、以下のように変更した以外は同様の本発明の素子は、比較素子に対して実施例6と同様に優れた性能を示す。
本発明の素子(光電変換素子C、撮像素子C): (色素9)を(色素11)に変更
比較素子(光電変換素子D、撮像素子D): (色素10)を(色素12)に変更
光電変換素子Cの光電変換膜の吸収極大波長は545nm、長波吸収幅は20nmである。なお、(色素11)のDMF溶液中の吸収極大波長は502nmであり、長波吸収幅は15nmである。一方、光電変換素子Dの光電変換膜の吸収極大波長は483nm、長波吸収幅は42nmである。なお、(色素12)のDMF溶液中の吸収極大波長は485nmである。
A similar element of the present invention, except that the compound used in the imaging element described in Example 6 is changed as follows, exhibits excellent performance as compared to Example 6 with respect to the comparative element.
Element of the present invention (photoelectric conversion element C, imaging element C): (Dye 9) is changed to (Dye 11) Comparison element (Photoelectric conversion element D, imaging element D): (Dye 10) is changed to (Dye 12) The absorption maximum wavelength of the photoelectric conversion film of the photoelectric conversion element C is 545 nm, and the long wave absorption width is 20 nm. The absorption maximum wavelength of (Dye 11) in the DMF solution is 502 nm, and the long wave absorption width is 15 nm. On the other hand, the absorption maximum wavelength of the photoelectric conversion film of the photoelectric conversion element D is 483 nm, and the long wave absorption width is 42 nm. In addition, the absorption maximum wavelength in the DMF solution of (Dye 12) is 485 nm.

実施例6で述べた撮像素子で使用する化合物を、以下のように変更した以外は同様の本発明の素子は、比較素子に対して実施例6と同様に優れた性能を示す。
本発明の素子(光電変換素子E、撮像素子E):(色素9)を(色素13)に変更
比較素子(光電変換素子F、撮像素子F):(色素10)を(色素14)に変更
光電変換素子Eの光電変換膜の吸収極大波長は480nm、長波吸収幅は19nmである。なお、(色素13)のDMF溶液中の吸収極大波長は442nmであり、長波吸収幅は15nmである。一方、光電変換素子Fの光電変換膜の吸収極大波長は423nm、長波吸収幅は41nmである。なお、(色素14)のDMF溶液中の吸収極大波長は425nmである。
A similar element of the present invention, except that the compound used in the imaging element described in Example 6 is changed as follows, exhibits excellent performance as compared to Example 6 with respect to the comparative element.
Element (photoelectric conversion element E, imaging element E) of the present invention: (Dye 9) changed to (Dye 13) Comparison element (photoelectric conversion element F, imaging element F): (Dye 10) changed to (Dye 14) The absorption maximum wavelength of the photoelectric conversion film of the photoelectric conversion element E is 480 nm, and the long wave absorption width is 19 nm. The absorption maximum wavelength of (Dye 13) in the DMF solution is 442 nm, and the long wave absorption width is 15 nm. On the other hand, the absorption maximum wavelength of the photoelectric conversion film of the photoelectric conversion element F is 423 nm, and the long wave absorption width is 41 nm. In addition, the absorption maximum wavelength in the DMF solution of (Dye 14) is 425 nm.

実施例8の撮像素子をB層(B膜)、実施例7の撮像素子をG層(G膜)、実施例6の撮像素子をR層(R膜)として、3層を積層した図4に示す撮像素子において、各層とも比較に対して優れた光応答電流を示し高感度であり、カラー撮像素子としての色再現性に優れている。さらに、耐久性にも優れている。   The imaging device of Example 8 is a B layer (B film), the imaging device of Example 7 is a G layer (G film), and the imaging device of Example 6 is an R layer (R film). In each of the image pickup devices shown in (1), each layer exhibits an excellent photoresponse current for comparison, is highly sensitive, and has excellent color reproducibility as a color image pickup device. Furthermore, it is excellent in durability.

インジウムスズ酸化物(ITO)薄膜上に、スピンコート法により(色素15)の膜厚50nmの層を形成し、次に、真空蒸着法により(材料2)の膜厚50nmの層を形成し、さらに、真空蒸着法により膜厚20nmの半透明の金電極を形成し、光電変換素子Aを得ることができる。また、光電変換素子Aの(色素15)のかわりに(色素16)を用いた以外は同様の光導電素子Bを用いる。なお、これらの光導電素子A、Bを画素に分けた撮像素子を、各々撮像素子A、Bとする。
(色素15)及び(色素16)の遷移双極子モーメントは、本文中に記載した方法で求め、(色素15)の分光吸収遷移双極子モーメントと光電変換素子の電極平面とのなす角は1°であり、(色素16)では43°である。
光電変換素子Aの光電変換膜の光吸収率は、光電変換素子Bの光電変換膜の光吸収率の1.2倍になる。
また、撮像素子Aの光応答電流は、撮像素子Bの2.2倍になる。
また、電極間に5vの電圧の逆バイアスを印加(金電極に正電圧を印加)、すなわち5×107V/mの電界をかけることにより、撮像素子Aの光応答電流は電圧を印加しない場合に比べて2.8倍になるのに対して、比較の撮像素子Bの光応答電流は電圧を印加しない場合に比べて2倍にしかならない。
なお、(色素15、16)と(材料2)の積層順を逆にしても同様の結果が得られる。この場合、電圧印加の正負は逆にする。
以上のように、膜状態で色素の分光吸収遷移双極子モーメントと光電変換素子の電極平面とのなす角が40°以下の光電変換膜からなる撮像素子は、この角が40°以上の光電変換膜からなる撮像素子に比べて、光吸収率が高く、さらに光応答電流が高く撮像素子として高感度であり、また、電圧を印加した場合に顕著に高感度になる。
On the indium tin oxide (ITO) thin film, a layer having a thickness of 50 nm (dye 15) is formed by spin coating, and then a layer having a thickness of 50 nm (material 2) is formed by vacuum deposition. Furthermore, a translucent gold electrode having a film thickness of 20 nm can be formed by a vacuum deposition method, and the photoelectric conversion element A can be obtained. The same photoconductive element B is used except that (dye 16) is used instead of (dye 15) of photoelectric conversion element A. In addition, the image pick-up element which divided these photoconductive elements A and B into a pixel is set as image pick-up element A and B, respectively.
The transition dipole moment of (Dye 15) and (Dye 16) is determined by the method described in the text, and the angle formed by the spectral absorption transition dipole moment of (Dye 15) and the electrode plane of the photoelectric conversion element is 1 °. It is 43 ° for (Dye 16).
The light absorption rate of the photoelectric conversion film of the photoelectric conversion element A is 1.2 times the light absorption rate of the photoelectric conversion film of the photoelectric conversion element B.
In addition, the optical response current of the image sensor A is 2.2 times that of the image sensor B.
Further, by applying a reverse bias of a voltage of 5v between the electrodes (a positive voltage is applied to the gold electrode), that is, by applying an electric field of 5 × 10 7 V / m, the photoresponse current of the image sensor A does not apply a voltage. In contrast to the case of 2.8, the photoresponse current of the comparative image sensor B is only twice that of the case where no voltage is applied.
The same result can be obtained even if the stacking order of (Dye 15, 16) and (Material 2) is reversed. In this case, the polarity of voltage application is reversed.
As described above, in an imaging device including a photoelectric conversion film having an angle between the spectral absorption transition dipole moment of the dye and the electrode plane of the photoelectric conversion element in the film state of 40 ° or less, the photoelectric conversion having this angle of 40 ° or more is performed. Compared to an imaging device made of a film, the light absorption rate is high, the photoresponse current is high, and the imaging device is highly sensitive. When a voltage is applied, the sensitivity becomes significantly high.

実施例10で述べた撮像素子で使用する化合物を、以下のように変更した以外は同様の本発明の素子は、比較素子に対して実施例10と同様に優れた性能を示す。
本発明の素子(光電変換素子C、撮像素子C):(色素15)を(色素17)に変更
比較素子(光電変換素子D、撮像素子D):(色素16)を(色素18)に変更
(色素17)の分光吸収遷移双極子モーメントと光電変換素子の電極平面とのなす角は0.5°であり、(色素18)では44°である。
The same element of the present invention except that the compound used in the imaging element described in Example 10 was changed as follows shows excellent performance as compared to Example 10 with respect to the comparative element.
Element (photoelectric conversion element C, imaging element C) of the present invention: (Dye 15) changed to (Dye 17) Comparison element (photoelectric conversion element D, imaging element D): (Dye 16) changed to (Dye 18) The angle formed by the spectral absorption transition dipole moment of (Dye 17) and the electrode plane of the photoelectric conversion element is 0.5 °, and (Dye 18) is 44 °.

実施例10で述べた撮像素子で使用する化合物を、以下のように変更した以外は同様の本発明の素子は、比較素子に対して実施例10と同様に優れた性能を示す。
本発明の素子(光電変換素子E、撮像素子E): (色素15)を(色素19)に変更
比較素子(光電変換素子F、撮像素子F): (色素16)を(色素20)に変更
(色素19)の分光吸収遷移双極子モーメントと光電変換素子の電極平面とのなす角は2°であり、(色素20)では43°である。
The same element of the present invention except that the compound used in the imaging element described in Example 10 was changed as follows shows excellent performance as compared to Example 10 with respect to the comparative element.
Element of the present invention (photoelectric conversion element E, imaging element E): (Dye 15) is changed to (Dye 19) Comparison element (Photoelectric conversion element F, imaging element F): (Dye 16) is changed to (Dye 20) The angle formed between the spectral absorption transition dipole moment of (Dye 19) and the electrode plane of the photoelectric conversion element is 2 °, and (Dye 20) is 43 °.

実施例12の撮像素子をB層(B膜)、11の撮像素子をG層(G膜)、10の撮像素子をR層(R膜)として、3層を積層した図1に示す撮像素子において、各層とも比較に対して光吸収率が高く、また、優れた光応答電流を示し高感度である。   The imaging device shown in FIG. 1 is formed by stacking three layers, with the imaging device of Example 12 being a B layer (B film), the 11 imaging device being a G layer (G film), and the 10 imaging device being an R layer (R film). In each of the layers, the light absorption rate is higher than the comparison, and an excellent photoresponse current is shown and high sensitivity.

図4の光電変換部位の8、9の部分に、実施例2、実施例7、又は実施例11のG光を吸収する光電変換部位を用いると、比較に対して優れた光応答電流を示し高感度であり、また、カラー撮像素子として優れた色分離を示す。   When the photoelectric conversion site that absorbs the G light of Example 2, Example 7, or Example 11 is used in the parts 8 and 9 of the photoelectric conversion site in FIG. High sensitivity and excellent color separation as a color image sensor.

本発明によるBGR3層積層の光電変換膜積層撮像素子の1画素分の断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram for 1 pixel of the photoelectric conversion film laminated | stacked image pick-up element of BGR 3 layer lamination by this invention. 本発明による配向制御を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the orientation control by this invention. 本発明による、バルクヘテロ接合面を有する場合の配向制御を示す断面模式図である。It is a cross-sectional schematic diagram which shows the orientation control in the case of having a bulk heterojunction surface by this invention. 本発明の好ましい態様の光電変換素子である。It is the photoelectric conversion element of the preferable aspect of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 反射防止膜
2 赤外カット誘電体多層膜
3,4,5 保護膜
6 透明対向電極
7 電子ブロッキング層
8 p層
9 n層
10 正孔ブロッキング層
11,12 メタル配線を含む層
13 シリコン単結晶基盤
14 透明画素電極
15 プラグ
16 パッド
17 遮光膜
18 接続電極
19 メタル配線
20 対向電極パッド
21 n層
22 p層
23 n層
24 p層
25 n層
26 トランジスタ
27 信号読み出しパッド
101 Pウェル層
102,104,106 高濃度不純物領域
103,105,107 MOS回路
108 ゲート絶縁膜
109,110 絶縁膜
111,114,116,119,121,124, 透明電極膜
112,117,122, 電極
113,118,123 光電変換膜
110,115,120,125 透明絶縁膜
126 遮光膜
150 半導体基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Antireflection film 2 Infrared cut dielectric multilayer film 3, 4, 5 Protective film 6 Transparent counter electrode 7 Electron blocking layer 8 P layer 9 N layer 10 Hole blocking layer 11, 12 Layer including metal wiring 13 Silicon single crystal Base 14 Transparent pixel electrode 15 Plug 16 Pad 17 Light shielding film 18 Connection electrode 19 Metal wiring 20 Counter electrode pad 21 n layer 22 p layer 23 n layer 24 p layer 25 n layer 26 Transistor 27 Signal readout pad 101 P well layers 102, 104 , 106 High-concentration impurity regions 103, 105, 107 MOS circuit 108 Gate insulating film 109, 110 Insulating film 111, 114, 116, 119, 121, 124, transparent electrode film 112, 117, 122, electrode 113, 118, 123 photoelectric Conversion film 110, 115, 120, 125 Transparent insulating film 126 Light shielding film 150 Semiconductor Substrate

Claims (33)

少なくとも一つの有機色素化合物を有する光電変換膜において、該有機色素化合物がJ会合体を形成していることを特徴とする光電変換膜。   A photoelectric conversion film having at least one organic dye compound, wherein the organic dye compound forms a J aggregate. 少なくとも一つの有機色素化合物を有する光電変換膜において、該有機色素化合物の分光吸収遷移双極子モーメントと光電変換膜平面とのなす角が40°以下であることを特徴とする光電変換膜。   A photoelectric conversion film having at least one organic dye compound, wherein the angle formed by the spectral absorption transition dipole moment of the organic dye compound and the plane of the photoelectric conversion film is 40 ° or less. 請求項1または2記載の光電変換膜とそれを挟む一対の電極とを含む光電変換素子。   A photoelectric conversion element comprising the photoelectric conversion film according to claim 1 and a pair of electrodes sandwiching the photoelectric conversion film. 請求項3記載の光電変換素子を含むことを特徴とする撮像素子。   An image pickup device comprising the photoelectric conversion device according to claim 3. 1対の電極間にp型半導体の層とn型半導体の層が積層構造を持つ光電変換膜を有する撮像素子において、p型半導体及びn型半導体のうちの少なくとも1方に配向制御された有機化合物を含むことを特徴とする撮像素子。   In an imaging device having a photoelectric conversion film in which a p-type semiconductor layer and an n-type semiconductor layer have a stacked structure between a pair of electrodes, the orientation-controlled organic in at least one of the p-type semiconductor and the n-type semiconductor An imaging device comprising a compound. 1対の電極間にp型半導体とn型半導体との混合・分散(バルクヘテロ接合構造)層を持つ光電変換膜を有する撮像素子において、p型半導体及びn型半導体のうちの少なくとも1方に配向制御された有機化合物を含むことを特徴とする撮像素子。   In an imaging device having a photoelectric conversion film having a mixed / dispersed (bulk heterojunction structure) layer of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor between a pair of electrodes, oriented in at least one of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor An imaging device comprising a controlled organic compound. 1対の電極間にp型半導体層、n型半導体層および、それらの間にバルクヘテロ接合構造層層を持つ光電変換膜を有する撮像素子において、p型半導体及びn型半導体のうちの少なくとも1方に配向制御された有機化合物を含むことを特徴とする請求項6記載の撮像素子。   In an imaging element having a p-type semiconductor layer, an n-type semiconductor layer between a pair of electrodes, and a photoelectric conversion film having a bulk heterojunction structure layer layer therebetween, at least one of a p-type semiconductor and an n-type semiconductor The imaging device according to claim 6, further comprising an organic compound whose orientation is controlled. 前記、p型半導体及びn型半導体の両方に配向制御された有機化合物を含むことを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載の撮像素子。   The image pickup device according to claim 5, comprising an organic compound whose orientation is controlled in both the p-type semiconductor and the n-type semiconductor. 前記配向制御された有機化合物が有機色素であることを特徴とする請求項5〜8のいずれかに記載の撮像素子。   The image sensor according to claim 5, wherein the orientation-controlled organic compound is an organic dye. 前記有機色素がメロシアニン色素であることを特徴とする請求項9に記載の撮像素子。   The image pickup device according to claim 9, wherein the organic dye is a merocyanine dye. 前記有機化合物の層の厚みが、30nm以上300nm以下であることを特徴とする、請求項1もしくは2記載の光電変換膜、請求項3記載の光電変換素子、または請求項4〜10のいずれかに記載の撮像素子。   The photoelectric conversion film according to claim 1, the photoelectric conversion element according to claim 3, or any one of claims 4 to 10, wherein the organic compound layer has a thickness of 30 nm to 300 nm. The imaging device described in 1. 請求項1〜11のいずれかに記載の光電変換膜を2層以上積層したことを特徴とする撮像素子。   An image pickup device comprising two or more layers of the photoelectric conversion film according to claim 1. 請求項12に記載の2層以上の光電変換素子が、青色光電変換素子、緑色光電変換素子、赤色光電変換素子の3層を含むことを特徴とする請求項12に記載の撮像素子。   The image sensor according to claim 12, wherein the two or more photoelectric conversion elements according to claim 12 include three layers of a blue photoelectric conversion element, a green photoelectric conversion element, and a red photoelectric conversion element. 入射光側のp型半導体、又はn型半導体が無色であることを特徴とする請求項4〜13のいずれかに記載の請求項1もしくは2記載の光電変換膜、請求項3記載の光電変換素子、または請求項4〜13のいずれかに記載の撮像素子。   The photoelectric conversion film according to any one of claims 4 to 13, and the photoelectric conversion according to claim 3, wherein the p-type semiconductor or the n-type semiconductor on the incident light side is colorless. An image sensor according to any one of claims 4 to 13. 請求項13に記載の青色光電変換素子、緑色光電変換素子、赤色光電変換素子の順に、分光吸収極大値を各々λmax1、λmax2、λmax3としたとき、λmax1が400nm以上500nm以下、λmax2が500nm以上600nm以下、λmax3が600nm以上700nm以下の範囲にあることを特徴とする請求項13に記載の撮像素子。   When the spectral absorption maximum values are λmax1, λmax2, and λmax3 in the order of the blue photoelectric conversion element, the green photoelectric conversion element, and the red photoelectric conversion element according to claim 13, λmax1 is 400 nm to 500 nm and λmax2 is 500 nm to 600 nm. 14. The imaging device according to claim 13, wherein λmax3 is in the range of 600 nm to 700 nm. 請求項13に記載の青色光電変換素子、緑色光電変換素子、赤色光電変換素子の順に、分光感度極大値を各々Smax1、Smax2、Smax3としたとき、Smax1が400nm以上500nm以下、Smax2が500nm以上600nm以下、Smax3が600nm以上700nm以下の範囲にあることを特徴とする請求項13に記載の撮像素子。   When the spectral sensitivity maximum values are Smax1, Smax2, and Smax3 in the order of the blue photoelectric conversion element, the green photoelectric conversion element, and the red photoelectric conversion element according to claim 13, Smax1 is 400 nm to 500 nm and Smax2 is 500 nm to 600 nm. 14. The image sensor according to claim 13, wherein Smax3 is in the range of 600 nm to 700 nm. 請求項13に記載の青色光電変換素子、緑色光電変換素子、赤色光電変換素子の分光極大吸収の50%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、120nm以下であることを特徴とする請求項13に記載の撮像素子。   The distance between the shortest wavelength and the longest wavelength that indicates 50% of the spectral maximum absorption of the blue photoelectric conversion element, the green photoelectric conversion element, and the red photoelectric conversion element according to claim 13 is 120 nm or less, respectively. The imaging device according to claim 13. 請求項13に記載の青色光電変換素子、緑色光電変換素子、赤色光電変換素子の分光極大感度の50%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、120nm以下であることを特徴とする請求項13に記載の撮像素子。   The distance between the shortest wavelength and the longest wavelength, which indicates 50% of the spectral maximum sensitivity of the blue photoelectric conversion element, the green photoelectric conversion element, and the red photoelectric conversion element according to claim 13, is 120 nm or less, respectively. The imaging device according to claim 13. 請求項13に記載の青色光電変換素子、緑色光電変換素子、赤色光電変換素子の分光極大吸収の80%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、20nm以上で100nm以下であることを特徴とする請求項13に記載の撮像素子。   The distance between the shortest wavelength and the longest wavelength, which indicates 80% of the spectral maximum absorption of the blue photoelectric conversion element, the green photoelectric conversion element, and the red photoelectric conversion element according to claim 13, is 20 nm or more and 100 nm or less, respectively. The image pickup device according to claim 13. 請求項13に記載の青色光電変換素子、緑色光電変換素子、赤色光電変換素子の分光極大感度の80%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、20nm以上で100nm以下であることを特徴とする請求項13に記載の撮像素子。   The distance between the shortest wavelength and the longest wavelength, which indicates 80% of the spectral maximum sensitivity of the blue photoelectric conversion element, the green photoelectric conversion element, and the red photoelectric conversion element according to claim 13, is 20 nm or more and 100 nm or less, respectively. The image pickup device according to claim 13. 請求項13に記載の青色光電変換素子、緑色光電変換素子、赤色光電変換素子の分光極大吸収の20%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、180nm以下であることを特徴とする請求項13に記載の撮像素子。   The distance between the shortest wavelength and the longest wavelength, which represents 20% of the spectral maximum absorption of the blue photoelectric conversion element, the green photoelectric conversion element, and the red photoelectric conversion element according to claim 13, is 180 nm or less, respectively. The imaging device according to claim 13. 請求項13に記載の青色光電変換素子、緑色光電変換素子、赤色光電変換素子の分光極大感度の20%を示す最も短波長と最も長波長の間隔が、各々、180nm以下であることを特徴とする請求項13に記載の撮像素子。   The distance between the shortest wavelength and the longest wavelength indicating 20% of the spectral maximum sensitivity of the blue photoelectric conversion element, the green photoelectric conversion element, and the red photoelectric conversion element according to claim 13 is 180 nm or less, respectively. The imaging device according to claim 13. 請求項13に記載の青色光電変換素子、緑色光電変換素子、赤色光電変換素子の順に、分光極大吸収の50%を示す最も長波長が、各々、460nmから510nm、560nmから610nm、640nmから730nmであることを特徴とする請求項13に記載の撮像素子。   The longest wavelengths indicating 50% of the spectral maximum absorption in the order of the blue photoelectric conversion element, the green photoelectric conversion element, and the red photoelectric conversion element according to claim 13 are 460 nm to 510 nm, 560 nm to 610 nm, and 640 nm to 730 nm, respectively. The image pickup device according to claim 13, wherein the image pickup device is provided. 請求項13に記載の青色光電変換素子、緑色光電変換素子、赤色光電変換素子の順に、分光極大感度の50%を示す最も長波長が、各々、460nmから510nm、560nmから610nm、640nmから730nmであることを特徴とする請求項13に記載の撮像素子。   The longest wavelength indicating 50% of the spectral maximum sensitivity in the order of the blue photoelectric conversion element, the green photoelectric conversion element, and the red photoelectric conversion element according to claim 13 is 460 nm to 510 nm, 560 nm to 610 nm, and 640 nm to 730 nm, respectively. The image pickup device according to claim 13, wherein the image pickup device is provided. 請求項1ましくは2に記載の光電変換膜、請求項3に記載の光電変換素子、または請求項4〜24のいずれかに記載の撮像素子に10V/m以上1×1012V/m以下の電場を印加する方法、及び印加した膜または素子。 Claim 1 Mashiku photoelectric conversion film according to 2, the photoelectric conversion element according to claim 3 or 1 × 10 12 V / m or more 10V / m in the imaging device according to any one of claims 4 to 24, A method of applying the following electric field, and an applied film or device. 少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位を有し、これらのうち少なくとも一つの部位が請求項4〜25のいずれかに記載の撮像素子からなることを特徴とする素子。   26. An element having at least two electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion parts, wherein at least one of these parts comprises the imaging device according to any one of claims 4 to 25. 少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位が少なくとも2層の積層型構造を有することを特徴とする請求項26記載の素子。   27. The device according to claim 26, wherein at least two electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites have a laminated structure of at least two layers. 上層が緑光を吸収し光電変換することができる部位からなることを特徴とする請求項27記載の素子。   28. The device according to claim 27, wherein the upper layer comprises a portion capable of absorbing green light and performing photoelectric conversion. 少なくとも3つの電磁波吸収/光電変換部位を有し、これらのうち少なくとも一つの部位が請求項1〜20のいずれかに記載の撮像素子からなることを特徴とする請求項26〜28のいずれかに記載の素子。   It has at least three electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion parts, and at least one of these parts consists of the imaging device according to any one of claims 1 to 20. The described element. 上層が緑光を吸収し光電変換することができる部位からなることを特徴とする請求項29記載の素子。   30. The device according to claim 29, wherein the upper layer comprises a portion capable of absorbing green light and performing photoelectric conversion. 少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位が無機層からなることを特徴とする請求項29または30記載の素子。   The element according to claim 29 or 30, wherein at least two electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites are made of an inorganic layer. 少なくとも2つの電磁波吸収/光電変換部位がシリコン基盤内に形成されていることを特徴とする請求項29または30記載の素子。   The element according to claim 29 or 30, wherein at least two electromagnetic wave absorption / photoelectric conversion sites are formed in a silicon substrate. 請求項26〜32のいずれかに記載の請求項4〜24のいずれかに記載の撮像素子に10V/m以上1×1012V/m以下の電場を印加する方法、及び印加した素子。 A method for applying an electric field of 10 V / m or more and 1 × 10 12 V / m or less to the imaging device according to any one of claims 26 to 32, and an applied device.
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