JP2012077064A - 光電変換材料、該材料を含む膜、光電変換素子、光電変換素子の製造方法、光電変換素子の使用方法、光センサ、撮像素子 - Google Patents

光電変換材料、該材料を含む膜、光電変換素子、光電変換素子の製造方法、光電変換素子の使用方法、光センサ、撮像素子 Download PDF

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Abstract

【課題】光電変換素子に適用した場合に光電変換素子として機能し、高光電変換効率、低暗電流性、高速応答性を示し、かつ蒸着時に分解が起こらない化合物を提供すること。
【解決手段】紫外可視吸収スペクトルにおいて400nm以上720nm未満に吸収極大を有し、その吸収極大波長のモル吸光係数が10000mol-1・l・cm-1以上で、融点と蒸着温度の差(融点−蒸着温度)の差が31℃以上である特定構造の化合物。
【選択図】なし

Description

本発明は、光電変換素子材料として有用な化合物、光電変換材料、該材料を含む膜、光電変換素子、光電変換素子の製造方法、光電変換素子の使用方法、光センサ、撮像素子に関する。
従来の光センサは、シリコン(Si)などの半導体基板中にフォトダイオード(PD)を形成して作成した素子が一般的であり、固体撮像素子としては、半導体基板中にPDを2次元的に配列し、各PDで光電変換により発生した信号電荷に応じた信号をCCDやCMOS回路で読み出す平面型固体撮像素子が広く用いられている。
カラー固体撮像素子を実現する方法としては、平面型固体撮像素子の光入射面側に、色分離用に特定の波長の光のみを透過するカラーフィルタを配した構造が一般的であり、特に、現在デジタルカメラなどに広く用いられている方式として、2次元的に配列した各PD上に、青色(B)光、緑色(G)光、赤色(R)光をそれぞれ透過するカラーフィルタを規則的に配した単板式固体撮像素子がよく知られている。
この単板式固体撮像素子においては、カラーフィルタが限られた波長の光のみしか透過しないため、カラーフィルタを透過しなかった光が利用されず光利用効率が悪い。また、近年、多画素化が進む中、画素サイズが小さくなっており、フォトダイオード部の面積が小さくなり、開口率の低下、集光効率の低下が問題になっている。
これらの欠点を解決するため、異なる光波長を検出できる光電変換部を縦方向に積層する方式が提案されている。このような方式としては、可視光に限定した場合では、例えば、Siの吸収係数に波長依存性があることを利用して縦型に積層構造を形成し、それぞれの深さの差により色分離するもの(特許文献1)や、有機半導体を用いた第1の受光部とSiからなる第2、第3の受光部を形成したもの(特許文献2)等が開示されている。
しかし、これらの方式では、Siの深さ方向においてはそれぞれの受光部において吸収範囲に重なりがあり、分光特性が悪いため、色分離に劣る欠点がある。また、それ以外の解決方法として、開口率を上げる手法として、アモルファスシリコンによる光電変換膜や有機光電変換膜を信号読出し用基板上に形成する構造が知られている。
また、有機光電変換膜を用いた光電変換素子、撮像素子、光センサ、太陽電池については幾つかの公知例がある。有機光電変換膜を用いた光電変換素子では、特に光電変換効率の向上や暗電流の低減が課題とされている。その改善方法として、前者については、pn接合導入やバルクへテロ構造の導入、後者については、ブロッキング層の導入などが開示されている。
pn接合導入、バルクへテロ構造の導入による高光電変換効率化を行おうとする場合、暗電流の増大が問題になることが多い。また、光電変換効率の改善程度も材料の組み合わせにより程度の差があり、場合によっては光信号量/暗時ノイズ比が、これらの構造の導入前に対し増大しない場合もある。これらの手段を取る場合、どの材料を組み合わせるかが重要であり、特に暗時ノイズの低減を考える場合、既に報告されている材料の組み合わせでは達成が困難であった。
また、使用する材料の種類、膜構造は、光電変換効率(励起子解離効率、電荷輸送性)、暗電流(暗時キャリア量等)の主要因の一つであるとともに、これまでの報告ではほとんど触れられていないが、信号応答性の支配因子となる。固体撮像素子として用いる場合、高光電変換効率、低暗電流、高応答速度を全て満たす必要があるが、そのような有機光電変換材料、素子構造がどのようなものであるか、具体的に示されてこなかった。
フラーレン類を含む光電変換膜が特許文献3に記載されているが、フラーレン類のみでは、上記のような高光電変換効率、低暗電流、高応答速度をすべて満たすことは不可能であった。また、特許文献4には特定の構造の有機物とフラーレン類からなるバルクヘテロ膜を有機光電変換膜とした素子が記載されているが、光電変換膜作成時の光電変換材料の熱安定性、化学的安定性についての記載は無かった。
米国特許第5965875号明細書 特開2003−332551号公報 特開2007−123707号公報 特開2010−103457号公報
有機光電変換素子において、高光電変換効率、低暗電流性、高速応答性を実現するためには、使用する有機光電変換膜が、以下の要件を満たす事が望まれる。
1.高効率、高速応答には、励起子が解離した後の信号電荷を速やかに、損失なく両電極まで伝達できることが必要である。キャリアをトラップするサイトが少なく、高い移動度、高い電荷輸送能が必要である。
2.高光電変換効率には、励起子の安定化エネルギーが小さく、外部から印加した電界や、pn接合等により内部に発生した電界により、速やかに励起子が解離できる(高い励起子解離効率)ことが望ましい。
3.暗時に内部で発生するキャリアを限りなく少なくするためには、内部の中間準位、その原因の一つである不純物が少ないような膜構造、材料を選択することが好ましい。
4.複数層を積層する場合は、隣接層とのエネルギーレベルのマッチングが必要となり、エネルギー的な障壁が形成されると、電荷輸送の妨げになる。
5.カラーフィルタ設置、保護膜設置、素子のハンダ付け等、加熱工程を有する製造プロセスへの適用や保存性の向上を考慮すると、光電変換素子用の材料は、高い耐熱性を有する必要がある。
蒸着法により、有機光電変換膜を形成する場合は、蒸着可能温度よりも、分解温度が高いほど、蒸着時の材料の熱分解が抑制できるので好ましい。塗布法は、上記分解による制限なく膜形成できる点、低コストが実現できる可能性がある点で好ましいが、均一膜形成が容易で、不純物混入の可能性を小さくできるので、蒸着法による膜形成がより好ましい。
一般に耐熱性の高い材料としては、van der Waals力が大きい高分子量の材料が選択されるが、分子量が大きい分子は蒸着可能温度が高く、蒸着時に材料の熱分解が生じやすい。材料が分解すると、光電変換膜中に分解物が蒸着され、励起クエンチャーやキャリアトラップサイトとして働き、素子性能を低下させる原因となる。更に製造プロセスを想定した場合、るつぼを入れ替えることなく長時間材料が加熱されるため、より多くの分解物が生成し得る。上記要件を高いレベルで満たし、かつ製造に適した材料とするには、蒸着時に分解を起こさない化合物を見出す必要があった。
本発明は、上記のような問題点を改善すべくなされたものであり、光電変換素子に適用した場合に光電変換素子として機能し、高光電変換効率、低暗電流性、高速応答性を示し、かつ蒸着時に分解が起こらない化合物を提供することを目的とする。
本発明による鋭意検討の結果、特定の性状、構造の化合物を使用することで、上記の目的を達成することが分かった。
すなわち、以下に示す手段により上記課題を解決し得る。
〔1〕
紫外可視吸収スペクトルにおいて400nm以上720nm未満に吸収極大を有し、その吸収極大波長のモル吸光係数が10000mol-1・l・cm-1以上で、融点と蒸着温度の差(融点−蒸着温度)の差が31℃以上である下記一般式(I)で表される化合物。
一般式(I)
Figure 2012077064
(一般式(I)中、Zは少なくとも2つの炭素原子を含む環であって、5員環、6員環、又は、5員環及び6員環の少なくともいずれかを含む縮合環を表す。L、L、及びLはそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。Dは原子群を表す。nは0以上の整数を表す。)
〔2〕
前記Dが下記一般式(II)で表される、上記〔1〕に記載の化合物。
一般式(II)
Figure 2012077064
(一般式(II)中、R21、及びR22はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。Ar21は芳香族炭化水素環基又は芳香族複素環基を表す。*は結合位置を表す。Ar21とR21、Ar21とR22、R21とR22はそれぞれ互いに結合して環を形成してもよい。)
〔3〕
前記Dが下記一般式(III)で表される、上記〔1〕又は〔2〕に記載の化合物。
一般式(III)
Figure 2012077064
(一般式(III)中、R31は単結合又は2価の連結基を表し、R32は水素原子又は置換基を表す。Ar31は芳香族炭化水素環又は芳香族複素環基を表す。*は結合位置を表す。Xaは、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表し、これらは更に置換基を有してもよい。Ar31とR32、R31とR32はそれぞれ互いに結合して環を形成してもよい。)
〔4〕
前記一般式(II)又は(III)におけるR21、R22、R31、又はR32がそれぞれ独立に置換又は無置換のアリール基である、上記〔2〕又は〔3〕に記載の化合物。
〔5〕
前記一般式(I)で表される化合物が下記一般式(IV)で表される、上記〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載の化合物。
一般式(IV)
Figure 2012077064
(一般式(IV)中、Zは少なくとも2つの炭素原子を含む環であって、5員環、6員環、又は、5員環及び6員環の少なくともいずれかを含む縮合環を表す。L、L、及びLはそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。nは0以上の整数を表す。mは0又は1を表す。R41〜R46はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。R42とR43、R43とR44、R45とR46、R41とR46はそれぞれ互いに独立して環を形成してもよい。R401は単結合又は2価の連結基を表し、R402はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。Xaは、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表し、これらは更に置換基を有してもよく、R41〜R46のいずれかひとつとして連結する。R401とR402、R402とR41〜R46は、それぞれ互いに結合して環を形成してもよい。)
〔6〕
前記一般式(I)で表される化合物が下記一般式(V)で表される、上記〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載の化合物。
一般式(V)
Figure 2012077064
(一般式(V)中、Zは少なくとも2つの炭素原子を含む環であって、5員環、6員環、又は、5員環及び6員環の少なくともいずれかを含む縮合環を表す。L、L、及びLはそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。nは0以上の整数を表す。mは0又は1を表す。R41〜R46はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。R42とR43、R43とR44、R45とR46、R41とR46はそれぞれ互いに独立して環を形成してもよい。R401は3価の連結基を表し、R402は単結合又は2価の連結基を表す。Xa及びXbはそれぞれ独立に、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表し、これらは更に置換基を有してもよく、R41〜R46のいずれかひとつとして連結する。R402とR41〜R46は、それぞれ互いに結合して環を形成してもよい。)
〔7〕
前記一般式(I)で表される化合物が下記一般式(VI)で表される、上記〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載の化合物。
一般式(VI)
Figure 2012077064
(一般式(VI)中、Zは少なくとも2つの炭素原子を含む環であって、5員環、6員環、又は、5員環及び6員環の少なくともいずれかを含む縮合環を表す。L、L、及びLはそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。nは0以上の整数を表す。mは0又は1を表す。R41〜R46はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。R42とR43、R43とR44、R45とR46、R41とR46はそれぞれ互いに独立して環を形成してもよい。R401は単結合又は2価の連結基を表し、R402は単結合又は2価の連結基を表す。Xa及びXcはそれぞれ独立に、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表し、これらは更に置換基を有してもよく、R41〜R46のいずれかひとつとして連結する。R401とR402は、それぞれ互いに結合して環を形成してもよい。)
〔8〕
前記一般式(I)で表される化合物が下記一般式(VII)で表される、上記〔1〕〜〔3〕のいずれか1項に記載の化合物。
一般式(VII)
Figure 2012077064
(一般式(VII)中、Zは少なくとも2つの炭素原子を含む環であって、5員環、6員環、又は、5員環及び6員環の少なくともいずれかを含む縮合環を表す。L、L、及びLはそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。nは0以上の整数を表す。mは0又は1を表す。R41〜R46はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。R42とR43、R43とR44、R45とR46、R41とR46はそれぞれ互いに独立して環を形成してもよい。R401は3価の連結基を表し、R402は3価の連結基を表す。Xa、Xb、及びXcはそれぞれ独立に、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表し、これらは更に置換基を有してもよく、R41〜R46のいずれかひとつとして連結する。
〔9〕
前記一般式(IV)〜(VII)におけるXa、Xb、Xcがそれぞれ独立に、単結合、酸素原子、アルキレン基、又はシリレン基である、上記〔5〕〜〔8〕のいずれか1項に記載の化合物。
〔10〕
前記一般式(IV)〜(VII)におけるXa、Xb、Xcがアルキレン基である、上記〔5〕〜〔8〕のいずれか1項に記載の化合物。
〔11〕
前記Zと酸素原子により形成される構造が下記一般式(VIII)又は下記一般式(IX)で表される、上記〔1〕〜〔10〕のいずれか1項に記載の化合物。
一般式(VIII)
Figure 2012077064
(一般式(VIII)中、R51〜R54はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。R51〜R54のうち隣接する2つが互いに結合して環を形成してもよい。*はLとの結合位置を表す。)
一般式(IX)
Figure 2012077064
(一般式(IX)中、R61〜R66はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。R61〜R66のうち隣接する2つが互いに結合して環を形成してもよい。*はLとの結合位置を表す。)
〔12〕
前記L、L、及びLが無置換メチン基である、上記〔1〕〜〔11〕のいずれか1項に記載の化合物。
〔13〕
前記nが0である、上記〔1〕〜〔12〕のいずれか1項に記載の化合物。
〔14〕
導電性膜、有機光電変換膜、及び透明導電性膜を有する光電変換素子であって、前記有機光電変換膜が上記〔1〕〜〔13〕のいずれか1項に記載の化合物と、フラーレン又はフラーレン誘導体とを含む、光電変換素子。
〔15〕
前記導電性膜、有機光電変換膜、及び透明導電性膜をこの順に有する、上記〔14〕に記載の光電変換素子。
〔16〕
前記フラーレン又はフラーレン誘導体がC60である、上記〔14〕又は〔15〕に記載の光電変換素子。
〔17〕
前記有機光電変換膜が、上記〔1〕〜〔13〕のいずれか1項に記載の化合物と、フラーレン又はフラーレン誘導体とが混合された状態で形成されたバルクヘテロ構造を有する、光電変換素子。
〔18〕
(フラーレン又はフラーレン誘導体)/(上記〔1〕〜〔13〕のいずれか1項に記載の化合物)の比(モル比)が0.5以上である、上記〔17〕に記載の光電変換素子。
〔19〕
前記透明導電性膜が電極膜であり、該電極膜上方から前記有機光電変換膜に光が入射される、上記〔14〕〜〔18〕のいずれか1項に記載の光電変換素子。
〔20〕
上記〔14〕〜〔19〕のいずれか1項に記載の光電変換素子を含む、撮像素子。
本発明によれば、材料分解を起こさない高温度の蒸着製膜が可能となり、高い電荷捕集効率、高速応答性、低暗電流特性、高耐熱性かつ製造に適した(長時間の加熱蒸着に耐え得る)光電変換素子を提供し得る化合物を提供することができる。また、前記光電変換素子、及び前記光電変換素子を備えた撮像素子を提供することができる。
図1(a)及び図1(b)は、それぞれ本発明に係る光電変換素子の一構成例を示す断面模式図である。 本発明に係る撮像素子の1画素分の断面模式図である。
本発明における化合物は紫外可視吸収スペクトルにおいて400nm以上720nm未満に吸収極大を有し、その吸収極大波長のモル吸光係数が10000mol-1・l・cm-1(M−1cm−1)以上で、融点と蒸着温度の差(融点−蒸着温度)の差が31℃以上の化合物である。
従来、光電変換色素材料は、ドナー部位(例えばトリアリールアミン骨格)とアクセプター部位(例えばインダンジオン骨格)を有した構造を持ち、高い電荷捕集効率、高速応答性、低暗電流特性を有していたが、蒸着製膜時に分解が生じ、素子性能の低下を起こすことがあった。色素材料の分解を抑制するためには蒸着温度を低くする事が一般的だが、蒸着温度の低い材料は、van der Waals力(分子間力)が小さい低分子量の材料であることが多く、素子耐熱性が低くなりやすく、蒸着時の色素材料の熱安定性、化学的安定性と素子耐熱性を両立させることは困難であった。
しかし、本発明では、融点と蒸着温度の差(融点−蒸着温度)の差が31℃以上の化合物(色素)を用いることで、材料分解を起こさない高温度の蒸着製膜が可能となり、高い電荷捕集効率、高速応答性、低暗電流特性、高耐熱性かつ製造に適した(長時間の加熱蒸着に耐えうる)素子を作製できるようになった。
融点と蒸着温度の差(融点−蒸着温度)の差が31℃以上の化合物は蒸着時にるつぼ内で融解することが無いため、色素同士の分子衝突、材料に含まれる不純物分子と色素分子との衝突が起こらず、分解反応が進行しにくいため、蒸着時に色素材料の分解が起こらないと推定される。また、蒸着時に融解を起こす材料は突沸を起こしやすく、蒸着速度が乱れやすいため、素子製造上融解を起こさない材料が好ましい。
本発明は、紫外可視吸収スペクトルにおいて400nm以上720nm未満に吸収極大を有し、その吸収極大波長のモル吸光係数が10000mol-1・l・cm-1以上で、融点と蒸着温度の差(融点−蒸着温度)の差が31℃以上である化合物に関する。
本発明における化合物は紫外可視吸収スペクトルにおいて400nm以上720nm未満に吸収極大を有する。吸収スペクトルのピーク波長(吸収極大波長)は、可視領域の光を幅広く吸収するという観点から450nm以上700nm以下であることが好ましく、480nm以上700nm以下がより好ましく、510nm以上680nm以下であることが更に好ましい。
化合物の吸収極大波長は、化合物のクロロホルム溶液を、島津製作所社製UV−2550を用いて測定することができる。クロロホルム溶液の濃度は1×10−7〜5×10−5mol/lが好ましく、2×10−6〜3×10−5mol/lがより好ましく、5×10−6〜2×10−5mol/lが特に好ましい。
本発明における化合物は、紫外可視吸収スペクトルにおいて400nm以上720nm未満に吸収極大を有し、その吸収極大波長のモル吸光係数が10000mol-1・l・cm-1以上であるが、光電変換層の膜厚を薄くし、高い電荷捕集効率、高速応答性の素子とするには、モル吸光係数が大きい材料が好ましい。本発明における化合物のモル吸光係数としては30000mol-1・l・cm-1以上が好ましく、50000mol-1・l・cm-1以上がより好ましく、60000mol-1・l・cm-1以上が更に好ましく、70000mol-1・l・cm-1以上が特に好ましい。本発明における化合物のモル吸光係数はクロロホルム溶液で測定したものである。
本発明における化合物は、融点と蒸着温度の差(融点−蒸着温度)の差が大きいほど蒸着時に分解しにくく、高い温度をかけて蒸着速度を大きくすることができる。また、融点と蒸着温度の差(融点−蒸着温度)は40℃以上が好ましく、50℃以上がより好ましく、60℃以上が更に好ましい。
また、本発明の化合物の融点は200℃以上であることが好ましく、220℃以上がより好ましく、240℃以上が更に好ましい。融点が200℃以上であれば蒸着前に融解することが少なく、安定して成膜できることに加え、化合物の分解物が生じにくいため、光電変換性能が低下しにくいため好ましい。
化合物の蒸着温度は、4×10−4Pa以下の真空度で加熱し、蒸着速度が0.4Å/s(0.4×10−10m/s)に到達した温度とする。
上記の化合物の分子量は、300〜1500である事が好ましく、500〜1000である事がより好ましく、500〜900が特に好ましい。化合物の分子量が1500以下であれば、蒸着温度が高くならず、化合物の分解が起こりにくい。化合物の分子量が300以上であれば蒸着膜のガラス転移点が低くならず、素子の耐熱性が低下しにくい。
上記の化合物のガラス転移点(Tg)は、95℃以上である事が好ましく、110℃以上である事がより好ましく、135℃以上である事が更に好ましく、150℃以上である事が特に好ましく、160℃以上であることが最も好ましい。ガラス転移点が高くなると、素子の耐熱性が向上するため好ましい。
紫外可視吸収スペクトルにおいて400nm以上720nm未満に吸収極大を有し、その吸収極大波長のモル吸光係数が10000mol-1・l・cm-1以上で、融点と蒸着温度の差(融点−蒸着温度)の差が31℃以上の化合物において、好ましい形態のひとつはドナー‐アクセプター型化合物である。ここで取り上げるドナー‐アクセプター型化合物とは、電子供与性置換基を含む原子団(ドナー)と電子求引性置換基を含む原子団(アクセプター)の両方が共役系に組み込まれた分子を言う。
本明細書で、ドナーとは、ハメット値σが、0≧σ≧−0.83の範囲にある電子供与性基を含む炭素数1〜30の原子団を指す。
アクセプターとは、ハメット値σが、0<σ<0.8の範囲にある電子求引性基を含む炭素数1〜30の原子団を指す。このような置換基としては特に限定されないが、例えばChemical Review,1991,91,165-195に記載の置換基が挙げられる。ドナーとして含まれる電子供与性基として好ましくは、アリールアミノ基、ジメチルアミノ基、アミノ基、ヒドロキシ基、フェノキシ基などのアリールオキシ基、メトキシ基などのアルキルオキシ基、メチル基、エチル基、n-プロピル基、n-ブチル基などの直鎖状アルキル基、イソプロピル基、sec-ブチル基、sec-アミル基などの2級アルキル基、tert- ブチル基、tert- アミル基などの3級アルキル基、シクロヘキシル基、アダマンチル基などのシクロアルキル基、アリール基、チオアルキル基、チオアリール基であり、より好ましくはアリールアミノ基、ジメチルアミノ基、アミノ基、ヒドロキシ基、アリールオキシ基、アルキルオキシ基、チオアルキル基、チオアリール基であり、特に好ましくはアリールアミノ基、ジメチルアミノ基、アリールオキシ基、アルキルオキシ基、チオアルキル基、チオアリール基である。
アクセプターとして含まれる電子求引性基として好ましくは、シアノ基、ニトロ基、複素環基、カルボキシ基、アシルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、アンモニオ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキルもしくはアリールスルホニルアミノ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキルもしくはアリールスルフィニル基、アルキルもしくはアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリールおよびヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、ホスフォ基、ウレイド基などが挙げられ、シアノ基、ニトロ基、複素環基、カルボキシ基、スルホ基、ホスフォ基がより好ましく、シアノ基、ニトロ基、複素環基、カルボキシ基が特に好ましい。
ドナー‐アクセプター型化合物は上記ドナーと、アクセプターの両方がp-共役性の連結基(例えば単結合、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、複素環基、カルボキシ基、アリールオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アミノ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基)により連結され、共役系に組み込まれる事で分子内の分極が強まり、分子のモル吸光係数(e)が大きくなるため好ましい。
紫外可視吸収スペクトルにおいて400nm以上720nm未満に吸収極大を有し、その吸収極大波長のモル吸光係数が10000mol-1・l・cm-1以上で、融点と蒸着温度の差(融点−蒸着温度)の差が31℃以上の化合物において、好ましい形態のひとつは下記一般式(I)で示される化合物である。
一般式(I)
ドナー‐アクセプター型化合物は上記ドナーと、アクセプターの両方がp-共役性の連結基(例えば単結合、アルケニル基、アルキニル基、アリール基、複素環基、カルボキシ基、アリールオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アミノ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基)により連結され、共役系に組み込まれる事で分子内の分極が強まり、分子のモル吸光係数(e)が大きくなるため好ましい。
紫外可視吸収スペクトルにおいて400nm以上720nm未満に吸収極大を有し、その吸収極大波長のモル吸光係数が10000mol-1・l・cm-1以上で、融点と蒸着温度の差(融点−蒸着温度)の差が31℃以上の化合物において、好ましい形態のひとつは下記一般式(I)で示される化合物である。
一般式(I)
Figure 2012077064
(一般式(I)中、Zは5又は6員環を形成するのに必要な原子群を表す。L、L、及びLはそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。Dは原子群を表す。nは0以上の整数を表す。)
一般式(I)中、Zは、少なくとも2つの炭素原子を含む環であって、5員環、6員環、又は、5員環及び6員環の少なくともいずれかを含む縮合環を表す。5員環、6員環、又は、5員環及び6員環の少なくともいずれかを含む縮合環としては、通常メロシアニン色素で酸性核として用いられるものが好ましく、その具体例としては例えば以下のものが挙げられる。
(a)1,3−ジカルボニル核:例えば1,3−インダンジオン核、1,3−シクロヘキサンジオン、5,5−ジメチル−1,3−シクロヘキサンジオン、1,3−ジオキサン−4,6−ジオン等。
(b)ピラゾリノン核:例えば1−フェニル−2−ピラゾリン−5−オン、3−メチル−1−フェニル−2−ピラゾリン−5−オン、1−(2−ベンゾチアゾイル)−3−メチル−2−ピラゾリン−5−オン等。
(c)イソオキサゾリノン核:例えば3−フェニル−2−イソオキサゾリン−5−オン、3−メチル−2−イソオキサゾリン−5−オン等。
(d)オキシインドール核:例えば1−アルキル−2,3−ジヒドロ−2−オキシインドール等。
(e)2,4,6−トリケトヘキサヒドロピリミジン核:例えばバルビツール酸又は2−チオバルビツール酸及びその誘導体等。誘導体としては例えば1−メチル、1−エチル等の1−アルキル体、1,3−ジメチル、1,3−ジエチル、1,3−ジブチル等の1,3−ジアルキル体、1,3−ジフェニル、1,3−ジ(p−クロロフェニル)、1,3−ジ(p−エトキシカルボニルフェニル)等の1,3−ジアリール体、1−エチル−3−フェニル等の1−アルキル−1−アリール体、1,3−ジ(2―ピリジル)等の1,3位ジヘテロ環置換体等が挙げられる。
(f)2−チオ−2,4−チアゾリジンジオン核:例えばローダニン及びその誘導体等。誘導体としては例えば3−メチルローダニン、3−エチルローダニン、3−アリルローダニン等の3−アルキルローダニン、3−フェニルローダニン等の3−アリールローダニン、3−(2−ピリジル)ローダニン等の3位ヘテロ環置換ローダニン等が挙げられる。
(g)2−チオ−2,4−オキサゾリジンジオン(2−チオ−2,4−(3H,5H)−オキサゾールジオン核:例えば3−エチル−2−チオ−2,4−オキサゾリジンジオン等。
(h)チアナフテノン核:例えば3(2H)−チアナフテノン−1,1−ジオキサイド等。
(i)2−チオ−2,5−チアゾリジンジオン核:例えば3−エチル−2−チオ−2,5−チアゾリジンジオン等。
(j)2,4−チアゾリジンジオン核:例えば2,4−チアゾリジンジオン、3−エチル−2,4−チアゾリジンジオン、3−フェニル−2,4−チアゾリジンジオン等。
(k)チアゾリン−4−オン核:例えば4−チアゾリノン、2−エチル−4−チアゾリノン等。
(l)2,4−イミダゾリジンジオン(ヒダントイン)核:例えば2,4−イミダゾリジンジオン、3−エチル−2,4−イミダゾリジンジオン等。
(m)2−チオ−2,4−イミダゾリジンジオン(2−チオヒダントイン)核:例えば2−チオ−2,4−イミダゾリジンジオン、3−エチル−2−チオ−2,4−イミダゾリジンジオン等。
(n)イミダゾリン−5−オン核:例えば2−プロピルメルカプト−2−イミダゾリン−5−オン等。
(o)3,5−ピラゾリジンジオン核:例えば1,2−ジフェニル−3,5−ピラゾリジンジオン、1,2−ジメチル−3,5−ピラゾリジンジオン等。
(p)ベンゾチオフェンー3−オン核:例えばベンゾチオフェンー3−オン、オキソベンゾチオフェンー3−オン、ジオキソベンゾチオフェンー3−オン等。
(q)インダノン核:例えば1−インダノン、3−フェニルー1−インダノン、3−メチルー1−インダノン、3,3−ジフェニルー1−インダノン、3,3−ジメチルー1−インダノン等。
で表される環として好ましくは、1,3−ジカルボニル核、ピラゾリノン核、2,4,6−トリケトヘキサヒドロピリミジン核(チオケトン体も含み、例えばバルビツール酸核、2−チオバルビツール酸核)、2−チオ−2,4−チアゾリジンジオン核、2−チオ−2,4−オキサゾリジンジオン核、2−チオ−2,5−チアゾリジンジオン核、2,4−チアゾリジンジオン核、2,4−イミダゾリジンジオン核、2−チオ−2,4−イミダゾリジンジオン核、2−イミダゾリン−5−オン核、3,5−ピラゾリジンジオン核、ベンゾチオフェン−3−オン核、インダノン核であり、より好ましくは1,3−ジカルボニル核、2,4,6−トリケトヘキサヒドロピリミジン核(チオケトン体も含み、例えばバルビツール酸核、2−チオバルビツール酸核)、3,5−ピラゾリジンジオン核、ベンゾチオフェンー3−オン核、インダノン核であり、更に好ましくは1,3−ジカルボニル核、2,4,6−トリケトヘキサヒドロピリミジン核(チオケトン体も含み、例えばバルビツール酸核、2−チオバルビツール酸核)であり、特に好ましくは1,3−インダンジオン核、バルビツール酸核、2−チオバルビツール酸核及びそれらの誘導体である。
で表される環としては下記一般式(Z1)で表されることが好ましい。
一般式(Z1)
Figure 2012077064
(Zは少なくとも3つの炭素原子を含む環であって、5員環、6員環、又は、5員環及び6員環の少なくともいずれかを含む縮合環を表す。*は一般式(I)におけるLとの結合位置を表す。)
としては上記Zにより形成される環中から選ぶことができ、好ましくは1,3−ジカルボニル核、2,4,6−トリケトヘキサヒドロピリミジン核(チオケトン体も含む)であり、特に好ましくは1,3−インダンジオン核、バルビツール酸核、2−チオバルビツール酸核及びそれらの誘導体である。
一般式(I)において、Zで表される環はアクセプター部として機能する場合があるが、アクセプター部同士の相互作用を制御する事により、フラーレンC60と共蒸着膜とした際、高い正孔輸送性を発現させる事ができることを本発明者らは見出した。アクセプター部の構造、及び立体障害となる置換基の導入により相互作用の制御を行う事が可能である。バルビツール酸核、2−チオバルビツール酸核において、2つのN位の水素を好ましくは2つとも、置換基により置換する事で好ましく分子間相互作用を制御する事が可能であり、置換基としては後述する置換基Wが挙げられるが、より好ましくはアルキル基であり、更に好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基、又はブチル基である。
で表される環が1,3−インダンジオン核の場合、下記一般式(VIII)で表される基又は下記一般式(IX)で表される基である場合が好ましい。
一般式(VIII)
Figure 2012077064
(一般式(VIII)中、R51〜R54はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。R51〜R54のうち隣接する2つが互いに結合して環を形成してもよい。*はLとの結合位置を表す。)
一般式(IX)
Figure 2012077064
(一般式(IX)中、R61〜R66はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。R61〜R66のうち隣接する2つが互いに結合して環を形成してもよい。*はLとの結合位置を表す。)
前記一般式(VIII)で表される基において、R51〜R54はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。置換基としては例えば後述する置換基Wとして挙げたものが適用でき、好ましくはアルキル基であり、より好ましくは炭素数1〜6のアルキル基である。また、R51〜R54のうち隣接する2つが互いに結合して環を形成してもよい。環形成する場合としては、R52とR53が結合して環(例えば、ベンゼン環、ピリジン環、ピラジン環)を形成する場合が好ましい。
51〜R54としては全てが水素原子である場合が好ましい。
前記一般式(IX)において、R61〜R66はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。置換基としては例えば後述する置換基Wとして挙げたものが適用でき、好ましくはアルキル基であり、より好ましくは炭素数1〜6のアルキル基である。R61〜R66としては全てが水素原子である場合が好ましい。
で表される環が2,4,6−トリケトヘキサヒドロピリミジン核(チオケトン体も含む)の場合、前記一般式(X)で表される基である場合が好ましい。
一般式(X)
Figure 2012077064
(一般式(X)中、R71及びR72はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。R73は、酸素原子、硫黄原子又は置換基を表す。*はLとの結合位置を表す。)
前記一般式(X)において、R71及びR72はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。置換基としては例えば後述する置換基Wとして挙げたものが適用できる。R71及びR72としてはそれぞれ独立に、アルキル基、アリール基又はヘテロ環基(好ましくは2−ピリジル等)が好ましく、炭素数1〜6のアルキル基(例えばメチル、エチル、n−プロピル、t−ブチル)を表す場合がより好ましい。
73は、酸素原子、硫黄原子又は置換基を表すが、R73としては酸素原子、又は硫黄原子を表す場合が好ましい。前記置換基としては結合部が窒素原子であるものと炭素原子であるものが好ましく、窒素原子の場合はアルキル基(炭素数1〜12)若しくはアリール基(炭素数6〜12)が好ましく、具体的にはメチルアミノ基、エチルアミノ基、ブチルアミノ基、ヘキシルアミノ基、フェニルアミノ基、又はナフチルアミノ基が挙げられる。炭素原子の場合は更に少なくとも一つの電子求引性基が置換していれば良く、電子求引性基としてはカルボニル基、シアノ基、スルホキシド基、スルホニル基、又はホスホリル基が挙げられ、更に置換基を有している場合が良い。この置換基としては後述する置換基Wが挙げられる。R73としては、該炭素原子を含む5員環又は6員環を形成するものが好ましく、具体的には下記構造のものが挙げられる。
Figure 2012077064
Figure 2012077064
上記の基中のPhはフェニル基を表す。
一般式(I)において、L、L、及びLはそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。置換メチン基同士が結合して環を形成してもよい。環としては6員環(例えば、ベンゼン環等)が挙げられる。置換メチン基の置換基としては後述の置換基Wが挙げられるが、L、L及びLは全てが無置換メチン基である場合が好ましい。
一般式(I)において、nは0以上の整数を表し、好ましくは0以上3以下の整数を表し、より好ましくは0である。nを増大させた場合、吸収波長域が長波長にすることができるが、熱による分解温度が低くなる。可視域に適切な吸収を有し、かつ蒸着成膜時の熱分解を抑制する点でn=0が好ましい。
一般式(I)において、Dは原子群を表す。前記Dは−NR(R)を含む基であることが好ましく、更に、前記Dが−NR(R)が置換したアリール基(好ましくは、置換基を有してもよい、フェニル基又はナフチル基)を表す場合が好ましい。R、及びRはそれぞれ独立に、水素原子、又は置換基を表し、該置換基としては後述する置換基Wが挙げられるが、好ましくは、脂肪族炭化水素基(好ましくは置換基を有してもよいアルキル基又はアルケニル基)、アリール基、又はヘテロ環基である。
前記ヘテロ環としては、フラン環、チオフェン環、ピロール環、オキサジアゾール環等の5員環が好ましい。
、Rが置換基(好ましくはアルキル基、アルケニル基)である場合、それらの置換基は、−NR(R)が置換したアリール基の芳香環(好ましくはベンゼン環、ナフタレン環)骨格の水素原子、又は置換基と結合して環(好ましくは6員環)を形成してもよい。
、Rは互いに置換基同士が結合して環(好ましくは5員又は6員環、より好ましくは6員環)を形成してもよく、また、R、RはそれぞれがL(L、L、Lのいずれかを表す)中の置換基と結合して環(好ましくは5員又は6員環、より好ましくは6員環)を形成してもよい。
はパラ位にアミノ基が置換したアリール基(好ましくはフェニル基、ナフチル基)である場合が好ましい。該アミノ基の置換基としては、後述する置換基Wが挙げられるが、脂肪族炭化水素基(好ましくは置換されてよいアルキル基)、アリール基(好ましくは置換されてよいフェニル基、ナフチル基)、又はヘテロ環基が好ましい。前記アミノ基としてはアリール基が2つ置換した、いわゆるジアリール基置換のアミノ基が好ましい。更に該アミノ基の置換基(好ましくは置換されてよいアルキル基、アルケニル基)はアリール基の芳香環(好ましくはベンゼン環、ナフチル基)骨格の水素原子、又は置換基と結合して環(好ましくは6員環)を形成してもよい。
、Rが脂肪族炭化水素基、アリール基、ヘテロ環基の場合の置換基として好ましくは、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルアミノ基、スルホニルアミノ基、スルホニル基、シリル基、芳香族ヘテロ環基であり、より好ましくはアルキル基、アルケニル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリル基、芳香族ヘテロ環基であり、更に好ましくはアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリル基、芳香族ヘテロ環基である。具体例は後述する置換基Wで挙げたものが適用できる。
、Rとして好ましくはアルキル基、アリール基、又は芳香族へテロ環基である。R、Rとして特に好ましくはアルキル基、Lと連結して環を形成するアルキレン基、又はアリール基であり、より好ましくは炭素数1〜8のアルキル基、Lと連結して5ないし6員環を形成するアルキレン基、又は置換若しくは無置換のアリール基であり、更に好ましくは炭素数1〜8のアルキル基、又は置換若しくは無置換のアリール基であり、特に好ましくは置換若しくは無置換のフェニル基、ナフチル基である
前記Dが下記の一般式(II)で表される場合も好ましい。
一般式(II)
Figure 2012077064
(一般式(II)中、R21、及びR22はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。Ar21は芳香族炭化水素環基又は芳香族複素環基を表す。*は結合位置を表す。Ar21とR21、Ar21とR22、R21とR22はそれぞれ互いに結合して環を形成してもよい。)
21、及びR22はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表し、該置換基としては後述する置換基Wが挙げられる。これらは更に置換基を有していてもよい。更なる置換基の具体例は後述の置換基Wが挙げられ、好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基であり、より好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、であり、更に好ましくはフッ素原子、アルキル基、アリール基であり、特に好ましくはアルキル基、アリール基であり、最も好ましくはアルキル基である。アルキル基としては直鎖又は分岐構造のものが好ましく、炭素数1〜20が好ましく、1〜10がより好ましく、1〜5が更に好ましい。
21、R22として好ましくは、アルキル基、アルケニル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、アシル基、アルコキシカルボニル基、アリールオキシカルボニル基、アシルアミノ基、スルホニルアミノ基、スルホニル基、シリル基、芳香族ヘテロ環基であり、より好ましくはアルキル基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリル基、芳香族ヘテロ環基(好ましくはフラン環、チオフェン環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、オキサジアゾール環、トリアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環)であり、更に好ましくはアルキル基、アリール基、又は芳香族へテロ環基(好ましくはフラン環、チオフェン環、ピリジン環、オキサジアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環)であり、特に好ましくはアルキル基、又はアリール基であり、中でも好ましくは炭素数1〜8のアルキル基、又はフェニル基、アルキル置換フェニル基、フェニル置換フェニル基、ナフチル基、フェナントリル基、アントリル基又はフルオレニル基(好ましくは9,9’−ジメチル−2−フルオレニル基)であり、特に好ましくは置換若しくは無置換のアリール基であり、最も好ましくは置換若しくは無置換のフェニル基、ナフチル基である。また、これらの置換基は複数が互いに結合して環を形成していてもよい。
Ar21は芳香族炭化水素環又は芳香族複素環基を表し、これらが有してもよい置換基としては後述する置換基Wが挙げられる。Ar21として好ましくはベンゼン環、ナフタレン環、インダン環、アントラセン環、フルオレン環、ピレン環、フェナントレン環、ペリレン環、ピリジン環、キノリン環、イソキノリン環、フェナントリジン環、ピリミジン環、ピラジン環、ピリダジン環、トリアジン環、シンノリン環、アクリジン環、フタラジン環、キナゾリン環、キノキサリン環、ナフチリジン環、プテリジン環、ピロール環、ピラゾール環、トリアゾール環、インドール環、カルバゾール環、インダゾール環、ベンゾイミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、オキサジアゾール環、チアジアゾール環、ベンゾオキサゾール環、ベンゾチアゾール環、イミダゾピリジン環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、フラン環、ベンゾフラン環、ホスホール環、ホスフィニン環、シロール環であり、より好ましくはベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環、インダン環、アントラセン環、ピレン環、フェナントレン環、ペリレン環、ピロール環、インドール環、カルバゾール環、インダゾール環、チオフェン環、ベンゾチオフェン環、フラン環、ベンゾフラン環であり、更に好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環、インダン環、インドール環、カルバゾール環、インダゾール環であり、特に好ましくはベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環、インダン環、アントラセン環であり、中でも好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、フルオレン環であり、最も好ましくはベンゼン環、ナフタレン環である。
Ar21は更に置換基を有していてもよい。更なる置換基の具体例は後述の置換基Wが挙げられ、好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基であり、より好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、であり、更に好ましくはフッ素原子、アルキル基、アリール基であり、特に好ましくはアルキル基、アリール基であり、最も好ましくはアルキル基である。
一般式(I)中のDが一般式(II)で表される構造の化合物(色素)は、Dで表されるドナー部にトリアリールアミン骨格を有する場合、フラーレン類と組み合わせて用いると、特に素子の耐熱性を維持しつつ、高い電荷捕集効率、高速応答を実現することができる。
一般式(II)の好ましい形態のひとつは一般式(II−a)である。
一般式(II−a)
Figure 2012077064
(一般式(II−a)中、R21、及びR22はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。R23〜R28はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。kは0以上の整数を表す。Rx、及びRyは、それぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。kが2以上の場合、複数存在するRx、及びRyは各々同一でも異なっていてもよい。また、R23とR24、R24とRx、RxとR25、R25とR21、R26とRy、RyとR27、R27とR28、R28とR22、R21とR22はそれぞれ互いに結合して環を形成しても良い。*は結合位置を表す。)
一般式(II−a)中、kは0又は1であることが好ましく、0であることがより好ましい。
21及びR22は前記一般式(II)におけるR21及びR22と同義であり、また好ましい範囲も同様である。
23〜R28、Rx、及びRyが置換基を表す場合、該置換基としては後述する置換基Wが挙げられる。これらは更に置換基を有していてもよい。更なる置換基の具体例は後述の置換基Wが挙げられ、好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基であり、より好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、であり、更に好ましくはフッ素原子、アルキル基、アリール基であり、特に好ましくはアルキル基、アリール基であり、最も好ましくはアルキル基である。
23〜R28はいずれも水素原子である場合が好ましい。また、Rx、Ryはいずれも水素原子である場合が好ましい。
23〜R28が水素原子であり、かつRx、Ryが水素原子である場合がより好ましい。
前記Dは下記一般式(II−b)又は(II−c)で表される基であることも好ましい。
一般式(II−b)
Figure 2012077064
(一般式(II)中、R21、及びR22はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。R211〜R214はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。R211とR212、R213とR214、R21とR22、R212とR21、R214とR22がそれぞれ互いに結合して環を形成してもよい。*は結合位置を表す。)
21及びR22は前記一般式(II)におけるR21及びR22と同義であり、また好ましい範囲も同様である。
211〜R214が置換基を表す場合、該置換基としては後述する置換基Wが挙げられるが、好ましくはR211〜R214が水素原子、又はR212とR21若しくはR214とR22が5員環又は6員環を形成する場合であり、より好ましくはR211〜R214のいずれもが水素原子である場合である。
211とR212、R213とR214、R21とR22、R212とR21、R214とR22がそれぞれ互いに結合して環を形成する場合、形成される環としては、後述の環Rが挙げられる。好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピリジン環、ピリミジン環等である。
一般式(II−c)
Figure 2012077064
(一般式(II−c)中、R215〜R218、R219〜R223、及びR224〜R228はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。R215とR216、R217とR218、R223とR222、R222とR219、R219とR220、R220とR221、R228とR227、R227とR224、R224とR225、R225とR226はそれぞれ結合して環を形成していてもよい。*は結合位置を表す。)
215とR216、R217とR218、R223とR222、R222とR219、R219とR220、R220とR221、R228とR227、R227とR224、R224とR225、R225とR226はそれぞれ結合して環を形成していてもよく、形成される環としては、後述の環Rが挙げられる。好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピリジン環、ピリミジン環等である。
216とR223、R218とR226、R228とR221はそれぞれ連結してもよい。R216とR223、R218とR226、R228とR221が結合してN原子と共に5〜10員環を形成(好ましくは5〜6員環)してもよいし、R216とR223、R218とR226、R228とR221との連結は、単結合でもよい。
215〜R218、R219〜R223、R224〜R228が置換基を表す場合、該置換基としては後述する置換基Wが挙げられる。R215〜R218、R219〜R223、R224〜R228は水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数6〜18のアリール基、炭素数4〜16の複素環基が好ましく、水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜14のアリール基、フッ素原子がより好ましく、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基が更に好ましく、水素原子、フッ素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、フェニル基、ナフチル基が中でも好ましく、水素原子、メチル基、ブチル基、ヘキシル基、フェニル基が特に好ましい。アルキル基は分岐を有するものであってもよい。
これらは更に置換基を有していてもよい。更なる置換基の具体例は後述の置換基Wが挙げられ、好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基であり、より好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、であり、更に好ましくはフッ素原子、アルキル基、アリール基であり、特に好ましくはアルキル基、アリール基であり、最も好ましくはアルキル基である。
前記一般式(I)は、下記一般式(II−d)であることが好ましい。
一般式(II−d)
Figure 2012077064
(一般式(II−d)中、Zは5又は6員環を形成するのに必要な原子群を表す。L、L、及びLはそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。R231〜R236は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。またR231とR232、R232とR233、R234とR235、R235とR236はそれぞれ互いに結合して環を形成してもよい。R237〜R241、及びR242〜R246はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。また、R237〜R241、R242〜R246のうち隣接するものが互いに結合して環を形成してもよい。R233とR237、R236とR246はそれぞれ独立に結合して環を形成してもよい。)
一般式(II−d)中、Z、L、L、Lは前記一般式(I)におけるZ、L、L、Lと同義であり、また好ましい範囲も同様である。
231〜R236が置換基を表す場合、該置換基としては後述する置換基Wが挙げられる。R231〜R236は好ましくは水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数6〜18のアリール基、炭素数4〜16の複素環基が好ましく、水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜14のアリール基、フッ素原子がより好ましく、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基が更に好ましく、水素原子、フッ素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、フェニル基、ナフチル基が中でも好ましく、水素原子、メチル基、ブチル基、ヘキシル基、フェニル基が特に好ましい。アルキル基は分岐を有するものであってもよい。
これらは更に置換基を有していてもよい。更なる置換基の具体例は後述の置換基Wが挙げられ、好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基であり、より好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、であり、更に好ましくはフッ素原子、アルキル基、アリール基であり、特に好ましくはアルキル基、アリール基であり、最も好ましくはアルキル基である。
231とR232、R232とR233、R234とR235、R235とR236はそれぞれ互いに結合して環を形成してもよい。形成される環としては、後述の環Rが挙げられる。好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピリジン環、ピリミジン環等である。
237〜R241、R242〜R246はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。R237〜R241、R242〜R246が置換基を表す場合、該置換基としては後述する置換基Wが挙げられる。R237〜R241、R242〜R246は好ましくは水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数6〜18のアリール基、炭素数4〜16の複素環基が好ましく、水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜14のアリール基、フッ素原子がより好ましく、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基が更に好ましく、水素原子、フッ素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、フェニル基、ナフチル基が中でも好ましく、水素原子、メチル基、ブチル基、ヘキシル基、フェニル基が特に好ましい。アルキル基は分岐を有するものであってもよい。
これらは更に置換基を有していてもよい。更なる置換基の具体例は後述の置換基Wが挙げられ、好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基であり、より好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、であり、更に好ましくはフッ素原子、アルキル基、アリール基であり、特に好ましくはアルキル基、アリール基であり、最も好ましくはアルキル基である。
また、R237〜R241、R242〜R246のうち隣接するものが互いに結合して環を形成してもよい。形成される環としては後述の環Rが挙げられる。形成される環として好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピリジン環、ピリミジン環等である。
また、R233とR237、R236とR246はそれぞれ連結してもよい。R233とR237又はR236とR246が連結する場合、ナフチレン基とフェニル基とを含む4環以上の縮合環となる。R233とR237又はR236とR246との連結は、単結合でもよい。
一般式(I)のDの好ましい形態のひとつは下記一般式(III)である。
一般式(III)
Figure 2012077064
(一般式(III)中、R31は単結合又は2価の連結基を表し、R32は水素原子又は置換基を表す。Ar31は芳香族炭化水素環又は芳香族複素環基を表す。*は結合位置を表す。Xaは、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表し、これらは更に置換基を有してもよい。Ar31とR32、R31とR32はそれぞれ互いに結合して環を形成してもよい。)
32及びAr32は前記一般式(II)におけるR22、及びAr21と同義であり、また好ましい範囲も同様である。
31は単結合又は2価の連結基を表す。
31として好ましくは、アルキレン基、アルケニレン基、アリーレン基、酸素原子、硫黄原子、アルキレンオキシ基、アリーレンオキシ基、カルボニル基、カルボニルアルキレン基、カルボニルアリーレン基、アルキレンオキシカルボニル基、アリーレンオキシカルボニル基、2価のアシルアミノ基、2価のスルホニルアミノ基、スルホニレン基、シリレン基、2価の芳香族ヘテロ環基であり、より好ましくはアルキレン基、アリーレン基、アルキレンオキシ基、アリーレンオキシ基、シリレン基、2価の芳香族ヘテロ環基(好ましくはフラン環、チオフェン環、ピリジン環、ピリダジン環、ピリミジン環、ピラジン環、オキサジアゾール環、トリアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環)であり、更に好ましくはアルキレン基、アリーレン基、又は2価の芳香族へテロ環基(好ましくはフラン環、チオフェン環、ピリジン環、オキサジアゾール環、イミダゾール環、ピラゾール環、チアゾール環)であり、特に好ましくはアルキレン基、又はアリーレン基であり、中でも好ましくは炭素数1〜8のアルキレン基、又は置換若しくは無置換のアリーレン基であり、最も好ましくは置換若しくは無置換のフェニレン基、ナフチレン基である。
また、これらの連結基は置換基を有していてもよい。該置換基の具体例は後述の置換基Wが挙げられ、好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基であり、より好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、であり、更に好ましくはフッ素原子、アルキル基、アリール基であり、特に好ましくはアルキル基、アリール基であり、最も好ましくはアルキル基である。
Xaは、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表し、R32とAr32を連結する。これらは更に置換基を有していてもよい。該更なる置換基の具体例は置換基Wが挙げられ、好ましくはアルキル基、又はアリール基である。
化学的安定性、耐熱性の観点からXaは、単結合、酸素原子、アルキレン基、又はシリレン基であることが好ましく、アルキレン基であることがより好ましい。
Xaは、単結合、炭素数1〜12のアルキレン基、炭素数2〜12のアルケニレン基、炭素数6〜14のアリーレン基、炭素数4〜13の複素環基、酸素原子、硫黄原子、炭素数1〜12の炭化水素基(好ましくはアリール基又はアルキル基)を有するイミノ基(例えばフェニルイミノ基、メチルイミノ基、t−ブチルイミノ基)、シリレン基が好ましく、単結合、酸素原子、炭素数1〜6のアルキレン基(例えばメチレン基、1,2−エチレン基、1,1−ジメチルメチレン基)、炭素数2のアルケニレン基(例えば−CH=CH−)、炭素数6〜10のアリーレン基(例えば1,2−フェニレン基、2,3−ナフチレン基)、シリレン基がより好ましく、単結合、酸素原子、炭素数1〜6のアルキレン基(例えばメチレン基、1,2−エチレン基、1,1−ジメチルメチレン基)が更に好ましく、単結合、酸素原子、メチレン基、1,2−エチレン基が特に好ましく、メチレン基が最も好ましい。
一般式(I)のDが、縮環構造を有している一般式(III)で表される構造の化合物(色素)は、融解時のエントロピー変化(ΔS)が小さく、融点が大きくなりやすいため、融点と蒸着温度の差(融点−蒸着温度)の差がより大きくなり、蒸着時の分解が起こりにくい。また、分子の熱運動を抑制し、励起子寿命を長くするため、色素の励起子解離効率が向上し、素子の光電変換効率(感度)が高くなるためより好ましい。特に、一般式(III)で表される化合物は縮環構造により共役長が長くなり吸収波長が長波長化するため、600〜750nm(赤色)領域の感度が高くなる。
前記一般式(I)で表される化合物の好ましい形態のひとつは下記一般式(IV)で表される化合物である。
一般式(IV)
Figure 2012077064
(一般式(IV)中、Zは少なくとも2つの炭素原子を含む環であって、5員環、6員環、又は、5員環及び6員環の少なくともいずれかを含む縮合環を表す。L、L、及びLはそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。nは0以上の整数を表す。mは0又は1を表す。R41〜R46はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。R42とR43、R43とR44、R45とR46、R41とR46はそれぞれ互いに結合して環を形成してもよい。R401は単結合又は2価の連結基を表し、R402はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。Xaは、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表し、これらは更に置換基を有してもよく、R41〜R46のいずれかひとつとして連結する。R401とR402、R402とR41〜R46は、それぞれ互いに結合して環を形成してもよい。)
41〜R46が置換基を表す場合、該置換基としては後述する置換基Wが挙げられる。これらは更に置換基を有していてもよい。更なる置換基の具体例は後述の置換基Wが挙げられ、好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基であり、より好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、であり、更に好ましくはフッ素原子、アルキル基、アリール基であり、特に好ましくはアルキル基、アリール基であり、最も好ましくはアルキル基である。
41〜R46はいずれも水素原子である場合が好ましい。
401は単結合又は2価の連結基を表し、R402はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。R401、R402はそれぞれ一般式(III)中のR31、R32と同義であり、好ましい範囲も同様である。
一般式(IV)中、Z、L、L、L、nは前記一般式(I)のZ、L、L、L、nと同義であり、また好ましい範囲も同様である。
一般式(IV)中、Xaは前記一般式(III)のXaと同義であり、また好ましい範囲も同様である。
一般式(IV)の好ましい形態のひとつは下記一般式(IV−a)である。
一般式(IV−a)
Figure 2012077064
(一般式(IV−a)中、Zは少なくとも2つの炭素原子を含む環であって、5員環、6員環、又は、5員環及び6員環の少なくともいずれかを含む縮合環を表す。L、L、及びLはそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。nは0以上の整数を表す。mは0又は1を表す。R41〜R46はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。R42とR43、R43とR44、R45とR46、R41とR46はそれぞれ互いに結合して環を形成してもよい。Xaは、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表し、これらは更に置換基を有してもよく、R41〜R46のいずれかひとつとして連結する。R47〜R410、R411〜R415は、それぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。また、R47〜R410、R411〜R415のうち隣接するものが互いに結合して環を形成してもよい。R410とR411、R415とR41〜R46は、それぞれ互いに結合して環を形成してもよい。)
一般式(IV−a)中、Z、L、L、L、n、R41〜R46、mは前記一般式(IV)のZ、L、L、L、n、R41〜R46、mと同義であり、また好ましい範囲も同様である。
一般式(IV−a)中のXaの好ましい範囲は前記一般式(III)中のXaと同様である。
m=0の時、Xaは好ましくはR44又はR45のひとつとして連結する。m=1の時、Xaは好ましくはR44又はR45のひとつとして連結する。
Xaは好ましくはR44として連結する。
47〜R410、R411〜R415はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。R47〜R410、R411〜R415が置換基を表す場合、該置換基としては後述の置換基Wが挙げられるが、好ましくは水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数6〜18のアリール基、炭素数4〜16の複素環基が好ましく、水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜14のアリール基、フッ素原子がより好ましく、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基が更に好ましく、水素原子、フッ素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、フェニル基、ナフチル基が中でも好ましく、水素原子、メチル基、ブチル基、ヘキシル基、フェニル基が特に好ましい。アルキル基は分岐を有するものであってもよい。
これらは更に置換基を有していてもよい。更なる置換基の具体例は後述の置換基Wが挙げられ、好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基であり、より好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、であり、更に好ましくはフッ素原子、アルキル基、アリール基であり、特に好ましくはアルキル基、アリール基であり、最も好ましくはアルキル基である。
また、R47〜R410、R411〜R415のうち隣接するものが互いに結合して環を形成してもよい。形成される環としては後述の環Rが挙げられる。形成される環として好ましくは、芳香族環又は芳香族ヘテロ環であり、具体的には、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピリジン環、ピリミジン環、フルオレン環(R47〜R410、R411〜R415が結合しているベンゼン環を含んで構成される)等である。
更に、R410とR411、R415とR45はそれぞれ連結してもよい。連結する場合の連結基の好ましい範囲は前記一般式(III)のXaの好ましい範囲と同様であり、特にアルキレン基で連結することが好ましい。R410とR411、R415とR45が連結する場合、N原子と共に5〜10員環(好ましくは5〜6員環であり、より好ましくは6員環)を形成してもよい。また、R410とR411、R415とR45との連結は単結合でもよい。
前記一般式(I)で表される化合物が下記一般式(V)で表されることも好ましい。
一般式(V)
Figure 2012077064
(一般式(V)中、Zは少なくとも2つの炭素原子を含む環であって、5員環、6員環、又は、5員環及び6員環の少なくともいずれかを含む縮合環を表す。L、L、及びLはそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。nは0以上の整数を表す。mは0又は1を表す。R41〜R46はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。R42とR43、R43とR44、R45とR46、R41とR46はそれぞれ互いに独立して環を形成してもよい。R401は3価の連結基を表し、R402は単結合又は2価の連結基を表す。Xa及びXbはそれぞれ独立に、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表し、これらは更に置換基を有してもよく、R41〜R46のいずれかひとつとして連結する。R402とR41〜R46は、それぞれ互いに結合して環を形成してもよい。)
一般式(V)中、Z、L、L、L、n、R41〜R46、m、Xa、R401、及びR402は前記一般式(IV)のZ、L、L、L、n、R41〜R46、m、Xa、R401、及びR402と同義であり、また好ましい範囲も同様である。ただし、R401、及びR402については、一般式(IV)のR401、及びR402について1つ価数を増やしたものである。
一般式(V)中、XbはXaと同義であり、また好ましい範囲も同様である。
前記一般式(I)で表される化合物が下記一般式(VI)で表されることも好ましい。
一般式(VI)
Figure 2012077064
(一般式(VI)中、Zは少なくとも2つの炭素原子を含む環であって、5員環、6員環、又は、5員環及び6員環の少なくともいずれかを含む縮合環を表す。L、L、及びLはそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。nは0以上の整数を表す。mは0又は1を表す。R41〜R46はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。R42とR43、R43とR44、R45とR46、R41とR46はそれぞれ互いに独立して環を形成してもよい。R401は単結合又は2価の連結基を表し、R402は単結合又は2価の連結基を表す。Xa及びXcはそれぞれ独立に、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表し、これらは更に置換基を有してもよく、R41〜R46のいずれかひとつとして連結する。R401とR402は、それぞれ互いに結合して環を形成してもよい。)
一般式(VI)中、Z、L、L、L、n、R41〜R46、m、Xa、R401、及びR402は前記一般式(IV)のZ、L、L、L、n、R41〜R46、m、Xa、R401、及びR402と同義であり、また好ましい範囲も同様である。ただし、R402については、一般式(IV)のR402について1つ価数を増やしたものである。
一般式(VI)中、XcはXaと同義であり、また好ましい範囲も同様である。
前記一般式(I)で表される化合物が下記一般式(VII)で表されることも好ましい。
一般式(VII)
Figure 2012077064
(一般式(VII)中、Zは少なくとも2つの炭素原子を含む環であって、5員環、6員環、又は、5員環及び6員環の少なくともいずれかを含む縮合環を表す。L、L、及びLはそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。nは0以上の整数を表す。mは0又は1を表す。R41〜R46はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。R42とR43、R43とR44、R45とR46、R41とR46はそれぞれ互いに独立して環を形成してもよい。R401は3価の連結基を表し、R402は3価の連結基を表す。Xa、Xb、及びXcはそれぞれ独立に、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表し、これらは更に置換基を有してもよく、R41〜R46のいずれかひとつとして連結する。
一般式(VII)中、Z、L、L、L、n、R41〜R46、m、Xa、R401、及びR402は前記一般式(IV)のZ、L、L、L、n、R41〜R46、m、Xa、R401、及びR402と同義であり、また好ましい範囲も同様である。ただし、R401、及びR402については、一般式(IV)のR401、及びR402について1つ価数を増やしたものである。
一般式(VII)中、Xb及びXcはXaと同義であり、また好ましい範囲も同様である。
[置換基W]
本明細書における置換基Wについて記載する。
置換基Wとしてはハロゲン原子、アルキル基(シクロアルキル基、ビシクロアルキル基、トリシクロアルキル基を含む)、アルケニル基(シクロアルケニル基、ビシクロアルケニル基を含む)、アルキニル基、アリール基、複素環基(ヘテロ環基といっても良い)、シアノ基、ヒドロキシ基、ニトロ基、カルボキシ基、アルコキシ基、アリールオキシ基、シリルオキシ基、ヘテロ環オキシ基、アシルオキシ基、カルバモイルオキシ基、アルコキシカルボニルオキシ基、アリールオキシカルボニルオキシ基、アミノ基(アニリノ基を含む)、アンモニオ基、アシルアミノ基、アミノカルボニルアミノ基、アルコキシカルボニルアミノ基、アリールオキシカルボニルアミノ基、スルファモイルアミノ基、アルキル及びアリールスルホニルアミノ基、メルカプト基、アルキルチオ基、アリールチオ基、ヘテロ環チオ基、スルファモイル基、スルホ基、アルキル及びアリールスルフィニル基、アルキル及びアリールスルホニル基、アシル基、アリールオキシカルボニル基、アルコキシカルボニル基、カルバモイル基、アリール及びヘテロ環アゾ基、イミド基、ホスフィノ基、ホスフィニル基、ホスフィニルオキシ基、ホスフィニルアミノ基、ホスホノ基、シリル基、ヒドラジノ基、ウレイド基、ボロン酸基(−B(OH))、ホスファト基(−OPO(OH))、スルファト基(−OSOH)、その他の公知の置換基が挙げられる。
更に詳しくは、置換基Wは、下記の(1)〜(48)などを表す。
(1)ハロゲン原子
例えば、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子
(2)アルキル基
直鎖、分岐、環状の置換若しくは無置換のアルキル基を表す。それらは、(2−a)〜(2−e)なども包含するものである。
(2−a)アルキル基
好ましくは炭素数1から30のアルキル基(例えばメチル、エチル、n−プロピル、イソプロピル、t−ブチル、n−オクチル、エイコシル、2−クロロエチル、2−シアノエチル、2−エチルヘキシル)
(2−b)シクロアルキル基
好ましくは、炭素数3から30の置換又は無置換のシクロアルキル基(例えば、シクロヘキシル、シクロペンチル、4−n−ドデシルシクロヘキシル)
(2−c)ビシクロアルキル基
好ましくは、炭素数5から30の置換若しくは無置換のビシクロアルキル基(例えば、ビシクロ[1,2,2]ヘプタン−2−イル、ビシクロ[2,2,2]オクタン−3−イル)
(2−d)トリシクロアルキル基
好ましくは、炭素数7から30の置換若しくは無置換のトリシクロアルキル基(例えば、1−アダマンチル)
(2−e)更に環構造が多い多環シクロアルキル基
なお、以下に説明する置換基の中のアルキル基(例えばアルキルチオ基のアルキル基)はこのような概念のアルキル基を表すが、更にアルケニル基、アルキニル基も含むこととする。
(3)アルケニル基
直鎖、分岐、環状の置換若しくは無置換のアルケニル基を表す。それらは、(3−a)〜(3−c)を包含するものである。
(3−a)アルケニル基
好ましくは炭素数2から30の置換又は無置換のアルケニル基(例えば、ビニル、アリル、プレニル、ゲラニル、オレイル)
(3−b)シクロアルケニル基
好ましくは、炭素数3から30の置換若しくは無置換のシクロアルケニル基(例えば、2−シクロペンテン−1−イル、2−シクロヘキセン−1−イル)
(3−c)ビシクロアルケニル基
置換又は無置換のビシクロアルケニル基、好ましくは、炭素数5から30の置換若しくは無置換のビシクロアルケニル基(例えば、ビシクロ[2,2,1]ヘプト−2−エン−1−イル、ビシクロ[2,2,2]オクト−2−エン−4−イル)
(4)アルキニル基
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換のアルキニル基(例えば、エチニル、プロパルギル、トリメチルシリルエチニル基)
(5)アリール基
好ましくは、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアリール基(例えばフェニル、p−トリル、ナフチル、m−クロロフェニル、o−ヘキサデカノイルアミノフェニル、フェロセニル)
(6)複素環基
好ましくは、5又は6員の置換若しくは無置換の、芳香族若しくは非芳香族の複素環化合物から一個の水素原子を取り除いた一価の基であり、更に好ましくは、炭素数2から50の5若しくは6員の芳香族の複素環基である。
(例えば、2−フリル、2−チエニル、2−ピリミジニル、2−ベンゾチアゾリル。なお、1−メチル−2−ピリジニオ、1−メチル−2−キノリニオのようなカチオン性の複素環基でも良い)
(7)シアノ基
(8)ヒドロキシ基
(9)ニトロ基
(10)カルボキシ基
(11)アルコキシ基
好ましくは、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアルコキシ基(例えば、メトキシ、エトキシ、イソプロポキシ、t−ブトキシ、n−オクチルオキシ、2−メトキシエトキシ)
(12)アリールオキシ基
好ましくは、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアリールオキシ基(例えば、フェノキシ、2−メチルフェノキシ、4−t−ブチルフェノキシ、3−ニトロフェノキシ、2−テトラデカノイルアミノフェノキシ)
(13)シリルオキシ基
好ましくは、炭素数3から20のシリルオキシ基(例えば、トリメチルシリルオキシ、t−ブチルジメチルシリルオキシ)
(14)ヘテロ環オキシ基
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換のヘテロ環オキシ基(例えば、1−フェニルテトラゾール−5−オキシ、2−テトラヒドロピラニルオキシ)
(15)アシルオキシ基
好ましくはホルミルオキシ基、炭素数2から30の置換若しくは無置換のアルキルカルボニルオキシ基、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアリールカルボニルオキシ基(例えば、ホルミルオキシ、アセチルオキシ、ピバロイルオキシ、ステアロイルオキシ、ベンゾイルオキシ、p−メトキシフェニルカルボニルオキシ)
(16)カルバモイルオキシ基
好ましくは、炭素数1から30の置換若しくは無置換のカルバモイルオキシ基(例えば、N,N−ジメチルカルバモイルオキシ、N,N−ジエチルカルバモイルオキシ、モルホリノカルボニルオキシ、N,N−ジ−n−オクチルアミノカルボニルオキシ、N−n−オクチルカルバモイルオキシ)
(17)アルコキシカルボニルオキシ基
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換アルコキシカルボニルオキシ基(例えばメトキシカルボニルオキシ、エトキシカルボニルオキシ、t−ブトキシカルボニルオキシ、n−オクチルカルボニルオキシ)
(18)アリールオキシカルボニルオキシ基
好ましくは、炭素数7から30の置換若しくは無置換のアリールオキシカルボニルオキシ基(例えば、フェノキシカルボニルオキシ、p−メトキシフェノキシカルボニルオキシ、p−n−ヘキサデシルオキシフェノキシカルボニルオキシ)
(19)アミノ基
好ましくは、アミノ基、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアルキルアミノ基、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアニリノ基(例えば、アミノ、メチルアミノ、ジメチルアミノ、アニリノ、N−メチル−アニリノ、ジフェニルアミノ)
(20)アンモニオ基
好ましくは、アンモニオ基、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアルキル、アリール、複素環が置換したアンモニオ基(例えば、トリメチルアンモニオ、トリエチルアンモニオ、ジフェニルメチルアンモニオ)
(21)アシルアミノ基
好ましくは、ホルミルアミノ基、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアルキルカルボニルアミノ基、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアリールカルボニルアミノ基(例えば、ホルミルアミノ、アセチルアミノ、ピバロイルアミノ、ラウロイルアミノ、ベンゾイルアミノ、3,4,5−トリ−n−オクチルオキシフェニルカルボニルアミノ)
(22)アミノカルボニルアミノ基
好ましくは、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアミノカルボニルアミノ(例えば、カルバモイルアミノ、N,N−ジメチルアミノカルボニルアミノ、N,N−ジエチルアミノカルボニルアミノ、モルホリノカルボニルアミノ)
(23)アルコキシカルボニルアミノ基
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換アルコキシカルボニルアミノ基(例えば、メトキシカルボニルアミノ、エトキシカルボニルアミノ、t−ブトキシカルボニルアミノ、n−オクタデシルオキシカルボニルアミノ、N−メチルーメトキシカルボニルアミノ)
(24)アリールオキシカルボニルアミノ基
好ましくは、炭素数7から30の置換若しくは無置換のアリールオキシカルボニルアミノ基(例えば、フェノキシカルボニルアミノ、p−クロロフェノキシカルボニルアミノ、m−n−オクチルオキシフェノキシカルボニルアミノ)
(25)スルファモイルアミノ基
好ましくは、炭素数0から30の置換若しくは無置換のスルファモイルアミノ基(例えば、スルファモイルアミノ、N,N−ジメチルアミノスルホニルアミノ、N−n−オクチルアミノスルホニルアミノ)
(26)アルキル若しくはアリールスルホニルアミノ基
好ましくは、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアルキルスルホニルアミノ、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアリールスルホニルアミノ(例えば、メチルスルホニルアミノ、ブチルスルホニルアミノ、フェニルスルホニルアミノ、2,3,5−トリクロロフェニルスルホニルアミノ、p−メチルフェニルスルホニルアミノ)
(27)メルカプト基
(28)アルキルチオ基
好ましくは、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアルキルチオ基(例えばメチルチオ、エチルチオ、n−ヘキサデシルチオ)
(29)アリールチオ基
好ましくは、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアリールチオ(例えば、フェニルチオ、p−クロロフェニルチオ、m−メトキシフェニルチオ)
(30)ヘテロ環チオ基
好ましくは、炭素数2から30の置換又は無置換のヘテロ環チオ基(例えば、2−ベンゾチアゾリルチオ、1−フェニルテトラゾール−5−イルチオ)
(31)スルファモイル基
好ましくは、炭素数0から30の置換若しくは無置換のスルファモイル基(例えば、N−エチルスルファモイル、N−(3−ドデシルオキシプロピル)スルファモイル、N,N−ジメチルスルファモイル、N−アセチルスルファモイル、N−ベンゾイルスルファモイル、N−(N’−フェニルカルバモイル)スルファモイル)
(32)スルホ基
(33)アルキル若しくはアリールスルフィニル基
好ましくは、炭素数1から30の置換又は無置換のアルキルスルフィニル基、6から30の置換又は無置換のアリールスルフィニル基(例えば、メチルスルフィニル、エチルスルフィニル、フェニルスルフィニル、p−メチルフェニルスルフィニル)
(34)アルキル若しくはアリールスルホニル基
好ましくは、炭素数1から30の置換若しくは無置換のアルキルスルホニル基、6から30の置換若しくは無置換のアリールスルホニル基、例えば、メチルスルホニル、エチルスルホニル、フェニルスルホニル、p−メチルフェニルスルホニル)
(35)アシル基
好ましくは、ホルミル基、炭素数2から30の置換若しくは無置換のアルキルカルボニル基、炭素数7から30の置換若しくは無置換のアリールカルボニル基、炭素数4から30の置換若しくは無置換の炭素原子でカルボニル基と結合しているヘテロ環カルボニル基(例えば、アセチル、ピバロイル、2−クロロアセチル、ステアロイル、ベンゾイル、p−n−オクチルオキシフェニルカルボニル、2―ピリジルカルボニル、2―フリルカルボニル)
(36)アリールオキシカルボニル基
好ましくは、炭素数7から30の置換若しくは無置換のアリールオキシカルボニル基(例えば、フェノキシカルボニル、o−クロロフェノキシカルボニル、m−ニトロフェノキシカルボニル、p−t−ブチルフェノキシカルボニル)
(37)アルコキシカルボニル基
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換アルコキシカルボニル基(例えば、メトキシカルボニル、エトキシカルボニル、t−ブトキシカルボニル、n−オクタデシルオキシカルボニル)
(38)カルバモイル基
好ましくは、炭素数1から30の置換若しくは無置換のカルバモイル(例えば、カルバモイル、N−メチルカルバモイル、N,N−ジメチルカルバモイル、N,N−ジ−n−オクチルカルバモイル、N−(メチルスルホニル)カルバモイル)
(39)アリール及びヘテロ環アゾ基
好ましくは、炭素数6から30の置換若しくは無置換のアリールアゾ基、炭素数3から30の置換若しくは無置換のヘテロ環アゾ基(例えば、フェニルアゾ、p−クロロフェニルアゾ、5−エチルチオ−1,3,4−チアジアゾール−2−イルアゾ)
(40)イミド基
好ましくは、N−スクシンイミド、N−フタルイミド
(41)ホスフィノ基
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換のホスフィノ基(例えば、ジメチルホスフィノ、ジフェニルホスフィノ、メチルフェノキシホスフィノ)
(42)ホスフィニル基
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換のホスフィニル基(例えば、ホスフィニル、ジオクチルオキシホスフィニル、ジエトキシホスフィニル)
(43)ホスフィニルオキシ基
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換のホスフィニルオキシ基(例えば、ジフェノキシホスフィニルオキシ、ジオクチルオキシホスフィニルオキシ)
(44)ホスフィニルアミノ基
好ましくは、炭素数2から30の置換若しくは無置換のホスフィニルアミノ基(例えば、ジメトキシホスフィニルアミノ、ジメチルアミノホスフィニルアミノ)
(45)ホスフォ基
(46)シリル基
好ましくは、炭素数3から30の置換若しくは無置換のシリル基(例えば、トリメチルシリル、トリエチルシリル、トリイソプロピルシリル、t−ブチルジメチルシリル、フェニルジメチルシリル)
(47)ヒドラジノ基
好ましくは炭素数0から30の置換若しくは無置換のヒドラジノ基(例えば、トリメチルヒドラジノ)
(48)ウレイド基
好ましくは炭素数0から30の置換若しくは無置換のウレイド基(例えばN,N−ジメチルウレイド)
また、2つの置換基Wが共同して環を形成することもできる。このような環としては芳香族、又は非芳香族の炭化水素環、又は複素環や、これらが更に組み合わされて形成された多環縮合環が挙げられる。例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、フルオレン環、トリフェニレン環、ナフタセン環、ビフェニル環、ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、インドリジン環、インドール環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、イソベンゾフラン環、キノリジン環、キノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、キノキサリン環、キノキサゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、フェナントリジン環、アクリジン環、フェナントロリン環、チアントレン環、クロメン環、キサンテン環、フェノキサチイン環、フェノチアジン環、及びフェナジン環が挙げられる。
上記の置換基Wの中で、水素原子を有するものは、これを取り去り更に上記の基で置換されていても良い。そのような置換基の例としては、−CONHSO−基(スルホニルカルバモイル基、カルボニルスルファモイル基)、−CONHCO−基(カルボニルカルバモイル基)、−SONHSO−基(スルフォニルスルファモイル基)が挙げられる。より具体的には、アルキルカルボニルアミノスルホニル基(例えば、アセチルアミノスルホニル)、アリールカルボニルアミノスルホニル基(例えば、ベンゾイルアミノスルホニル基)、アルキルスルホニルアミノカルボニル基(例えば、メチルスルホニルアミノカルボニル)、アリールスルホニルアミノカルボニル基(例えば、p−メチルフェニルスルホニルアミノカルボニル)が挙げられる。
[環R]
本明細書における環Rとしては、芳香族、又は非芳香族の炭化水素環、又は複素環や、これらが更に組み合わされて形成された多環縮合環が挙げられる。例えば、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、フルオレン環、トリフェニレン環、ナフタセン環、ビフェニル環、ピロール環、フラン環、チオフェン環、イミダゾール環、オキサゾール環、チアゾール環、ピリジン環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、インドリジン環、インドール環、ベンゾフラン環、ベンゾチオフェン環、イソベンゾフラン環、キノリジン環、キノリン環、フタラジン環、ナフチリジン環、キノキサリン環、キノキサゾリン環、イソキノリン環、カルバゾール環、フェナントリジン環、アクリジン環、フェナントロリン環、チアントレン環、クロメン環、キサンテン環、フェノキサチイン環、フェノチアジン環、及びフェナジン環が挙げられる。
一般式(I)で表される化合物は、特開2000−297068号公報に記載の合成方法に準じて製造することができる。
以下に、一般式(I)で表される化合物の具体例を示すが、本発明はこれらに限定されるものではない。なお、下記具体例中、R101、R102は水素原子、アルキル基又はアリール基を表す。
Figure 2012077064
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一般式(I)で表される化合物は、光センサや光電池に用いる光電変換材料として特に有用である。また、他の用途として、着色材料、液晶材料、有機半導体材料、有機発光素子材料、電荷輸送材料、医薬材料、蛍光診断薬材料、等としても用いることができる。
また、上記一般式(I)で表される化合物は、例えば、以下の反応に従って合成することができる。
Figure 2012077064
上記式中、R41〜R46、R401、R402は、前記一般式(IV)におけるR41〜R46、R401、R402と同義である。
なお上記合成例では、一般式(I)で表される化合物のうちZが1,3−ベンゾインダンジオン核である場合を挙げたが、Zが他の構造である場合も上記1,3−ベンゾインダンジオンを別の化合物に変更することで上記と同様に合成することができる。
(分子量)
一般式(I)で表される化合物は、成膜適性の観点から、分子量が300以上1500以下であることが好ましく、350以上1200以下であることがより好ましく、400以上900以下であることが更に好ましい。分子量が300以上であれば、成膜した光電変換膜の膜厚が揮発により減少しにくく、分子量が1500以下であれば蒸着がしやすく、光電変換素子を作製しやすい。
本発明は、前記本発明に係る化合物を含む膜にも関する。
また、本発明は、前記本発明に係る化合物を含む光電変換材料にも関する。
[光電変換素子]
本発明の光電変換素子は、導電性膜、有機光電変換膜、及び透明導電性膜を有する光電変換素子であって、前記有機光電変換膜が前記本発明の化合物と、フラーレン又はフラーレン誘導体とを含む。本発明の光電変換素子の好ましい態様は、導電性膜、有機光電変換膜、及び透明導電性膜がこの順に積層されたものである。有機光電変換膜としては、少なくとも光電変換層を含み、この他に電子ブロッキング層、正孔ブロッキング層を含んでいてもよい。
以下、本発明に係る光電変換素子の好適な実施形態について説明する。
図1に、本発明の光電変換素子の構成例を示す。
図1(a)に示す光電変換素子10aは、下部電極として機能する導電性膜(以下、下部電極とする)11上に、下部電極11上に形成された電子ブロッキング層16Aと、電子ブロッキング層16A上に形成された光電変換層12と、上部電極として機能する透明導電性膜(以下、上部電極とする)15がこの順に積層された構成である。
図1(b)に別の光電変換素子の構成例を示す。図1(b)に示す光電変換素子10bは、下部電極11上に、電子ブロッキング層16Aと、光電変換層12と、正孔ブロッキング層16Bと、上部電極15がこの順に積層された構成である。なお、図1(a)、図1(b)中の電子ブロッキング層、光電変換層、正孔ブロッキング層の積層順は、用途、特性に応じて逆にしても構わない。
これらのような構成では、透明導電性膜を介して有機光電変換膜に光が入射されることが好ましい。
また、これらの光電変換素子を使用する場合には電場を印加することができる。この場合、導電性膜と透明導電性膜が一対の電極とし、この一対の電極間に例えば、1×10―4V/cm以上1×10V/cm以下の電場を印加することができる。
本実施形態に係る光電変換素子を構成する要素について説明する。
(電極)
電極(上部電極(透明導電性膜)15と下部電極(導電性膜)11)は、導電性材料から構成される。導電性材料としては、金属、合金、金属酸化物、電気伝導性化合物、又はこれらの混合物などを用いることができる。
上部電極15から光が入射されるため、上部電極15は検知したい光に対し十分透明である事が必要である。具体的には、アンチモンやフッ素等をドープした酸化錫(ATO、FTO)、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化亜鉛インジウム(IZO)等の導電性金属酸化物、金、銀、クロム、ニッケル等の金属薄膜、更にこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの有機導電性材料、及びこれらとITOとの積層物などが挙げられる。この中で好ましいのは、高導電性、透明性等の点から、透明性導電性金属酸化物である。上部電極15は光電変換層12上に成膜するため、光電変換層12の特性を劣化させることのない方法で成膜される事が好ましい。
下部電極11は、用途に応じて、透明性を持たせる場合と、逆に透明を持たせず光を反射させるような材料を用いる場合等がある。具体的には、アンチモンやフッ素等をドープした酸化錫(ATO、FTO)、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化亜鉛インジウム(IZO)等の導電性金属酸化物、金、銀、クロム、ニッケル、チタン、タングステン、アルミ等の金属及びこれらの金属の酸化物や窒化物などの導電性化合物(一例として窒化チタン(TiN)を挙げる)、更にこれらの金属と導電性金属酸化物との混合物又は積層物、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロールなどの有機導電性材料、及びこれらとITO又は窒化チタンとの積層物などが挙げられる。
電極を形成する方法は特に限定されず、電極材料との適正を考慮して適宜選択することができる。具体的には、印刷方式、コーティング方式等の湿式方式、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法等の物理的方式、CVD、プラズマCVD法等の化学的方式等により形成することができる。
電極の材料がITOの場合、電子ビーム法、スパッタリング法、抵抗加熱蒸着法、化学反応法(ゾル−ゲル法など)、酸化インジウムスズの分散物の塗布などの方法で形成することができる。更に、ITOを用いて作製された膜に、UV−オゾン処理、プラズマ処理などを施すことができる。電極の材料がTiNの場合、反応性スパッタリング法をはじめとする各種の方法が用いられ、更にUV−オゾン処理、プラズマ処理などを施すことができる。
上部電極15はプラズマフリーで作製することが好ましい。プラズマフリーで上部電極15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、上部電極15の成膜中にプラズマが発生しないか、又はプラズマ発生源から基体までの距離が2cm以上、好ましくは10cm以上、更に好ましくは20cm以上であり、基体に到達するプラズマが減ずるような状態を意味する。
上部電極15の成膜中にプラズマが発生しない装置としては、例えば、電子線蒸着装置(EB蒸着装置)やパルスレーザー蒸着装置がある。EB蒸着装置又はパルスレーザー蒸着装置については、沢田豊監修「透明導電膜の新展開」(シーエムシー刊、1999年)、沢田豊監修「透明導電膜の新展開II」(シーエムシー刊、2002年)、日本学術振興会著「透明導電膜の技術」(オーム社、1999年)、及びそれらに付記されている参考文献等に記載されているような装置を用いることができる。以下では、EB蒸着装置を用いて透明電極膜の成膜を行う方法をEB蒸着法と言い、パルスレーザー蒸着装置を用いて透明電極膜の成膜を行う方法をパルスレーザー蒸着法と言う。
プラズマ発生源から基体への距離が2cm以上であって基体へのプラズマの到達が減ずるような状態を実現できる装置(以下、プラズマフリーである成膜装置という)については、例えば、対向ターゲット式スパッタ装置やアークプラズマ蒸着法などが考えられ、それらについては沢田豊監修「透明導電膜の新展開」(シーエムシー刊、1999年)、沢田豊監修「透明導電膜の新展開II」(シーエムシー刊、2002年)、日本学術振興会著「透明導電膜の技術」(オーム社、1999年)、及びそれらに付記されている参考文献等に記載されているような装置を用いることができる。
TCOなどの透明導電膜を上部電極15とした場合、DCショート、あるいはリーク電流増大が生じる場合がある。この原因の一つは、光電変換層12に導入される微細なクラックがTCOなどの緻密な膜によってカバレッジされ、反対側の第一電極膜11との間の導通が増すためと考えられる。そのため、Alなど膜質が比較して劣る電極の場合、リーク電流の増大は生じにくい。上部電極15の膜厚を、光電変換層12の膜厚(すなわち、クラックの深さ)に対して制御する事により、リーク電流の増大を大きく抑制できる。上部電極15の厚みは、光電変換層12厚みの1/5以下、好ましくは1/10以下であるようにする事が望ましい。
通常、導電性膜をある範囲より薄くすると、急激な抵抗値の増加をもたらすが、本実施形態に係る光電変換素子を組み込んだ固体撮像素子では、シート抵抗は、好ましくは100〜10000Ω/□でよく、薄膜化できる膜厚の範囲の自由度は大きい。また、上部電極(透明導電性膜)15は厚みが薄いほど吸収する光の量は少なくなり、一般に光透過率が増す。光透過率の増加は、光電変換層12での光吸収を増大させ、光電変換能を増大させるため、非常に好ましい。薄膜化に伴う、リーク電流の抑制、薄膜の抵抗値の増大、透過率の増加を考慮すると、上部電極15の膜厚は、5〜100nmであることが好ましく、更に好ましくは5〜20nmである事が望ましい。
光電変換素子は有機光電変換膜上に直接、透明導電性薄膜が成膜されたものであることが好ましい。
(光電変換層)
本発明の光電変換素子における光電変換層は紫外可視吸収スペクトルにおいて400nm以上720nm未満に吸収極大を有し、その吸収極大波長のモル吸光係数が10000mol-1・l・cm-1以上で、融点と蒸着温度の差(融点−蒸着温度)の差が31℃以上の化合物を含む。該化合物としては前述の本発明の化合物が挙げられる。該化合物はp型半導体として機能することが好ましい。
[n型有機半導体]
前記有機光電変換膜は一般式(I)で表される化合物以外に更にn型有機半導体を含有することが好ましい。好ましくは、一般式(I)で表される化合物ともに光電変換層12に含まれることが好ましい。
n型有機半導体とは、アクセプター性有機半導体であり、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。更に詳しくは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、フラーレン又はフラーレン誘導体、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5〜7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。
前記n型半導体はフラーレン又はフラーレン誘導体が好ましい。
フラーレンとは、フラーレンC60、フラーレンC70、フラーレンC76、フラーレンC78、フラーレンC80、フラーレンC82、フラーレンC84、フラーレンC90、フラーレンC96、フラーレンC240、フラーレン540、ミックスドフラーレン、フラーレンナノチューブを表し、フラーレン誘導体とはこれらに置換基が付加された化合物のことを表す。置換基としては、アルキル基、アリール基、又は複素環基が好ましい。
フラーレン誘導体としては、特開2007−123707号公報に記載の化合物が好ましい。
また、フラーレン及びフラーレン誘導体としては、日本化学会編 季刊化学総説No.43(1999)、特開平10−167994号公報、特開平11−255508号公報、特開平11−255509号公報、特開2002−241323号公報、特開2003−196881号公報等に記載の化合物を用いることもできる。
フラーレン及びフラーレン誘導体のうち、フラーレンが好ましく、特に、フラーレンC60が好ましい。
有機光電変換膜においては、前記一般式(I)で表される化合物と、フラーレン又はフラーレン誘導体とが混合された状態で形成されるバルクヘテロ構造をなしていることが好ましい。バルクヘテロ構造は光電変換層内でp型有機半導体(一般式(I)で在らされる化合物)とn型有機半導体が混合、分散している膜であり、例えば共蒸着法で形成することができる。へテロ接合構造を含有させることにより、光電変換層のキャリア拡散長が短いという欠点を補い、光電変換層の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、特開2005−303266号公報の[0013]〜[0014]等において詳細に説明されている。
有機光電変換膜における前記一般式(I)で表される化合物に対するフラーレン又はフラーレン誘導体のモル比率(フラーレン又はフラーレン誘導体/一般式(1)で表される化合物)は、0.5以上であることが好ましく、1以上であることがより好ましく、3以上であることが更に好ましい。また、1以上10以下(モル比率)であることがより好ましく、3以上7以下(モル比率)であることが更に好ましい。
(非発光性膜)
有機光電変換膜において、前記一般式(I)で表される化合物と、n型有機半導体とが混合された膜は非発光性膜であり、有機電界発光素子(OLED)とは異なる特徴を有する。非発光性膜とは発光量子効率が1%以下の膜の場合であり、0.5%以下であることがより好ましく、0.1%以下であることが更に好ましい。
有機光電変換膜は、乾式成膜法又は湿式成膜法により成膜することができる。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。好ましくは乾式成膜法であり、真空蒸着法がより好ましい。真空蒸着法により成膜する場合、真空度、蒸着温度等の製造条件は常法に従って設定することができる。
光電変換層の厚みは、10nm以上1000nm以下が好ましく、更に好ましくは50nm以上800nm以下、特に好ましくは100nm以上500nm以下である。10nm以上とすることにより、好適な暗電流抑制効果が得られ、1000nm以下とすることにより、好適な光電変換効率が得られる。
[電荷ブロッキング層:電子ブロッキング層、正孔ブロッキング層]
(電子ブロッキング層)
電子ブロッキング層には、電子供与性有機材料を用いることができる。具体的には、低分子材料では、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−(1,1’−ビフェニル)−4,4’−ジアミン(TPD)や4,4’−ビス[N−(ナフチル)−N−フェニル−アミノ]ビフェニル(α−NPD)等の芳香族ジアミン化合物、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾール、イミダゾール、イミダゾロン、スチルベン誘導体、ピラゾリン誘導体、テトラヒドロイミダゾール、ポリアリールアルカン、ブタジエン、4,4’,4”トリス(N−(3−メチルフェニル)N−フェニルアミノ)トリフェニルアミン(m−MTDATA)、ポルフィン、テトラフェニルポルフィン銅、フタロシアニン、銅フタロシアニン、チタニウムフタロシアニンオキサイド等のポリフィリン化合物、トリアゾール誘導体、オキサジザゾール誘導体、イミダゾール誘導体、ポリアリールアルカン誘導体、ピラゾリン誘導体、ピラゾロン誘導体、フェニレンジアミン誘導体、アニールアミン誘導体、アミノ置換カルコン誘導体、オキサゾール誘導体、スチリルアントラセン誘導体、フルオレノン誘導体、ヒドラゾン誘導体、シラザン誘導体などを用いることができ、高分子材料では、フェニレンビニレン、フルオレン、カルバゾール、インドール、ピレン、ピロール、ピコリン、チオフェン、アセチレン、ジアセチレン等の重合体や、その誘導体を用いることができる。電子供与性化合物でなくとも、十分なホール輸送性を有する化合物であれば用いることは可能である。
具体的には特開2008−72090号公報の[0083]〜[0089]に記載の化合物が好ましい。
電子ブロッキング層は一般式(F−1)で表される化合物を含有することも好ましい。
Figure 2012077064
(一般式(F−1)中、R”11〜R”18、R’11〜R’18はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基を表し、これらは更に置換基を有していてもよい。R”15〜R”18中のいずれか一つは、R’15〜R’18中のいずれか一つと連結し、単結合を形成する。A11及びA12はそれぞれ独立に下記一般式(A−1)で表される基を表し、R”11〜R”14、及びR’11〜R’14中のいずれか一つとして置換する。Yはそれぞれ独立に炭素原子、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、又はケイ素原子を表し、これらは更に置換基を有していてもよい。)
Figure 2012077064
(一般式(A−1)中、Ra〜Raは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、又は複素環基を表し、これらは更に置換基を有していてもよい。*は結合位置を表す。Xaは、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表し、これらは更に置換基を有していてもよい。S11はそれぞれ独立に下記置換基(S11)を示し、Ra〜Ra中のいずれかひとつとして置換する。n’は0〜4の整数を表す。)
Figure 2012077064
(R’〜R’はそれぞれ独立に、水素原子又はアルキル基を表す。)
一般式(F−1)中、R”11〜R”18、R’11〜R’18はそれぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基を表し、これらは更に置換基を有していてもよい。更なる置換基の具体例は後述の置換基Wが挙げられ、好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基であり、より好ましくはハロゲン原子、アルキル基、アリール基、複素環基であり、更に好ましくはフッ素原子、アルキル基、アリール基であり、特に好ましくはアルキル基、アリール基であり、最も好ましくはアルキル基である。
R”11〜R”18、R’11〜R’18として好ましくは、水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、アリール基、複素環基であり、より好ましくは、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜18のアルキル基、炭素数6〜18のアリール基、又は炭素数4〜16の複素環基である。中でも一般式(A−1)で表される置換基がR”12及びR’12にそれぞれ独立に置換することが好ましく、一般式(A−1)で表される置換基がR”12及びR’12にそれぞれ独立に置換し、R”11、R”13〜R”18、R’11、R’13〜R’18が水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜18のアルキル基であることがより好ましく、特に好ましくは一般式(A−1)で表される置換基がR”12及びR’12にそれぞれ独立に置換し、R”11、R”13〜R”18、R’11、R’13〜R’18が水素原子である。
Yはそれぞれ独立に炭素原子、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、ケイ素原子を表し、これらは更に置換基を有していてもよい。すなわち、Yは炭素原子、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、ケイ素原子からなる二価の連結基を表す。このうち−C(R’21)(R’22)−、−Si(R’23)(R’24)−、−N(R’20)−、が好ましく、−C(R’21)(R’22)−、−N(R’20)−、がより好ましく、−C(R’21)(R’22)−が特に好ましい。
前記−C(R’21)(R’22)−において、R’21及びR’22は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基を表す。その更なる置換基の具体例は置換基Wが挙げられる。R’21及び’R22として好ましくは水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、アリール基、複素環基であり、より好ましくは、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜18のアルキル基、炭素数6〜18のアリール基、又は炭素数4〜16の複素環基であり、更に好ましくは水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜18のアルキル基であり、特に好ましくは炭素数1〜18のアルキル基である。
前記−Si(R’23)(R’24)−において、R’23及びR’24は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基を表す。その更なる置換基の具体例は置換基Wが挙げられる。R’23及びR’24として好ましくは水素原子、置換基を有していてもよいアルキル基、アリール基、複素環基であり、より好ましくは、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜18のアルキル基、炭素数6〜18のアリール基、又は炭素数4〜16の複素環基であり、更に好ましくは水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜18のアルキル基であり、特に好ましくは炭素数1〜18のアルキル基である。
前記−N(R’20)−において、R’20は、置換基を有していてもよいアルキル基、アリール基、複素環基を表す。その更なる置換基の具体例は置換基Wが挙げられる。R’20としてより好ましくは、水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜18のアルキル基、炭素数6〜18のアリール基、又は炭素数4〜16の複素環基であり、更に好ましくは水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜18のアルキル基であり、特に好ましくは炭素数1〜18のアルキル基である。
一般式(A−1)におけるRa〜Raは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、置換基を有していてもよいアルキル基、アリール基、複素環基、水酸基、アミノ基、又はメルカプト基を表す。その更なる置換基の具体例は置換基Wが挙げられる。また、これらの置換基は複数が互いに結合して環を形成していてもよい。
Ra〜Raとして好ましくは水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜18のアルキル基、炭素数6〜18のアリール基、炭素数4〜16の複素環基が好ましく、水素原子、炭素数1〜12のアルキル基、炭素数6〜14のアリール基がより好ましく、水素原子、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数6〜10のアリール基が更に好ましい。アルキル基は分岐を有するものであってもよい。
好ましい具体例としては、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、シクロヘキシル基、フェニル基、ナフチル基が挙げられる。
また、Ra及びRaが水素原子又は炭素数1〜6のアルキル基であり、かつRa、Ra、Ra、Ra、Ra、Raは、水素原子である場合が特に好ましい。
Xaは、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表し、これらは更に置換基を有していてもよい。
Xaは、単結合、炭素数1〜12のアルキレン基、炭素数2〜12のアルケニレン基、炭素数6〜14のアリーレン基、炭素数4〜13の複素環基、酸素原子、硫黄原子、炭素数1〜12の炭化水素基(好ましくはアリール基又はアルキル基)を有するイミノ基(例えばフェニルイミノ基、メチルイミノ基、t−ブチルイミノ基)、シリレン基が好ましく、単結合、酸素原子、炭素数1〜6のアルキレン基(例えばメチレン基、1,2−エチレン基、1,1−ジメチルメチレン基)、炭素数2のアルケニレン基(例えば−CH=CH−)、炭素数6〜10のアリーレン基(例えば1,2−フェニレン基、2,3−ナフチレン基)、シリレン基がより好ましく、単結合、酸素原子、炭素数1〜6のアルキレン基(例えばメチレン基、1,2−エチレン基、1,1−ジメチルメチレン基)が更に好ましい。これらの置換基に更に後述する置換基Wを有していてもよい。
一般式(A−1)で表される基の具体例としては、下記N−1〜N−11で例示される基が挙げられる。但し、これらに限定されない。一般式(A−1)で表される基として好ましくはN−1〜N−7であり、N−1〜N−6がより好ましく、N−1〜N−3がより好ましく、N−1〜N−2が特に好ましく、N−1が最も好ましい。
Figure 2012077064
置換基(S11)において、R’は水素原子又はアルキル基を表す。R’として好ましくは、メチル基、エチル基、プロピル基、iso−プロピル基、ブチル基、又はtert−ブチル基であり、より好ましくはメチル基、エチル基、プロピル基、iso−プロピル基、又はtert−ブチル基であり、更に好ましくはメチル基、エチル基、iso−プロピル基、又はtert−ブチル基であり、特に好ましくはメチル基、エチル基、又はtert−ブチル基である。
R’は水素原子又はアルキル基を表す。R’として好ましくは、水素原子、メチル基、エチル基、プロピル基、iso−プロピル基、ブチル基、又はtert−ブチル基であり、更に好ましくは水素原子、メチル基、エチル基、又はプロピル基であり、より好ましくは水素原子、メチル基であり、特に好ましくはメチル基である。
R’は水素原子又はアルキル基を表す。R’として好ましくは水素原子、又はメチル基であり、より好ましくはメチル基である。
また、R’〜R’はそれぞれ互いに結合して環を形成していてもよい。環を形成する場合、環員数は特に限定されないが、好ましくは5又は6員環であり、更に好ましくは6員環である。
11は上記置換基(S11)を示し、Ra1〜Ra8中のいずれかひとつとして置換する。一般式(A−1)におけるRa及びRaのいずれか少なくとも1つがそれぞれ独立に、前記置換基(S11)を表すことが好ましい。
置換基(S11)として好ましくは下記(a)〜(x)を挙げることができ、(a)〜(j)がより好ましく、(a)〜(h)がより好ましく、(a)〜(f)が特に好ましく、更に(a)〜(c)が好ましく、(a)が最も好ましい。
Figure 2012077064
n’はそれぞれ独立に0〜4の整数を表し、0〜3が好ましく、0〜2がより好ましく、1〜2が更に好ましく、2が特に好ましい。
前記一般式(A−1)としては、下記一般式(A−3)で表される基、下記一般式(A−4)で表される基、又は下記一般式(A−5)で表される基でもよい。
Figure 2012077064
(一般式(A−3)〜(A−5)中、Ra33〜Ra38、Ra41、Ra44〜Ra48、Ra51、Ra52、Ra55〜Ra58は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、又はアルキル基を表し、これらは更に置換基を有してもよい。*は結合位置を表す。Xc、Xc、及びXcは、それぞれ独立に、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表し、これらは更に置換基を有してもよい。Z31、Z41、及びZ51は、それぞれ独立に、シクロアルキル環、芳香族炭化水素環、又は芳香族複素環を表し、これらは更に置換基を有してもよい。)
一般式(A−3)〜(A−5)において、Ra33〜Ra38、Ra41、Ra44〜Ra48、Ra51、Ra52、Ra55〜Ra58は、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子(好ましくはフッ素原子、塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子)、又はアルキル基を表す。極性の低い置換基であると正孔の輸送に有利であるという理由から、水素原子、又はアルキル基であることが好ましく、水素原子であることがより好ましい。
Ra33〜Ra38、Ra41、Ra44〜Ra48、Ra51、Ra52、Ra55〜Ra58がアルキル基を表す場合、該アルキル基としては、炭素数1〜18のアルキル基が好ましく、炭素数1〜12のアルキル基がより好ましく、炭素数1〜6のアルキル基が更に好ましい。具体的には、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ヘキシル基、又はシクロヘキシル基が好ましい。
一般式(A−3)〜(A−5)において、Ra33〜Ra38、Ra41、Ra44〜Ra48、Ra51、Ra52、Ra55〜Ra58のうち隣接するもの同士が互いに結合して環を形成してもよい。環としては後述の環Rが挙げられる。該環としては、好ましくは、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピリジン環、ピリミジン環等である。
Xc、Xc、及びXcは、それぞれ独立に、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表す。Xc、Xc、及びXcがアルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表す場合、これらは更に置換基を有していてもよい。該更なる置換基としては、後述の置換基Wが挙げられる。
Xc、Xc、及びXcは、単結合、炭素数1〜12のアルキレン基、炭素数2〜12のアルケニレン基、炭素数6〜14のアリーレン基、炭素数4〜13の複素環基、酸素原子、硫黄原子、炭素数1〜12の炭化水素基(好ましくはアリール基又はアルキル基)を有するイミノ基(例えばフェニルイミノ基、メチルイミノ基、t−ブチルイミノ基)が好ましく、単結合、炭素数1〜6のアルキレン基(例えばメチレン基、1,2−エチレン基、1,1−ジメチルメチレン基)、炭素数2のアルケニレン基(例えば−CH=CH−)、炭素数6〜10のアリーレン基(例えば1,2−フェニレン基、2,3−ナフチレン基)がさらに好ましい。
31、Z41、及びZ51は、それぞれ独立に、シクロアルキル環、芳香族炭化水素環、又は芳香族複素環を表す。一般式(A−3)〜(A−5)において、Z31、Z41、及びZ51はベンゼン環と縮合している。高い素子の耐熱性と高い正孔輸送能が期待できるという理由からZ31、Z41、及びZ51は芳香族炭化水素環であることが好ましい。
なお、電子ブロッキング層は、複数層で構成してもよい。
電子ブロッキング層としては無機材料を用いることもできる。一般的に、無機材料は有機材料よりも誘電率が大きいため、電子ブロッキング層に用いた場合に、光電変換層に電圧が多くかかるようになり、光電変換効率を高くすることができる。電子ブロッキング層となりうる材料としては、酸化カルシウム、酸化クロム、酸化クロム銅、酸化マンガン、酸化コバルト、酸化ニッケル、酸化銅、酸化ガリウム銅、酸化ストロンチウム銅、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化インジウム銅、酸化インジウム銀、酸化イリジウム等がある。電子ブロッキング層が単層の場合にはその層を無機材料からなる層とすることができ、又は、複数層の場合には1つ又は2以上の層を無機材料からなる層とすることができる。
(正孔ブロッキング層)
正孔ブロッキング層には、電子受容性有機材料を用いることができる。
電子受容性材料としては、1,3−ビス(4−tert−ブチルフェニル−1,3,4−オキサジアゾリル)フェニレン(OXD−7)等のオキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、バソクプロイン、バソフェナントロリン、及びこれらの誘導体、トリアゾール化合物、トリス(8−ヒドロキシキノリナート)アルミニウム錯体、ビス(4−メチル−8−キノリナート)アルミニウム錯体、ジスチリルアリーレン誘導体、シロール化合物などを用いることができる。また、電子受容性有機材料でなくとも、十分な電子輸送性を有する材料ならば使用することは可能である。ポルフィリン系化合物や、DCM(4−ジシアノメチレン−2−メチル−6−(4−(ジメチルアミノスチリル))−4Hピラン)等のスチリル系化合物、4Hピラン系化合物を用いることができる。具体的には特開2008−72090号公報の[0073]〜[0078]に記載の化合物が好ましい。
電子ブロッキング層及び正孔ブロッキング層の厚みは、それぞれ、10nm以上200nm以下が好ましく、更に好ましくは30nm以上150nm以下、特に好ましくは50nm以上100nm以下である。この厚みが薄すぎると、暗電流抑制効果が低下してしまい、厚すぎると光電変換効率が低下してしまうためである。また、光電変換素子が電荷ブロッキング層を含むとき、電子ブロッキング層を含んでいることがより好ましい。
[光センサ]
光電変換素子は光電池と光センサに大別できるが、本発明の光電変換素子は光センサに適している。光センサとしては、上記光電変換素子単独で用いたものでもよいし、前記光電変換素子を直線状に配したラインセンサや、平面上に配した2次元センサの形態とすることができる。本発明の光電変換素子は、ラインセンサでは、スキャナー等の様に光学系及び駆動部を用いて光画像情報を電気信号に変換し、2次元センサでは、撮像モジュールのように光画像情報を光学系でセンサ上に結像させ電気信号に変換することで撮像素子として機能する。
光電池は発電装置であるため、光エネルギーを電気エネルギーに変換する効率が重要な性能となるが、暗所での電流である暗電流は機能上は問題にならない。更にカラーフィルタ設置当の後段の加熱工程が必要ない。光センサは明暗信号を高い精度で電気信号に変換することが重要な性能となるため、光量を電流に変換する効率も重要な性能であるが、暗所で信号を出力するとノイズとなるため、低い暗電流が要求される。更に後段の工程に対する耐性も重要である。
[撮像素子]
次に、光電変換素子10aを備えた撮像素子の構成例を説明する。なお、以下に説明する構成例において、すでに説明した部材などと同等な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。
撮像素子とは画像の光情報を電気信号に変換する素子であり、複数の光電変換素子が同一平面状でマトリクス上に配置されており、各々の光電変換素子(画素)において光信号を電気信号に変換し、その電気信号を画素ごとに逐次撮像素子外に出力できるものをいう。そのために、画素ひとつあたり、一つの光電変換素子、一つ以上のトランジスタから構成される。
図2は、本発明の一実施形態を説明するための撮像素子の概略構成を示す断面模式図である。この撮像素子は、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ等の撮像装置、電子内視鏡、携帯電話機等の撮像モジュール等に搭載して用いられる。
この撮像素子は、図1に示したような構成の複数の光電変換素子と、各光電変換素子の光電変換膜で発生した電荷に応じた信号を読み出す読み出し回路が形成された回路基板とを有し、該回路基板上方の同一面上に、複数の光電変換素子が1次元状又は二次元状に配列された構成となっている。
図2に示す撮像素子100は、基板101と、絶縁層102と、接続電極103と、画素電極(下部電極)104と、接続部105と、接続部106と、光電変換膜107と、対向電極(上部電極)108と、緩衝層109と、封止層110と、カラーフィルタ(CF)111と、隔壁112と、遮光層113と、保護層114と、対向電極電圧供給部115と、読出し回路116とを備える。
画素電極104は、図1に示した光電変換素子10aの電極11と同じ機能を有する。対向電極108は、図1に示した光電変換素子10aの電極15と同じ機能を有する。光電変換膜107は、図1に示した光電変換素子10aの電極11及び電極15間に設けられる層と同じ構成である。
基板101は、ガラス基板又はSi等の半導体基板である。基板101上には絶縁層102が形成されている。絶縁層102の表面には複数の画素電極104と複数の接続電極103が形成されている。
光電変換膜107は、複数の画素電極104の上にこれらを覆って設けられた全ての光電変換素子で共通の層である。
対向電極108は、光電変換膜107上に設けられた、全ての光電変換素子で共通の1つの電極である。対向電極108は、光電変換膜107よりも外側に配置された接続電極103の上にまで形成されており、接続電極103と電気的に接続されている。
接続部106は、絶縁層102に埋設されており、接続電極103と対向電極電圧供給部115とを電気的に接続するためのプラグ等である。対向電極電圧供給部115は、基板101に形成され、接続部106及び接続電極103を介して対向電極108に所定の電圧を印加する。対向電極108に印加すべき電圧が撮像素子の電源電圧よりも高い場合は、チャージポンプ等の昇圧回路によって電源電圧を昇圧して上記所定の電圧を供給する。
読出し回路116は、複数の画素電極104の各々に対応して基板101に設けられており、対応する画素電極104で捕集された電荷に応じた信号を読出すものである。読出し回路116は、例えばCCD、CMOS回路、又はTFT回路等で構成されており、絶縁層102内に配置された図示しない遮光層によって遮光されている。読み出し回路116は、それに対応する画素電極104と接続部105を介して電気的に接続されている。
緩衝層109は、対向電極108上に、対向電極108を覆って形成されている。封止層110は、緩衝層109上に、緩衝層109を覆って形成されている。カラーフィルタ111は、封止層110上の各画素電極104と対向する位置に形成されている。隔壁112は、カラーフィルタ111同士の間に設けられており、カラーフィルタ111の光透過効率を向上させるためのものである。
遮光層113は、封止層110上のカラーフィルタ111及び隔壁112を設けた領域以外に形成されており、有効画素領域以外に形成された光電変換膜107に光が入射する事を防止する。保護層114は、カラーフィルタ111、隔壁112、及び遮光層113上に形成されており、撮像素子100全体を保護する。
このように構成された撮像素子100では、光が入射すると、この光が光電変換膜107に入射し、ここで電荷が発生する。発生した電荷のうちの正孔は、画素電極104で捕集され、その量に応じた電圧信号が読み出し回路116によって撮像素子100外部に出力される。
撮像素子100の製造方法は、次の通りである。
対向電極電圧供給部115と読み出し回路116が形成された回路基板上に、接続部105,106、複数の接続電極103、複数の画素電極104、及び絶縁層102を形成する。複数の画素電極104は、絶縁層102の表面に例えば正方格子状に配置する。
次に、複数の画素電極104上に、光電変換膜107を例えば真空加熱蒸着法によって形成する。次に、光電変換膜107上に例えばスパッタ法により対向電極108を真空下で形成する。次に、対向電極108上に緩衝層109、封止層110を順次、例えば真空加熱蒸着法によって形成する。次に、カラーフィルタ111、隔壁112、遮光層113を形成後、保護層114を形成して、撮像素子100を完成する。
撮像素子100の製造方法においても、光電変換膜107に含まれる光電変換層の形成工程と封止層110の形成工程との間に、作製途中の撮像素子100を非真空下に置く工程を追加しても、複数の光電変換素子の性能劣化を防ぐことができる。この工程を追加することで、撮像素子100の性能劣化を防ぎながら、製造コストを抑えることができる。
以下では、上述した撮像素子100の構成要素の封止層110の詳細について説明する。
[封止層]
封止層110としては次の条件が求められる。
第一に、素子の各製造工程において溶液、プラズマなどに含まれる有機の光電変換材料を劣化させる因子の浸入を阻止して光電変換層を保護することが挙げられる。
第二に、素子の製造後に、水分子などの有機の光電変換材料を劣化させる因子の浸入を阻止して、長期間の保存/使用にわたって、光電変換膜107の劣化を防止する。
第三に、封止層110を形成する際は既に形成された光電変換層を劣化させない。
第四に、入射光は封止層110を通じて光電変換膜107に到達するので、光電変換膜107で検知する波長の光に対して封止層110は透明でなくてはならない。
封止層110は、単一材料からなる薄膜で構成することもできるが、多層構成にして各層に別々の機能を付与することで、封止層110全体の応力緩和、製造工程中の発塵等によるクラック、ピンホールなどの欠陥発生の抑制、材料開発の最適化が容易になることなどの効果が期待できる。例えば、封止層110は、水分子などの劣化因子の浸透を阻止する本来の目的を果たす層の上に、その層で達成することが難しい機能を持たせた「封止補助層」を積層した2層構成を形成することができる。3層以上の構成も可能だが、製造コストを勘案するとなるべく層数は少ない方が好ましい。
[原子層堆積法(ALD法)による封止層110の形成]
光電変換材料は水分子などの劣化因子の存在で顕著にその性能が劣化してしまう。そのために、水分子を浸透させない緻密な金属酸化物・金属窒化物・金属窒化酸化物などセラミクスやダイヤモンド状炭素(DLC)などで光電変換膜全体を被覆して封止することが必要である。従来から、酸化アルミニウム、酸化珪素、窒化珪素、窒化酸化珪素やそれらの積層構成、それらと有機高分子の積層構成などを封止層として、各種真空製膜技術で形成されている。もっとも、これら従来の封止層は、基板表面の構造物、基板表面の微小欠陥、基板表面に付着したパーティクルなどによる段差において、薄膜の成長が困難なので(段差が影になるので)平坦部と比べて膜厚が顕著に薄くなる。このために段差部分が劣化因子の浸透する経路になってしまう。この段差を封止層で完全に被覆するには、平坦部において1μm以上の膜厚になるように製膜して、封止層全体を厚くすることが好ましい。
画素寸法が2μm未満、特に1μm程度の撮像素子100において、カラーフィルタ111と光電変換層との距離、すなわち封止層110の膜厚が大きいと、封止層110内で入射光が回折/発散してしまい、混色が発生する。このために、画素寸法が1μm程度の撮像素子100は、封止層110全体の膜厚を減少させても素子性能が劣化しないような封止層材料/製造方法が好ましい。
原子層堆積(ALD)法は、CVD法の一種で、薄膜材料となる有機金属化合物分子、金属ハロゲン化物分子、金属水素化物分子の基板表面への吸着/反応と、それらに含まれる未反応基の分解を、交互に繰返して薄膜を形成する技術である。基板表面へ薄膜材料が到達する際は上記低分子の状態なので、低分子が入り込めるごくわずかな空間さえあれば薄膜が成長可能である。そのために、従来の薄膜形成法では困難であった段差部分を完全に被覆し(段差部分に成長した薄膜の厚さが平坦部分に成長した薄膜の厚さと同じ)、すなわち段差被覆性が非常に優れる。そのため、基板表面の構造物、基板表面の微小欠陥、基板表面に付着したパーティクルなどによる段差を完全に被覆できるので、そのような段差部分が光電変換材料の劣化因子の浸入経路にならない。封止層110の形成を原子層堆積法で行なった場合は従来技術よりも効果的に必要な封止層膜厚を薄くすることが可能になる。
原子層堆積法で封止層110を形成する場合は、先述した封止層110に好ましいセラミクスに対応した材料を適宜選択できる。もっとも、本発明の光電変換膜は光電変換材料を使用するために、光電変換材料が劣化しないような、比較的に低温で薄膜成長が可能な材料に制限される。アルキルアルミニウムやハロゲン化アルミニウムを材料とした原子層堆積法によると、光電変換材料が劣化しない200℃未満で緻密な酸化アルミニウム薄膜を形成することができる。特にトリメチルアルミニウムを使用した場合は100℃程度でも酸化アルミニウム薄膜を形成でき好ましい。酸化珪素や酸化チタンも材料を適切に選択することで酸化アルミニウムと同様に200℃未満で緻密な薄膜を形成することができ好ましい。
(例示化合物(A−1)の合成)
前記一般式(I)におけるDが一般式(III)で表される化合物である、化合物(A−1)は、以下の反応式により製造することができる。
Figure 2012077064
2−iso−プロペニルアニリン(4.10g,30.8mmol)、ビス(ジベンジリデン)パラジウム(Pd(dba))(463mg,0.700mmol)、(±)−BINAP(2,2’−ビス(ジフェニルホスフィノ)−1,1’−ビナフチル)(653mg,1.05mmol)、ナトリウム−tert−ブトキシド(4.03g,42.0mmol)、及び1−ブロモ−4−tert−ブチルベンゼン(5.97g,28.0mmol)をキシレン50mlに溶解させ、窒素雰囲気下6時間沸点還流にて反応させ、収率90%で化合物1を得た。化合物1(6.70g,25.2mmol)を酢酸37ml、塩酸7.5ml混合溶媒中に加え、60℃で30分攪拌し、化合物2を収率82%で得た。化合物2(1.30g,4.90mmol)、酢酸パラジウム((Pd(OAc)))(55.0mg,0.245mmol)、トリ(t−ブチル)ホスフィン(149mg,7.35mmol)、炭酸セシウム(3.19g,9.80mmol)、及び1−ブロモ−4−tert−ブチルベンゼン(1.15g,5.39mmol)をキシレン15mlに溶解させ、窒素雰囲気下6時間沸点還流にて反応させ、収率70%で化合物3を得た。窒素雰囲気下DMF(N,N−ジメチルホルムアミド)25ml中に、化合物3(1.36g,3.43mmol)を加え、攪拌し、臭化ホスホリル(1.97g,6.86mmol)を少量ずつ加える。100℃で1時間攪拌し、化合物18を収率68%で得た。窒素雰囲気下、酢酸9ml中に、化合物4(750mg,1.76mmol)とベンゾインダンジオン(380mg,1.94mmol)を加え、3時間還流した。放冷後、吸引ろ過を行い、N,N−ジメチルアセトアミドで再結晶を行った。吸引ろ過を行うことで、化合物(A−1)を収率57%で得た。化合物の同定はH−NMRによって行った。
H−NMR(400 MHz,in DMSO−d):δ(ppm)=1.29(s,9H),1.43(s,9H),1.80(s,6H),6.11(d,J=8.6Hz,1H),6.20(d,J=8.7Hz,1H),7.09(dd,J=8.7,1.8Hz、1H),7.36(d,J=8.8Hz、2H),7.58(s,1H),7.74−7.78(m,4H),7.84(s,1H),8.13−8.17(m,1H),8.28−8.31(m,2H),8.56(d,J=15.4Hz、2H),36(s,1H).m.p.=341℃,λmax=549nm(in CHCl)(ε=66000mol-1・l・cm-1
(例示化合物(A−2)の合成)
前記一般式(I)におけるDが一般式(III)で表される化合物である、化合物(A−2)は、以下の反応式により製造することができる。
Figure 2012077064
10−ヒドロ−9,9−ジメチルアクリダン(1.00g,478mmol)、酢酸パラジウム(107mg,0.478mmol)、トリ(t−ブチル)ホスフィン(290mg,1.43mmol)、炭酸セシウム(3.9g,12.0mmol)、及び1−ブロモ−4−tert―ブチルベンゼン(1.12g,5.26mmol)をキシレン15mlに溶解させ、窒素雰囲気下6時間沸点還流にて反応させ、収率74%で化合物5を得た。窒素雰囲気下DMF18ml中に、化合物5(1.20g,3.52mmol)を加え、攪拌し、臭化ホスホリル(1.51g,52.8mmol)を少量ずつ加える。100℃で1時間攪拌し、化合物6を収率77%で得た。窒素雰囲気下、酢酸6ml中に、化合物6(500mg,1.35mmol)とベンゾインダンジオン(292mg,1.49mmol)を加え、3時間還流した。放冷後、吸引ろ過を行い、N,N−ジメチルアセトアミドで再結晶を行った。吸引ろ過を行うことで、化合物(A−2)を収率45%で得た。化合物の同定はH−NMRによって行った。
H−NMR(400 MHz,in CDCl):δ(ppm)=1.45(s,9H),1.85(s,6H),6.33−6.37(m,2H),7.00−7.06(m,2H),7.24(s,1H),7.52−7.55(m,1H),7.65−7.68(m,4H),7.90(s,1H),8.04−8.09(m,3H),8.46(d,J=9.0Hz,2H),9.22(s,1H).m.p.=330℃,λmax=534nm(in CHCl)(ε=73000mol-1・l・cm-1
(例示化合物(A−3)の合成)
前記一般式(I)におけるDが一般式(III)で表される化合物である、化合物(A−3)は、以下の反応式により製造することができる。
Figure 2012077064
2−iso−プロペニルアニリン(4.10g,30.8mmol)、酢酸パラジウム(254mg,1.04mmol)、トリ(t−ブチル)ホスフィン(631mg,3.12mmol)、炭酸セシウム(20.1g,61.6mmol)、及び2−ブロモナフタレン(7.02g,33.9mmol)をキシレン50mlに溶解させ、窒素雰囲気下6時間沸点還流にて反応させ、収率78%で化合物7を得た。化合物7(6.22g,24.0mmol)を酢酸35ml、塩酸7ml混合溶媒中に加え、60℃で30分攪拌し、化合物8を収率71%で得た。化合物8(1.10g,4.24mmol)、酢酸パラジウム(95.2mg,0.424mmol)、トリ(t−ブチル)ホスフィン(257mg,1.27mmol)、炭酸セシウム(2.76g,8.48mmol)、及び1−ブロモ−4−tert―ブチルベンゼン(994mg,4.66mmol)をキシレン17mlに溶解させ、窒素雰囲気下7時間沸点還流にて反応させ、収率75%で化合物9を得た。窒素雰囲気下DMF24ml中に、化合物9(1.25g,3.18mmol)を加え、攪拌し、臭化ホスホリル(1.82g,6.36mmol)を少量ずつ加える。100℃で1時間攪拌し、化合物10を収率64%で得た。窒素雰囲気下、酢酸9ml溶媒中に、化合物10(700mg,1.67mmol)とベンゾインダンジオン(361mg,1.84mmol)を加え、3時間還流した。放冷後、吸引ろ過を行い、N,N−ジメチルアセトアミドで再結晶を行った。吸引ろ過を行うことで、化合物(A−3)を収率62%で得た。化合物の同定はH−NMRによって行った。
H−NMR(400 MHz,in CDCl):δ(ppm)=1.48(s,9H),2.45(s,6H),6.19(d,J=8.8Hz,1H),6.54(d,J=8.9Hz,1H),7.22−7.30(m,4H),7.41−7.50(m,2H),7.65−7.69(m,4H),7.89(s,1H).8.00−8.10(m,3H),8.46(d,J=7.6Hz,2H),8.59(d,J=11.5Hz、1H),9.29(s,1H).m.p.=355℃,λmax=559nm(in CHCl)(ε=61000mol-1・l・cm-1
(例示化合物(A−4)の合成)
前記一般式(I)におけるDが一般式(III)で表される化合物である、化合物(A−4)は、以下の反応式により製造することができる。
Figure 2012077064
化合物8(1.10g,4.24mmol)、酢酸パラジウム(95.2mg,0.424mmol)、トリ(t−ブチル)ホスフィン(257mg,1.27mmol)、炭酸セシウム(2.76g,8.48mmol)、及び4−ブロモビフェニル(1.09g,4.66mmol)をキシレン17mlに溶解させ、窒素雰囲気下7時間沸点還流にて反応させ、収率68%で化合物11を得た。窒素雰囲気下DMF22ml中に、化合物11(1.19g,2.88mmol)を加え、攪拌し、臭化ホスホリル(2.06g,mmol)を少量ずつ加える。100℃で1時間攪拌し、化合物12を収率55%で得た。窒素雰囲気下、酢酸9ml溶媒中に、化合物12(600mg,1.37mmol)とベンゾインダンジオン(294mg,1.50mmol)を加え、3時間還流した。放冷後、吸引ろ過を行い、N,N−ジメチルアセトアミドで再結晶を行った。吸引ろ過を行うことで、化合物(A−4)を収率57%で得た。化合物の同定はH−NMRによって行った。
H−NMR(400 MHz,in DMSO−d):δ(ppm)=2.38(s,6H),6.20(d,J=8.8Hz,1H),6.57(d,J=9.1Hz,1H),7.35(t,J=7.4Hz、1H),7.40−7.46(m,1H),7.52−7.59(m,5H),7.63(d,J=9.2Hz,1H),7.77−7.80(m,3H),7.85−7.88(m,3H),8.07(d,J=8.4Hz,2H),8.15−8.17(m,1H),8.28−8.31(m,2H),8.158−8.69(m,3H),9.35(s,1H).m.p.=340℃,λmax=554nm(in CHCl)(ε=63000mol-1・l・cm-1
(例示化合物(A−5)の合成)
前記一般式(I)におけるDが一般式(III)で表される化合物である、化合物(A−5)は、以下の反応式により製造することができる。
Figure 2012077064
化合物2(1.30g,4.90mmol)、酢酸パラジウム(55.0mg,0.245mmol)、トリ(t−ブチル)ホスフィン(149mg,7.35mmol)、炭酸セシウム(3.19g,9.80mmol)、及び2−ブロモナフタレン(1.12g,5.39mmol)をキシレン15mlに溶解させ、窒素雰囲気下6時間沸点還流にて反応させ、収率40%で化合物13を得た。窒素雰囲気下DMF14ml中に、化合物13(760mg,1.94mmol)を加え、攪拌し、臭化ホスホリル(1.18g,4.12mmol)を少量ずつ加える。100℃で1時間攪拌し、化合物14を収率73%で得た。窒素雰囲気下、酢酸6ml中に、化合物14(600mg,1.43mmol)とベンゾインダンジオン(309mg,1.57mmol)を加え、3時間還流した。放冷後、吸引ろ過を行い、N,N−ジメチルアセトアミドで再結晶を行った。吸引ろ過を行うことで、化合物(A−5)を収率52%で得た。化合物の同定はH−NMRによって行った。
H−NMR(400 MHz,in CDCl):δ(ppm)=1.33(s,9H),1.91(s,6H),6.27(d,J=8.6Hz,1H),6.36(d,J=8.7Hz,1H),7.00(dd,J=8.4,1.8Hz、1H),7.40(dd,J=8.4,1.7Hz、1H),7.58−7.67(m,5H),7.87−7.91(m,3H),7.96−8.02(m,2H),8.06−8.08(m,2H),8.15(d,J=8.5Hz,1H),8.46(d,J=11.9Hz、2H),9.29(s,1H).m.p.=303℃,λmax=541nm(in CHCl)(ε=68000mol-1・l・cm-1
(例示化合物(A−6)の合成)
前記一般式(I)におけるDが一般式(III)で表される化合物である、(A−6)は、以下の反応式により製造することができる。
Figure 2012077064
化合物8(1.10g,4.24mmol)、酢酸パラジウム(95.2mg,0.424mmol)、トリ(t−ブチル)ホスフィン(257mg,1.27mmol)、炭酸セシウム(2.76g,8.48mmol)、及び2−ブロモナフタレン(966mg,4.66mmol)をキシレン17mlに溶解させ、窒素雰囲気下7時間沸点還流にて反応させ、収率65%で化合物15を得た。窒素雰囲気下DMF20ml中に、化合物15(1.06g,2.76mmol)を加え、攪拌し、臭化ホスホリル(1.97g,6.90mmol)を少量ずつ加える。100℃で1時間攪拌し、化合物16を収率58%で得た。窒素雰囲気下、トルエン8ml、iso―プロピルアルコール8ml混合溶媒中に、化合物16(400mg,0.967mmol)とベンゾインダンジオン(209mg,1.06mmol)を加え、3時間還流した。放冷後、吸引ろ過を行い、N,N−ジメチルアセトアミドで再結晶を行った。吸引ろ過を行うことで、化合物(A−6)を収率61%で得た。化合物の同定はH−NMRによって行った。
H−NMR(400 MHz,in CDCl):δ(ppm)=2.48(s,6H),6.21(d,J=8.8Hz,1H),6.54(d,J=9.1Hz,1H),7.31(t,J=7.7Hz、1H),7.38−7.43(m,2H),7.48−7.52(m,1H),7.60−7.69(m,5H),7.88−7.94(m,4H),8.03(d,J=8.6Hz,1H),8.07−8.10(m,2H),8.18(d,J=8.6Hz、1H),8.47(d,J=10.5Hz、2H),8.62(d,J=9.0Hz、1H),9.31(s,1H).m.p.=335℃,λmax=555nm(in CHCl)(ε=65000mol-1・l・cm-1
(例示化合物(A−7)の合成)
前記一般式(I)におけるDが一般式(III)で表される化合物である、化合物(A−7)は、以下の反応式により製造することができる。
Figure 2012077064
2−iso−プロペニルアニリン(4.20g,31.5mmol)、酢酸パラジウム(210mg,0.95mmol)、トリ(t−ブチル)ホスフィン(570mg,2.80mmol)、炭酸セシウム(20.5g,62.9mmol)、及び6−ブロモ−2−ナフトエ酸メチル(8.35g,31.5mmol)をキシレン50mlに溶解させ、窒素雰囲気下5時間沸点還流にて反応させ、収率78%で化合物17を得た。化合物17(7.80g,24.6mmol)を酢酸40ml、塩酸8ml混合溶媒中に加え、60℃で30分攪拌し、化合物18を収率82%で得た。化合物18(1.00g,3.15mmol)、酢酸パラジウム(70.7mg,0.315mmol)、トリ(t−ブチル)ホスフィン(191mg,0.945mmol)、炭酸セシウム(2.05g,6.30mmol)、及び1−ブロモ−4−tert―ブチルベンゼン(671mg,3.15mmol)をキシレン15mlに溶解させ、窒素雰囲気下7時間沸点還流にて反応させ、収率95%で化合物19を得た。窒素雰囲気下THF13ml中に、二水素化ビス(2−メトキシエトキシ)アルミニウムナトリウム70%トルエン溶液(5.37ml,18.6mmol)を加え、0℃に冷却する。N−メチルピペラジン(2.01g,20.1mmol)を滴下し、30分攪拌し、還元剤溶液を調整する。窒素雰囲気下−40℃にて、化合物19(1.35g,3.00mmol)のTHF20ml溶液に、還元剤溶液を滴下する。反応溶液を−20℃で4時間攪拌した後、希塩酸で反応を停止し、化合物20を収率81%で得た。窒素雰囲気下、酢酸9ml溶媒中に、化合物20(700mg,1.67mmol)とベンゾインダンジオン(361mg,1.84mmol)を加え、3時間還流した。放冷後、吸引ろ過を行い、N,N−ジメチルアセトアミドで再結晶を行った。吸引ろ過を行うことで、化合物(A−7)を収率51%で得た。化合物の同定はH−NMRによって行った。H−NMR(400 MHz,in CDCl):δ(ppm)=1.45(s,9H),2.31(s,6H),6.09(d,J=8.6Hz,1H),6.53(d,J=8.7Hz,1H),6.89−6.98(m,2H),7.22(d,J=8.7Hz,2H),7.48−7.56(m,2H),7.63−7.72(m,4H),8.04−8.12(m,3H),8.47−8.57(m,3H),8.69−8.73(m,1H),8.79(s,1H).m.p.=335℃,λmax=568nm(in CHCl)(ε=53000mol-1・l・cm-1
(例示化合物(A−8)の合成)
前記一般式(I)におけるDが一般式(III)で表される化合物である、化合物(A−8)は、以下の反応式により製造することができる。
Figure 2012077064
窒素雰囲気下、酢酸5ml溶媒中に、化合物20(700mg,1.67mmol)とインダンジオン(361mg,1.84mmol)を加え、3時間還流した。放冷後、吸引ろ過を行い、N,N−ジメチルアセトアミドで再結晶を行った。吸引ろ過を行うことで、化合物(A−8)を収率53%で得た。化合物の同定はH−NMRによって行った。
H−NMR(400 MHz,in CDCl):δ(ppm)=1.45(s,9H),2.32(s,6H),6.10(d,J=8.6Hz,1H),6.53(d,J=8.7Hz,1H),6.89−6.98(m,2H),7.21(d,J=8.7Hz,2H),7.48−7.55(m,2H),7.65(d,J=8.6Hz,2H),7.77−7.81(m,2H),7.95−8.04(m,3H),8.53(d,J=8.6Hz,1H),8.62−8.67(m,1H),8.70(s,1H).m.p.=319℃,λmax=536nm(in CHCl)(ε=44000mol-1・l・cm-1
(例示化合物(A−9)の合成)
前記一般式(I)におけるDが一般式(III)で表される化合物である、化合物(A−9)は、以下の反応式により製造することができる。
Figure 2012077064
化合物18(1.00g,3.15mmol)、酢酸パラジウム(70.7mg,0.315mmol)、トリ(t−ブチル)ホスフィン(191mg,0.945mmol)、炭酸セシウム(2.05g,6.30mmol)、及び1−ブロモナフタレン(717mg,3.47mmol)をキシレン15mlに溶解させ、窒素雰囲気下7時間沸点還流にて反応させ、収率97%で化合物21を得た。窒素雰囲気下THF13ml中に、二水素化ビス(2−メトキシエトキシ)アルミニウムナトリウム(SMEAH)70%トルエン溶液(5.37ml,18.6mmol)を加え、0℃に冷却する。N−メチルピペラジン(2.01g,20.1mmol)を滴下し、30分攪拌し、還元剤溶液を調整する。窒素雰囲気下−40℃にて、化合物21(1.33g,3.00mmol)のTHF20ml溶液に、還元剤溶液を滴下する。反応溶液をー20℃で4時間攪拌した後、希塩酸で反応を停止し、化合物22を収率59%で得た。窒素雰囲気下、酢酸9ml溶媒中に、化合物22(500mg,1.21mmol)とベンゾインダンジオン(260mg,1.33mmol)を加え、3時間還流した。放冷後、吸引ろ過を行い、N,N−ジメチルアセトアミドで再結晶を行った。吸引ろ過を行うことで、化合物(A−9)を収率41%で得た。化合物の同定はH−NMRによって行った。
H−NMRによって行った。H−NMR(400MHz,in CDCl):δ(ppm)=1.55(s,9H),2.40(s,3H),2.43(s,3H),5.91(d,J=8.8Hz,1H),6.37(d,J=8.9Hz,1H),6.69(t,J=8.8Hz,1H),6.95(t,J=8.6Hz,1H),7.40−7.48(m,2H),7.52−7.59(m,3H),7.66−7.79(m,4H),8.00−8.11(m,5H),8.50(s,2H).8.60(d,J=8.9Hz,1H),8.72(d,J=8.9Hz,1H),8.77(s,1H).m.p.=356℃,λmax=560nm(in CHCl)(ε=48000mol-1・l・cm-1
(例示化合物(A−10)の合成)
化合物(A−10)は、特開2000−297068号公報に記載の方法にて製造することができる。
(例示化合物(A−11)の合成)
化合物(A−11)は、以下の反応式により製造することができる。
Figure 2012077064
3,5−ジ−tert−ブチルアニリン(3.00g,14.6mmol)、酢酸パラジウム(164mg,0.730mmol)、トリフェニルホスフィン(574mg,2.19mmol)、炭酸セシウム(9.51g,29.2mmol)、及び2−ブロモナフタレン(3.02g,14.6mmol)をキシレン30mlに溶解させ、窒素雰囲気下7時間沸点還流にて反応させ、収率88%で化合物23を得た。化合物23(4.24g,12.8mmol)、酢酸パラジウム(144mg,0.640mmol)、トリフェニルホスフィン(504mg,1.92mmol)、炭酸セシウム(8.34g,25.6mmol)、及び6−ブロモ−2−ナフトエ酸メチル(3.39g,12.8mmol)をキシレン26mlに溶解させ、窒素雰囲気下10時間沸点還流にて反応させ、収率79%で化合物24を得た。窒素雰囲気下THF43ml中に、二水素化ビス(2−メトキシエトキシ)アルミニウムナトリウム(SMEAH)70%トルエン溶液(17.9ml,62.0mmol)を加え、0℃に冷却する。N−メチルピペラジン(6.70g,67.0mmol)を滴下し、30分攪拌し、還元剤溶液を調整する。窒素雰囲気下−40℃にて、化合物24(5.16g,10.0mmol)のTHF60ml溶液に、還元剤溶液を滴下する。反応溶液を−20℃で4時間攪拌した後、希塩酸で反応を停止し、化合物25を収率69%で得た。窒素雰囲気下、酢酸45ml溶媒中に、化合物25(3.00g,6.18mmol)とベンゾインダンジオン(1.21g,6.80mmol)を加え、3時間還流した。放冷後、吸引ろ過を行い、N,N−ジメチルアセトアミドで再結晶を行った。吸引ろ過を行うことで、化合物(A−11)を収率63%で得た。化合物の同定はH−NMRによって行った。
H−NMR(400MHz,in CDCl):δ(ppm)=1.21(s,9H),1.22(s,9H),7.09(s,2H),7.23−7.26(m,1H),7.34−7.40(m,3H),7.40−7.48(m,2H),7.58−7.62(m,2H),7.65−7.71(m,3H),7.79−7.88(m,3H),8.10−8.13(m,3H),8.51(d,J=3.7Hz,2H),8.59(dd,J=8.8,1.8Hz,1H),9.01(sd,1H),m.p.=299℃,λmax=559nm(in CHCl)(ε=52000mol-1・l・cm-1
(例示化合物(A−12)の合成)
化合物(A−12)は、以下の反応式により製造することができる。
Figure 2012077064
3,5−ジ−tert−ブチルアニリン(3.00g,14.6mmol)、酢酸パラジウム(164mg,0.730mmol)、トリフェニルホスフィン(574mg,2.19mmol)、炭酸セシウム(9.51g,29.2mmol)、及び1−ブロモナフタレン(3.02g,14.6mmol)をキシレン30mlに溶解させ、窒素雰囲気下7時間沸点還流にて反応させ、収率80%で化合物26を得た。化合物26(3.88g,11.7mmol)、酢酸パラジウム(131mg,0.585mmol)、トリフェニルホスフィン(462mg,1.76mmol)、炭酸セシウム(7.62g,23.4mmol)、及び6−ブロモ−2−ナフトエ酸メチル(3.10g,11.7mmol)をキシレン24mlに溶解させ、窒素雰囲気下10時間沸点還流にて反応させ、収率71%で化合物27を得た。窒素雰囲気下THF22ml中に、二水素化ビス(2−メトキシエトキシ)アルミニウムナトリウム(SMEAH)70%トルエン溶液(8.95ml,31.0mmol)を加え、0℃に冷却する。N−メチルピペラジン(3.35g,33.5mmol)を滴下し、30分攪拌し、還元剤溶液を調整する。窒素雰囲気下−40℃にて、化合物27(2.58g,5.00mmol)のTHF30ml溶液に、還元剤溶液を滴下する。反応溶液を−20℃で4時間攪拌した後、希塩酸で反応を停止し、化合物28を収率70%で得た。窒素雰囲気下、酢酸14ml溶媒中に、化合物28(971mg,2.00mmol)とベンゾインダンジオン(432mg,2.20mmol)を加え、3時間還流した。放冷後、吸引ろ過を行い、N,N−ジメチルアセトアミドで再結晶を行った。吸引ろ過を行うことで、化合物(A−12)を収率61%で得た。化合物の同定はH−NMRによって行った。
H−NMR(400MHz,in CDCl):δ(ppm)=1.24(s,18H),7.04−7.05(m,1H),7.10(d,J=1.6Hz,2H),7.18−7.24(m,2H),7.34−7.38(m,1H),7.44(d,J=7.4Hz,1H),7.46−7.56(m,3H),7.67−7.70(m,2H),7.80(d,J=9.1Hz,1H),7.86(d,J=8.2Hz,1H),7.94(d,J=9.1Hz,2H),8.08−8.12(m,3H),8.50(d,J=4.0Hz,2H),8.52−8.55(m,1H),8.97(s,1H).m.p.=310℃,λmax=546nm(in CHCl)(ε=52000mol-1・l・cm-1
(例示化合物(A−13)の合成)
前記一般式(I)におけるDが一般式(III)で表される化合物である、化合物(A−13)は、以下の反応式により製造することができる。
Figure 2012077064
化合物18(1.00g,3.15mmol)、酢酸パラジウム(70.7mg,0.315mmol)、トリ(t−ブチル)ホスフィン(191mg,0.945mmol)、炭酸セシウム(2.05g,6.30mmol)、及び5−ブロモ−m−キシレン(642mg,3.47mmol)をキシレン15mlに溶解させ、窒素雰囲気下7時間沸点還流にて反応させ、収率96%で化合物29を得た。窒素雰囲気下THF13ml中に、二水素化ビス(2−メトキシエトキシ)アルミニウムナトリウム(SMEAH)70%トルエン溶液(5.37ml,18.6mmol)を加え、0℃に冷却する。N−メチルピペラジン(2.01g,20.1mmol)を滴下し、30分攪拌し、還元剤溶液を調整する。窒素雰囲気下−40℃にて、化合物29(1.26g,3.00mmol)のTHF20ml溶液に、還元剤溶液を滴下する。反応溶液を−20℃で4時間攪拌した後、希塩酸で反応を停止し、化合物30を収率65%で得た。窒素雰囲気下、酢酸15ml溶媒中に、化合物30(763mg,1.95mmol)とベンゾインダンジオン(421mg,2.15mmol)を加え、3時間還流した。放冷後、吸引ろ過を行い、N,N−ジメチルアセトアミドで再結晶を行った。吸引ろ過を行うことで、化合物(A−13)を収率42%で得た。化合物の同定はH−NMRによって行った。
H−NMR(400MHz,in CDCl):δ(ppm)=1.58(s,6H),2.30(s,3H),2.41(s,3H),6.14(d,J=8.8Hz,1H),6.59(d,J=9.8Hz,1H),6.90−6.99(m,4H),7.18(s,1H),7.45−7.51(m,1H),7.56(d,J=9.5Hz,1H),7.68−7.72(m,2H)8.07(s,1H),8.10−8.15(m,2H),8.50(s,2H),8.55(d,J=8.7Hz,1H),8.68−8.71(m,1H),8.82(s,1H).m.p.=331℃,λmax=569nm(in CHCl)(ε=52000mol-1・l・cm-1
(例示化合物(A−14)の合成)
前記一般式(I)におけるDが一般式(III)で表される化合物である、化合物(A−14)は、以下の反応式により製造することができる。
Figure 2012077064
化合物18(1.00g,3.15mmol)、酢酸パラジウム(70.7mg,0.315mmol)、トリ(t−ブチル)ホスフィン(191mg,0.945mmol)、炭酸セシウム(2.05g,6.30mmol)、及びブロモベンゼン(645mg,3.47mmol)をキシレン15mlに溶解させ、窒素雰囲気下7時間沸点還流にて反応させ、収率89%で化合物31を得た。窒素雰囲気下THF12ml中に、二水素化ビス(2−メトキシエトキシ)アルミニウムナトリウム(SMEAH)70%トルエン溶液(5.01ml,17.4mmol)を加え、0℃に冷却する。N−メチルピペラジン(1.88g,18.8mmol)を滴下し、30分攪拌し、還元剤溶液を調整する。窒素雰囲気下−40℃にて、化合物31(1.18g,2.80mmol)のTHF19ml溶液に、還元剤溶液を滴下する。反応溶液を−20℃で4時間攪拌した後、希塩酸で反応を停止し、化合物32を収率70%で得た。窒素雰囲気下、酢酸15ml溶媒中に、化合物32(712mg,1.96mmol)とベンゾインダンジオン(423mg,2.16mmol)を加え、3時間還流した。放冷後、吸引ろ過を行い、N,N−ジメチルアセトアミドで再結晶を行った。吸引ろ過を行うことで、化合物(A−14)を収率55%で得た。化合物の同定はH−NMRによって行った。
H−NMR(400MHz,in CDCl):δ(ppm)=2.34(s,6H),6.10(d,J=8.6Hz,1H),6.52(d,J=9.6Hz,1H),6.89−7.00(m,4H),7.32(d,J=8.5Hz,2H),7.48−7.59(m,3H),7.64−7.70(m,4H),8.07(s,1H),8.08−8.13(m,2H),8.51(s,2H),8.56(d,J=8.5Hz,1H),8.68−8.71(m,1H),8.80(s,1H).m.p.=328℃,λmax=563nm(in CHCl)(ε=56000mol-1・l・cm-1
(例示化合物(A−15)の合成)
前記一般式(I)におけるDが一般式(III)で表される化合物である、化合物(A−15)は、以下の反応式により製造することができる。
Figure 2012077064
化合物18(1.00g,3.15mmol)、酢酸パラジウム(70.7mg,0.315mmol)、トリ(t−ブチル)ホスフィン(191mg,0.945mmol)、炭酸セシウム(2.05g,6.30mmol)、及びo−ブロモトルエン(593mg,3.47mmol)をキシレン15mlに溶解させ、窒素雰囲気下7時間沸点還流にて反応させ、収率72%で化合物33を得た。窒素雰囲気下THF10ml中に、二水素化ビス(2−メトキシエトキシ)アルミニウムナトリウム(SMEAH)70%トルエン溶液(4.06ml,14.1mmol)を加え、0℃に冷却する。N−メチルピペラジン(1.52g,15.2mmol)を滴下し、30分攪拌し、還元剤溶液を調整する。窒素雰囲気下−40℃にて、化合物33(924mg,2.27mmol)のTHF15ml溶液に、還元剤溶液を滴下する。反応溶液を−20℃で4時間攪拌した後、希塩酸で反応を停止し、化合物34を収率63%で得た。窒素雰囲気下、酢酸10ml溶媒中に、化合物22(540mg,1.43mmol)とベンゾインダンジオン(308mg,1.57mmol)を加え、3時間還流した。放冷後、吸引ろ過を行い、N,N−ジメチルアセトアミドで再結晶を行った。吸引ろ過を行うことで、化合物(A−15)を収率40%で得た。化合物の同定はH−NMRによって行った。
H−NMR(400MHz,in CDCl):δ(ppm)=2.10(s,3H),2.30(s,3H),2.34(s,3H),6.00(d,J=8.5Hz,1H),6.46(d,J=8.7Hz,1H),6.89−6.99(m,2H),7.23−7.26(m,1H),7.45−7.53(m,4H),7.57(d,J=8.8Hz,1H),7.68−7.71(m,2H),8.06(s,1H),8.09−8.13(m,2H),8.50(s,2H).8.58(d,J=8.9Hz,1H),8.70(m,1H),8.82(s,1H).m.p.=286℃,λmax=564nm(in CHCl)(ε=53000mol-1・l・cm-1
(例示化合物(A−16)の合成)
前記一般式(I)におけるDが一般式(III)で表される化合物である、化合物(A−16)は、以下の反応式により製造することができる。
Figure 2012077064
2−iso−プロペニルアニリン(4.20g,31.5mmol)、酢酸パラジウム(210mg,0.95mmol)、トリ(t−ブチル)ホスフィン(570mg,2.80mmol)、炭酸セシウム(20.5g,62.9mmol)、及び2−ブロモ−9,9−ジメチルフルオレン(11.1g,31.5mmol)をキシレン50mlに溶解させ、窒素雰囲気下5時間沸点還流にて反応させ、収率73%で化合物35を得た。化合物35(7.48g,23.0mmol)を酢酸35ml、塩酸7ml混合溶媒中に加え、60℃で30分攪拌し、化合物36を収率81%で得た。化合物36(3.25g,10.0mmol)、酢酸パラジウム(112mg,0.500mmol)、トリ(t−ブチル)ホスフィン(303mg,1.50mmol)、炭酸セシウム(6.52g,20.0mmol)、及びブロモベンゼン(1.73g,11.0mmol)をキシレン40mlに溶解させ、窒素雰囲気下7時間沸点還流にて反応させ、収率75%で化合物37を得た。窒素雰囲気下DMF38ml中に、化合物37(2.01g,5.00mmol)を加え、攪拌し、臭化ホスホリル(3.58g,12.5mmol)を少量ずつ加える。100℃で1時間攪拌し、化合物38を収率66%で得た。窒素雰囲気下、酢酸18ml溶媒中に、化合物10(1.42g,3.30mmol)とベンゾインダンジオン(712mg,3.63mmol)を加え、3時間還流した。放冷後、吸引ろ過を行い、N,N−ジメチルアセトアミドで再結晶を行った。吸引ろ過を行うことで、化合物(A−16)を収率65%で得た。化合物の同定はH−NMRによって行った。
H−NMR(400MHz,in CDCl):δ(ppm)=1.29(s,6H),1.94(s,6H),6.32(s,1H),6.36(d,J=8.4Hz,1H),7.23−7.26(m,1H),7.31−7.42(m,4H),7.61−7.76(m,6H),7.89(d,J=14.0Hz,2H),8.04−8.10(m,3H),8.47(d,J=13.9Hz,2H),9.28(s,1H).m.p.=332℃,λmax=553nm(in CHCl)(ε=62000mol-1・l・cm-1
(例示化合物(A−17)の合成)
前記一般式(I)におけるDが一般式(III)で表される化合物である、化合物(A−17)は、以下の反応式により製造することができる。
Figure 2012077064
化合物39は、Org.Lett.2009,11,1−4.に記載の方法で合成した。化合物39(400mg,1.09mmol)を脱水N,N−ジメチルホルムアミド(4ml)に溶解させ、これにトリフルオロメタンスルホン酸無水物(0.3ml)を滴下した。窒素雰囲気下90℃に加熱し一時間攪拌して化合物40を収率94%で得た。窒素雰囲気下、2−プロパノール(7ml)溶媒中に、化合物40(400mg,1.02mmol)とベンゾインダンジオン(220mg,1.12mmol)を加え、3時間還流した。放冷後、吸引ろ過を行い、テトラヒドロフランで再結晶を行った。吸引ろ過を行うことで、化合物(A−17)を収率43%で得た。化合物の同定はH−NMRによって行った。
H−NMR(400MHz,in CDCl):δ(ppm)=1.70(s,6H),1.76(s,1H),7.24(t,J=11Hz,4H),7.43−7.49(m,4H),7.67−7.70(m,2H),8.00(s,1H),8.08−8.12(m,2H),8.51(d,J=15.0Hz,2H),8.82(s,2H).m.p.=283℃,λmax=569nm(in CHCl)(ε=58000mol-1・l・cm-1
(例示化合物(A−18)の合成)
化合物(A−17)の合成法のベンゾインダンジオンを、インダンジオンに変更すること以外は化合物(A−17)の合成法と同様に、化合物(A−18)を合成した。化合物の同定はH−NMRによって行った。
H−NMR(400MHz,in CDCl):δ(ppm)=1.68(s,6H),1.74(s,12H),7.24(t,J=12Hz,2H),7.43−7.48(m,4H),7.78−7.81(m,2H),7.90(s,1H),7.97−8.06(m,2H),8.72(s,2H).m.p.=248℃,λmax=536nm(in CHCl)(ε=49000mol-1・l・cm-1
(例示化合物(A−19)の合成)
前記一般式(I)におけるDが一般式(III)で表される化合物である、化合物(A−19)は、以下の反応式により製造することができる。
Figure 2012077064
イソプロペニルアニリン、オルトヨード安息香酸メチル、酢酸パラジウム(、トリ(t−ブチル)ホスフィン、炭酸セシウムをキシレン50mlに溶解させ、窒素雰囲気下5時間還流にて反応させ、収率78%で化合物41を得た。化合物41を酢酸、濃塩酸混合溶媒中に加え、60℃で1時間攪拌し、化合物42を収率82%で得た。化合物42、パラジブロモベンゼン、銅粉末、ヨウ化銅、炭酸カリウムをジフェニルエーテルに添加し、5時間還流することで化合物43を収率76%で得た。化合物43を脱水テトラヒドロフランに溶解させ、3Mメチルグリニャール試薬(エチルエーテル溶液)を滴下した。その後、還流温度まで加熱し、1時間攪拌することで化合物44を収率95%で得た。化合物44をりん酸に添加し、90℃で2時間攪拌することで化合物45を収率45%で得た。化合物45を脱水テトラヒドロフランに溶解させ、ドライアイスバスを用いて−40℃に冷却した後、n−ブチルリチウム(1.6M in Hexane)を滴下し、15分間攪拌した。これに脱水N,N−ジメチルホルムアミドを滴下し、ドライアイスバスを取り除いた。1M希塩酸を加えることで化合物46を収率68%で得た。窒素雰囲気下、2−プロパノール溶媒中に、化合物46とベンゾインダンジオンを加え、3時間還流した。放冷後、吸引ろ過を行い、テトラヒドロフランで再結晶を行った。吸引ろ過を行うことで、化合物(A−19)を得た。化合物の同定はH−NMRによって行った。
H−NMR(400MHz,in CDCl):δ(ppm)=1.25(s,3H),1.33(s,3H),1.95(s,3H),2.15(s,3H),7.20−7.30(m,2H),7.38−7.46(m,2H),7.56−7.72(m,6H),8.02(s,1H),8.10−8.15(m,2H),8.37(d,J=15.0Hz,1H),8.52(d,J=15.0Hz,2H),9.17(s,1H).
(例示化合物(A−20)の合成)
化合物(A−19)の合成法のベンゾインダンジオンを、インダンジオンに変更すること以外は化合物(A−19)の合成法と同様に、化合物(A−20)を合成した。
(例示化合物(A−21)の合成)
前記一般式(I)におけるDが一般式(III)で表される化合物である、化合物(A−21)は、以下の反応式により製造することができる。
Figure 2012077064
化合物47は、Chemishe Berichte 1980,113,358−384.に記載の方法で合成した。化合物47を1,2−ジクロロエタンに溶解させ、氷浴で冷却した後、塩化アルミとt−ブチルクロリドを添加した。この反応液を60℃に加熱し、1時間攪拌することで化合物48を収率80%で得た。化合物48とオルトヨード安息香酸メチルをジフェニルエーテルに溶解させ、これに銅粉末、ヨウ化銅、炭酸カリウムを添加し、窒素雰囲気下180℃に過熱して4時間半攪拌することで、化合物49を収率86%で得た。化合物49を脱水テトラヒドロフランに溶解させ、これに3Mメチルグリニャール試薬(エチルエーテル溶液)を滴下した。その後、還流温度まで加熱し、1時間攪拌することで化合物50を収率95%で得た。化合物50をりん酸に添加し、90℃で2時間攪拌することで化合物51を収率40%で得た。化合物51を脱水N,N−ジメチルホルムアミドに溶解させ、これにトリフルオロメタンスルホン酸無水物を滴下した。窒素雰囲気下90℃に加熱し1時間攪拌して化合物52を収率80%で得た。窒素雰囲気下、2−プロパノール溶媒中に、化合物52とベンゾインダンジオンを加え、3時間還流した。放冷後、吸引ろ過を行い、テトラヒドロフランで再結晶を行った。吸引ろ過を行うことで、化合物(A−21)を収率45%で得た。化合物の同定はH−NMRによって行った。
H−NMR(400MHz,in CDCl):δ(ppm)=1.25(s,3H),1.30(s,3H),1.40(s,18H),1.97(s,3H),2.14(s,3H),7.25−7.30(m,2H),7.42(d,J=16.0Hz,2H),7.49(d,J=15.0Hz,1H),7.57(m,1H),7.64−7.72(m,3H),8.00(s,1H),8.07−8.13(m,2H),8.37(d,J=15.0Hz,1H),8.50(d,J=15.0Hz,2H),9.15(s,1H).
(例示化合物(A−22)の合成)
化合物(A−21)の合成法のベンゾインダンジオンを、インダンジオンに変更すること以外は化合物(A−21)の合成法と同様に、化合物(A−22)を合成した。
(例示化合物(A−23)の合成)
前記一般式(I)におけるDが一般式(III)で表される化合物である、化合物(A−23)は、以下の反応式により製造することができる。
Figure 2012077064
化合物42、2,6−ジブロモナフタレン、銅粉末、ヨウ化銅、炭酸カリウムをジフェニルエーテルに添加し、5時間還流することで化合物53を収率67%で得た。化合物53を脱水テトラヒドロフランに溶解させ、3Mメチルグリニャール試薬(エチルエーテル溶液)を滴下した。その後、還流温度まで加熱し、1時間攪拌することで化合物54を収率90%で得た。化合物54をりん酸に添加し、90℃で2時間攪拌することで化合物55を収率60%で得た。化合物45を脱水テトラヒドロフランに溶解させ、ドライアイスバスを用いて−40℃に冷却した後、n−ブチルリチウム(1.6M in Hexane)を滴下し、15分間攪拌した。これに脱水N,N−ジメチルホルムアミドを滴下し、ドライアイスバスを取り除いた。1M希塩酸を加えることで化合物46を収率71%で得た。窒素雰囲気下、2−プロパノール溶媒中に、化合物46とベンゾインダンジオンを加え、3時間還流した。放冷後、吸引ろ過を行い、テトラヒドロフランで再結晶を行った。吸引ろ過を行うことで、化合物(A−23)を収率53%で得た。
(例示化合物(A−24)の合成)
前記一般式(I)におけるDが一般式(III)で表される化合物である、化合物(A−24)は、以下の反応式により製造することができる。
Figure 2012077064
化合物57は、Org.Lett.2009,11,1−4.に記載の方法で合成した。化合物58は化合物(A−17)の合成法と同様にして、化合物(A−24)を合成した。
<融点の測定>
化合物(A−1)の融点(m.p.)を、エスアイアイ・ナノテクノロジー社製TG/DTA 6200 AST−2を用いて測定したところ、341℃であった。
その他の化合物についても同様に融点を測定した。結果は表1に記載した。
<蒸着温度の測定>
化合物(A−1)の蒸着温度は、4×10−4Pa以下の真空度でるつぼを加熱し、蒸着速度が0.4Å/s(0.4×10−10m/s)に到達した温度とした。
その他の化合物についても同様に蒸着温度を測定した。結果は表1に記載した。
<紫外可視吸収スペクトル、及びモル吸光係数の測定>
化合物(A−1)の吸収スペクトル(クロロホルム溶液)を、島津製作所社製UV−2550を用いて測定したところ、ピーク波長(UV/vis吸収極大波長、λmax)は549nmであり、この波長でのモル吸光係数(ε)は66000mol-1・l・cm-1であった。
その他の化合物についても同様に極大吸収波長、及びモル吸光係数を測定した。結果は表1に記載した。
Figure 2012077064
<光電変換素子の作製>
[実施例1−1]
図2の形態の、光電変換素子を含む固体撮像素子を作製した。ここで、光電変換素子は、下部電極104、光電変換膜107、及び上部電極108からなり、光電変換膜107として光電変換層と電子ブロッキング層とを含む有機光電変換膜を形成した。すなわち、ガラス基板上に、アモルファス性ITO 30nmをスパッタ法により成膜後、下部電極とし、化合物(B−1)100nmを真空加熱蒸着法により成膜し、電子ブロッキング層を形成した。更にその上に、化合物(A−1)とフラーレン(C60)をそれぞれ単層換算で100nm、300nmとなるように共蒸着した層を真空加熱蒸着により25℃に基板の温度を制御した状態で成膜して、光電変換層を形成した。更に、上部電極としてスパッタ法によりアモルファス性ITOを10nm成膜して透明電極(上部電極)とすることにより、固体撮像素子を作製した。上部電極上には、封止層として加熱蒸着によるSiO膜形成後、その上にALD法により酸化アルミニウム層を形成した(1stバッチ)。1stバッチの素子を作成後、るつぼ内の材料(電子ブロッキング層材料、化合物(A−1)、C60)を入れ替えることなく、1stバッチと同様の素子構成、膜厚で、2ndバッチを作製した。2ndバッチを作製後、るつぼ内に残った化合物(A−1)をTHF(テトラヒドロフラン)に溶解させ、HPLC(高速液体クロマトグラフィー)にて純度測定した。電子ブロッキング層及び光電変換層の真空蒸着は全て4×10−4Pa以下の真空度で行った。蒸着温度は、4×10−4Pa以下の真空度でるつぼを加熱し、蒸着速度が0.4Å/s(0.4×10−10m/s)に到達した温度とする。
[実施例1−2〜1−29、比較例1−1〜1−6]
実施例1−1において、電子ブロッキング層、光電変換材料に用いた化合物(B−1)、(A−1)を下記表2に示すように変更したこと以外は同様にして、光電変換素子を作製した。
[評価]
得られた各素子について光電変換素子として機能するかどうかの確認を行った。得られた各素子の前記下部電極及び上部電極に、2.5×10V/cmの電界強度となるように電圧を印加すると、いずれの素子も暗所では100nA/cm以下の暗電流を示すが、明所では10μA/cm以上の電流を示し、光電変換素子が機能することを確認した。
実施例1−1〜1−29、比較例1−1〜1−6における固体撮像素子中の光電変換素子を2×10V/cmの電場で印加したときの相対応答速度(0から90%信号強度への立ち上がり時間(実施例1−1の1stバッチを1とする相対値)を表2に示す。なお、各素子の光電変換性能の測定の際には、上部電極(透明導電性膜)側から光を入射した。
以上の評価結果を下記表2に示す。
Figure 2012077064
表2から明らかなように、実施例1−1〜1−29は比較例1−1〜1−6に比べて、バッチ間での応答速度の変化が非常に小さく、るつぼ残の純度が高いことから、光電変換材料の分解が起こりづらく、製造に適した(長時間の加熱蒸着に耐えうる)素子を作製できる。
更に図2に示す形態と同様の撮像素子を作製した。すなわち、CMOS基板上に、アモルファス性ITO 30nmをスパッタ法により成膜後、フォトリソグラフィーによりCMOS基板上のフォトダイオード(PD)の上にそれぞれ1つずつ画素が存在するようにパターニングして下部電極とし、電子ブロッキング材料の製膜以降は 実施例1〜29、比較例1〜6と同様に作成した。その評価も同様に行い、表1と同様な結果が得られ、撮像素子においても本発明の実施例に基づいた素子は加熱後の暗電流が小さく、耐熱性が高いことが示された。
[実施例2−1]
図2の形態の、光電変換素子を含む固体撮像素子を作製した。ここで、光電変換素子は、下部電極104、光電変換膜107、及び上部電極108からなり、光電変換膜107として光電変換層と電子ブロッキング層とを含む有機光電変換膜を形成した。すなわち、ガラス基板上に、アモルファスITO 30nmをスパッタ法により成膜後、下部電極とし、化合物(B−1)100nmを真空加熱蒸着法により成膜し、電子ブロッキング層を形成した。更にその上に、化合物(A−1)とフラーレン(C60)をそれぞれ単層換算で100nm、300nmとなるように共蒸着した層を真空加熱蒸着により25℃に基板の温度を制御した状態で成膜して、光電変換層を形成した。更に、上部電極としてスパッタ法によりアモルファス性ITOを10nm成膜して透明電極(上部電極)とすることにより、固体撮像素子を作製した。上部電極上には、封止層保護層として加熱蒸着によるSiO膜形成後、その上にALCVD法により酸化アルミニウムAl層を形成した。
[実施例2−2〜2−25、比較例2−1〜2−6、参考例1〜3]
実施例2−1において、電子ブロッキング層、光電変換材料に用いた化合物(B−1)、(A−1)を表2に示すように変更したこと以外は同様にして、光電変換固体撮像素子を作製した。
[評価]
得られた各素子について光電変換素子として機能するかどうかの確認を行った。得られた各素子の前記下部電極及び上部電極に、2.5×10V/cmの電界強度となるように電圧を印加すると、いずれの素子も暗所では100nA/cm以下の暗電流を示すが、明所では10μA/cm以上の電流を示し、光電変換素子が機能することを確認した。
また、得られた各実施例2−1〜2−25、比較例2−1〜2−6、参考例1〜3における固体撮像素子中の光電変換素子を2×10V/cmの電場で印加したときの波長500〜750nm領域での感度(実施例2−1を100とする相対値)を表3に示す。なお、各素子の光電変換性能の測定の際には、上部電極(透明導電性膜)側から光を入射した。
また、光電変換材料として使用した化合物(A−1)〜(A−24)、(C−1)〜(C−3)について、蛍光極大波長、及び蛍光強度を測定した。蛍光極大波長と蛍光強度は、日本分光社製FP−6300を用いて測定した。
以上の評価結果を下記表3に示す。
Figure 2012077064
表3から明らかなように、実施例2−1〜2−25は、比較例2−1〜2−6、参考例1〜3に比べて、500〜750nm(赤色)領域での感度が高い。
実施例及び比較例で用いた化合物を下記に示す。
Figure 2012077064
Figure 2012077064
Figure 2012077064
Figure 2012077064
Figure 2012077064
Figure 2012077064
10a、10b 光電変換素子
11 下部電極(導電性膜)
12 光電変換層(光電変換膜)
15 上部電極(透明導電性膜)
16A 電子ブロッキング層
16B 正孔ブロッキング層
100 撮像素子
101 基板
102 絶縁層
103 接続電極
104 画素電極(下部電極)
105 接続部
106 接続部
107 光電変換膜
108 対向電極(上部電極)
109 緩衝層
110 封止層
111 カラーフィルタ(CF)
112 隔壁
113 遮光層
114 保護層
115 対向電極電圧供給部
116 読出し回路

Claims (20)

  1. 紫外可視吸収スペクトルにおいて400nm以上720nm未満に吸収極大を有し、その吸収極大波長のモル吸光係数が10000mol-1・l・cm-1以上で、融点と蒸着温度の差(融点−蒸着温度)の差が31℃以上である下記一般式(I)で表される化合物。
    一般式(I)
    Figure 2012077064
    (一般式(I)中、Zは少なくとも2つの炭素原子を含む環であって、5員環、6員環、又は、5員環及び6員環の少なくともいずれかを含む縮合環を表す。L、L、及びLはそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。Dは原子群を表す。nは0以上の整数を表す。)
  2. 前記Dが下記一般式(II)で表される、請求項1に記載の化合物。
    一般式(II)
    Figure 2012077064
    (一般式(II)中、R21、及びR22はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。Ar21は芳香族炭化水素環基又は芳香族複素環基を表す。*は結合位置を表す。Ar21とR21、Ar21とR22、R21とR22はそれぞれ互いに結合して環を形成してもよい。)
  3. 前記Dが下記一般式(III)で表される、請求項1又は2に記載の化合物。
    一般式(III)
    Figure 2012077064
    (一般式(III)中、R31は単結合又は2価の連結基を表し、R32は水素原子又は置換基を表す。Ar31は芳香族炭化水素環又は芳香族複素環基を表す。*は結合位置を表す。Xaは、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表し、これらは更に置換基を有してもよい。Ar31とR32、R31とR32はそれぞれ互いに結合して環を形成してもよい。)
  4. 前記一般式(II)又は(III)におけるR21、R22、R31、又はR32がそれぞれ独立に置換又は無置換のアリール基である、請求項2又は3に記載の化合物。
  5. 前記一般式(I)で表される化合物が下記一般式(IV)で表される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の化合物。
    一般式(IV)
    Figure 2012077064
    (一般式(IV)中、Zは少なくとも2つの炭素原子を含む環であって、5員環、6員環、又は、5員環及び6員環の少なくともいずれかを含む縮合環を表す。L、L、及びLはそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。nは0以上の整数を表す。mは0又は1を表す。R41〜R46はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。R42とR43、R43とR44、R45とR46、R41とR46はそれぞれ互いに独立して環を形成してもよい。R401は単結合又は2価の連結基を表し、R402はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。Xaは、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表し、これらは更に置換基を有してもよく、R41〜R46のいずれかひとつとして連結する。R401とR402、R402とR41〜R46は、それぞれ互いに結合して環を形成してもよい。)
  6. 前記一般式(I)で表される化合物が下記一般式(V)で表される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の化合物。
    一般式(V)
    Figure 2012077064
    (一般式(V)中、Zは少なくとも2つの炭素原子を含む環であって、5員環、6員環、又は、5員環及び6員環の少なくともいずれかを含む縮合環を表す。L、L、及びLはそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。nは0以上の整数を表す。mは0又は1を表す。R41〜R46はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。R42とR43、R43とR44、R45とR46、R41とR46はそれぞれ互いに独立して環を形成してもよい。R401は3価の連結基を表し、R402は単結合又は2価の連結基を表す。Xa及びXbはそれぞれ独立に、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表し、これらは更に置換基を有してもよく、R41〜R46のいずれかひとつとして連結する。R402とR41〜R46は、それぞれ互いに結合して環を形成してもよい。)
  7. 前記一般式(I)で表される化合物が下記一般式(VI)で表される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の化合物。
    一般式(VI)
    Figure 2012077064
    (一般式(VI)中、Zは少なくとも2つの炭素原子を含む環であって、5員環、6員環、又は、5員環及び6員環の少なくともいずれかを含む縮合環を表す。L、L、及びLはそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。nは0以上の整数を表す。mは0又は1を表す。R41〜R46はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。R42とR43、R43とR44、R45とR46、R41とR46はそれぞれ互いに独立して環を形成してもよい。R401は単結合又は2価の連結基を表し、R402は単結合又は2価の連結基を表す。Xa及びXcはそれぞれ独立に、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表し、これらは更に置換基を有してもよく、R41〜R46のいずれかひとつとして連結する。R401とR402は、それぞれ互いに結合して環を形成してもよい。)
  8. 前記一般式(I)で表される化合物が下記一般式(VII)で表される、請求項1〜3のいずれか1項に記載の化合物。
    一般式(VII)
    Figure 2012077064
    (一般式(VII)中、Zは少なくとも2つの炭素原子を含む環であって、5員環、6員環、又は、5員環及び6員環の少なくともいずれかを含む縮合環を表す。L、L、及びLはそれぞれ独立に、無置換メチン基、又は置換メチン基を表す。nは0以上の整数を表す。mは0又は1を表す。R41〜R46はそれぞれ独立に水素原子又は置換基を表す。R42とR43、R43とR44、R45とR46、R41とR46はそれぞれ互いに独立して環を形成してもよい。R401は3価の連結基を表し、R402は3価の連結基を表す。Xa、Xb、及びXcはそれぞれ独立に、単結合、酸素原子、硫黄原子、アルキレン基、シリレン基、アルケニレン基、シクロアルキレン基、シクロアルケニレン基、アリーレン基、2価の複素環基、又はイミノ基を表し、これらは更に置換基を有してもよく、R41〜R46のいずれかひとつとして連結する。
  9. 前記一般式(IV)〜(VII)におけるXa、Xb、Xcがそれぞれ独立に、単結合、酸素原子、アルキレン基、又はシリレン基である、請求項5〜8のいずれか1項に記載の化合物。
  10. 前記一般式(IV)〜(VII)におけるXa、Xb、Xcがアルキレン基である、請求項5〜8のいずれか1項に記載の化合物。
  11. 前記Zと酸素原子により形成される構造が下記一般式(VIII)又は下記一般式(IX)で表される、請求項1〜10のいずれか1項に記載の化合物。
    一般式(VIII)
    Figure 2012077064
    (一般式(VIII)中、R51〜R54はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。R51〜R54のうち隣接する2つが互いに結合して環を形成してもよい。*はLとの結合位置を表す。)
    一般式(IX)
    Figure 2012077064
    (一般式(IX)中、R61〜R66はそれぞれ独立に、水素原子又は置換基を表す。R61〜R66のうち隣接する2つが互いに結合して環を形成してもよい。*はLとの結合位置を表す。)
  12. 前記L、L、及びLが無置換メチン基である、請求項1〜11のいずれか1項に記載の化合物。
  13. 前記nが0である、請求項1〜12のいずれか1項に記載の化合物。
  14. 導電性膜、有機光電変換膜、及び透明導電性膜を有する光電変換素子であって、前記有機光電変換膜が請求項1〜13のいずれか1項に記載の化合物と、フラーレン又はフラーレン誘導体とを含む、光電変換素子。
  15. 前記導電性膜、有機光電変換膜、及び透明導電性膜をこの順に有する、請求項14に記載の光電変換素子。
  16. 前記フラーレン又はフラーレン誘導体がC60である、請求項14又は15に記載の光電変換素子。
  17. 前記有機光電変換膜が、請求項1〜13のいずれか1項に記載の化合物と、フラーレン又はフラーレン誘導体とが混合された状態で形成されたバルクヘテロ構造を有する、光電変換素子。
  18. (フラーレン又はフラーレン誘導体)/(請求項1〜13のいずれか1項に記載の化合物)の比(モル比)が0.5以上である、請求項17に記載の光電変換素子。
  19. 前記透明導電性膜が電極膜であり、該電極膜上方から前記有機光電変換膜に光が入射される、請求項14〜18のいずれか1項に記載の光電変換素子。
  20. 請求項14〜19のいずれか1項に記載の光電変換素子を含む、撮像素子。
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