JP2022108268A - Organic thin film used for photoelectric conversion element, and photoelectric conversion element thereof - Google Patents

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大和 島
Yamato Shima
俊二 望月
Shunji Mochizuki
直朗 樺澤
Naoaki Kabasawa
優太 三枝
Yuta Saegusa
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Abstract

To provide an organic thin film for use in a photoelectric conversion element using a compound having excellent heat resistance and charge transport properties, and various photoelectric conversion elements to which the organic thin film is applied, especially an imaging device, and a light sensor using the same.SOLUTION: There is provided an organic thin film for use in a photoelectric conversion element, containing a compound represented by the following formula (1). (In the formula, A represents a single bond, a divalent group such as a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon, Ar1 to Ar3 represent a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, and R1 to R13 represent a hydrogen atom, etc.)SELECTED DRAWING: None

Description

本発明は、光電変換素子に用いる有機薄膜、及びその光電変換素子に関するものであリ、詳しくはインドロトリフェニレン構造を有する化合物を含有する有機薄膜、及びその有機薄膜を適用する各種の光電変換素子、特に撮像素子に関するものである。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to an organic thin film used in a photoelectric conversion device and the photoelectric conversion device thereof, and more specifically, an organic thin film containing a compound having an indolotriphenylene structure and various photoelectric conversion devices to which the organic thin film is applied. , and in particular to imaging devices.

光電変換素子は太陽電池や光センサー等に広く利用され、その中でも撮像素子であるイメージセンサーは、テレビカメラやスマートフォン搭載のカメラだけでなく、運転支援システム用途にも用いられ始めるなど、その用途、市場は共に広がりをみせている。 Photoelectric conversion elements are widely used in solar cells, light sensors, etc. Among them, image sensors, which are imaging elements, are used not only for television cameras and smartphone cameras, but also for driving support systems. Both markets are expanding.

これまでの撮像素子の材料には、Si膜やSe膜といった無機材料が使用されており、その撮像方法としてはプリズムを用いて色を分ける3板式と、カラーフィルターを用いた単板式の2つが主流であった。しかし、3板式は、光の利用率は高いもののプリズムを使用するため小型化が難しく、単板式は、プリズムを使用しないため小型化は比較的容易であるが、代わりにカラーフィルターを使用するため解像度、光の利用率が悪かった(非特許文献1)。 Until now, inorganic materials such as Si films and Se films have been used as materials for image sensors, and there are two imaging methods: a three-plate type that uses a prism to separate colors, and a single-plate type that uses color filters. was mainstream. However, although the three-plate type has a high light utilization rate, it is difficult to miniaturize because it uses a prism. Resolution and light utilization were poor (Non-Patent Document 1).

有機物は、無機物と比較して特定波長の光をよく吸収するため、それぞれの波長に合わせた材料を組み合わせることで、プリズムを使用せずとも3原色に対しそれぞれの光を効率よく利用できる撮像素子を構築することができる。そのため光の利用効率が高く、小型の撮像素子を作れることが可能となる。また、無機物では達成することのできない、フレキシブル性や作成プロセスにおいての塗布による大面積化といった価値を付加できる可能性がある(非特許文献2)。 Organic matter absorbs light of specific wavelengths better than inorganic matter, so by combining materials that match each wavelength, it is possible to efficiently use each light for each of the three primary colors without using a prism. can be constructed. Therefore, light utilization efficiency is high, and it is possible to manufacture a small-sized imaging device. In addition, it is possible to add values such as flexibility and large area by coating in the production process, which cannot be achieved with inorganic materials (Non-Patent Document 2).

このようなことから有機物を用いた光電変換素子は、次世代の撮像素子への展開が期待されており、いくつかの報告がなされている。例えばキナクドリン、キナゾリン誘導体を光電変換素子に用いた例(特許文献1)、ベンゾチエノベンゾチオフェン誘導体を光電変換素子に用いた例(特許文献2)、インドロカルバゾールを光電変換素子に用いた例(特許文献3)などがある。一般的に有機撮像素子は高コントラスト化、省電力化を目的とし、暗電流の低減を目指すことによって性能は向上すると考えられている。暗電流の低減のため、光電変換部と電極部の間に、正孔ブロック層又は電子ブロック層を挿入する手法が用いられることもある。 For this reason, photoelectric conversion elements using organic substances are expected to be developed into next-generation imaging elements, and several reports have been made. For example, an example of using a quinacdrine or quinazoline derivative in a photoelectric conversion device (Patent Document 1), an example of using a benzothienobenzothiophene derivative in a photoelectric conversion device (Patent Document 2), an example of using indolocarbazole in a photoelectric conversion device ( Patent Document 3) and the like. It is generally believed that the performance of an organic image pickup device is improved by aiming at high contrast and power saving, and aiming at reduction of dark current. In order to reduce dark current, a method of inserting a hole blocking layer or an electron blocking layer between the photoelectric conversion portion and the electrode portion may be used.

この正孔ブロック層又は電子ブロック層の挿入は、有機エレクトロニクス分野では一般的に使用される手法であり、これらブロック層は、それぞれデバイスの構成膜中において、電極又は導電性を有する膜と、それ以外の膜の界面に配置され、正孔又は電子の逆移動を制御しながら、必要な電荷は速やかに移動する。 The insertion of this hole blocking layer or electron blocking layer is a technique commonly used in the field of organic electronics. It is placed at the interface of the film other than the film, and the required charge moves quickly while controlling the back migration of holes or electrons.

また、ブロック層に用いられる材料に求められる特性として、熱安定性が挙げられる。特に撮像素子では、カラーフィルター設置、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ため、他の有機エレクトロニクスデバイスよりも高い熱安定性が求められる。特許文献4ではガラス転移温度(Tg)が140℃以上である電子ブロッキング材料を使用することで、素子の熱安定性の向上を報告している。しかし、この提案された化合物では立体障害による正孔輸送能の低下の問題があった。 Thermal stability is another property required for the material used for the block layer. In particular, image sensors have higher thermal stability than other organic electronic devices in order to consider application to manufacturing processes that involve heating processes such as the installation of color filters, the installation of protective films, and the soldering of elements, as well as to improve storage stability. Desired. Patent Document 4 reports that the use of an electron blocking material having a glass transition temperature (Tg) of 140° C. or higher improves the thermal stability of the device. However, this proposed compound has a problem of reduced hole transport ability due to steric hindrance.

特許第4945146号公報Japanese Patent No. 4945146 特開2018-170487号公報JP 2018-170487 A 特開2018-085427号公報JP 2018-085427 A 特開2011-187937号公報JP 2011-187937 A KR-A-200050897KR-A-200050897

映像情報学会メディア協会誌、60,3,291(2006)Institute of Image Information, Media Association Journal, 60, 3, 291 (2006) Adv.Mater.28,4766(2016)Adv. Mater. 28, 4766 (2016)

本発明は、前記の現状を鑑みてなされたものであり、優れた耐熱性、電荷輸送性を持つ化合物を利用して光電変換素子に用いる有機薄膜を提供すること、また、その有機薄膜を適用する各種の光電変換素子、特に撮像素子、及びこれを用いる光センサーを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned current situation, and provides an organic thin film for use in a photoelectric conversion device by utilizing a compound having excellent heat resistance and charge transport properties, and applying the organic thin film. An object of the present invention is to provide various photoelectric conversion elements, particularly an imaging element, and an optical sensor using the same.

そこで本発明者らは前記の目的を達成するために、インドロトリフェニレン環骨格が高い電荷輸送性を持ち、更に耐熱性に優れていることに着目し、さらなる耐熱性の向上を目指し、鋭意開発を行なった結果、特定のインドロトリフェニレン環構造の化合物を含む有機薄膜が前記課題を解決できることを見出し、本発明を完成するに至った。 Therefore, in order to achieve the above object, the present inventors focused on the fact that the indolotriphenylene ring skeleton has a high charge transport property and is excellent in heat resistance, and aimed at further improvement in heat resistance. As a result, the present inventors have found that an organic thin film containing a compound having a specific indorotriphenylene ring structure can solve the above problems, and have completed the present invention.

すなわち本発明は、以下の各項に係るものである。
1)下記式(1)で表される化合物を含む、光電変換素子に用いる有機薄膜。
That is, the present invention relates to the following items.
1) An organic thin film for use in a photoelectric conversion device, containing a compound represented by the following formula (1).

Figure 2022108268000001

(式中、Aは、単結合、置換若しくは無置換の芳香族炭化水素の2価基、置換若しくは無置換の芳香族複素環の2価基又は置換若しくは無置換の縮合多環芳香族の2価基を表し、
Ar~Arは、相互に同一でも異なってもよく、置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基、置換若しくは無置換の芳香族複素環基又は置換若しくは無置換の縮合多環芳香族基を表し、
AとAr、AとAr、及びArとArは、単結合、置換若しくは無置換のメチレン基、酸素原子又は硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよく、
~R13は、相互に同一でも異なってもよく、水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、ニトロ基、置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数2ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルキルオキシ基、置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキルオキシ基、置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基、置換若しくは無置換の芳香族複素環基、置換若しくは無置換の縮合多環芳香族基又は置換若しくは無置換のアリールオキシ基を表し、
隣接するR~R13は、単結合、置換若しくは無置換のメチレン基、酸素原子又は硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよい。)
Figure 2022108268000001

(Wherein, A is a single bond, a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon divalent group, a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic divalent group, or a substituted or unsubstituted condensed polycyclic aromatic divalent group represents a valence group,
Ar 1 to Ar 3 , which may be the same or different, are substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon groups, substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic groups or substituted or unsubstituted condensed polycyclic aromatic groups. represent,
A and Ar 2 , A and Ar 3 , and Ar 2 and Ar 3 may be bonded to each other through a single bond, a substituted or unsubstituted methylene group, an oxygen atom or a sulfur atom to form a ring;
R 1 to R 13 , which may be the same or different, are hydrogen atom, deuterium atom, fluorine atom, chlorine atom, cyano group, nitro group, and optionally substituted carbon atoms of 1 to 6 A linear or branched alkyl group, an optionally substituted cycloalkyl group having 5 to 10 carbon atoms, and an optionally substituted linear chain having 2 to 6 carbon atoms or a branched alkenyl group, an optionally substituted C 1-6 linear or branched alkyloxy group, an optionally substituted C 5-10 represents a cycloalkyloxy group, a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group, a substituted or unsubstituted condensed polycyclic aromatic group or a substituted or unsubstituted aryloxy group,
Adjacent R 1 to R 13 may be bonded to each other via a single bond, a substituted or unsubstituted methylene group, an oxygen atom or a sulfur atom to form a ring. )

2)前記式(1)で表される化合物が、下記式(2)で表される化合物である、1)に記載の有機薄膜。 2) The organic thin film according to 1), wherein the compound represented by the formula (1) is a compound represented by the following formula (2).

Figure 2022108268000002

(式中のA、Ar~Ar、及びR~R13は、式(1)中の定義と同一である。)
Figure 2022108268000002

(A, Ar 1 to Ar 3 and R 1 to R 13 in the formula are the same as defined in formula (1).)

3)前記式(1)で表される化合物が、下記式(3)で表される化合物である、1)に記載の有機薄膜。 3) The organic thin film according to 1), wherein the compound represented by the formula (1) is a compound represented by the following formula (3).

Figure 2022108268000003

(式中のA、Ar~Ar、及びR~R13は、式(1)中の定義と同一である。)
Figure 2022108268000003

(A, Ar 1 to Ar 3 and R 1 to R 13 in the formula are the same as defined in formula (1).)

4)前記式(1)で表される化合物が、下記式(4)で表される化合物である、1)に記載の有機薄膜。 4) The organic thin film according to 1), wherein the compound represented by the formula (1) is a compound represented by the following formula (4).

Figure 2022108268000004

(式中のA、Ar~Ar、及びR~R13は、式(1)中の定義と同一である。)
Figure 2022108268000004

(A, Ar 1 to Ar 3 and R 1 to R 13 in the formula are the same as defined in formula (1).)

5)前記式(2)で表される化合物が、下記式(5)で表される化合物である、2)に記載の有機薄膜。 5) The organic thin film according to 2), wherein the compound represented by the formula (2) is a compound represented by the following formula (5).

Figure 2022108268000005

(式中、Aは、式(1)のAの定義と同じであり、Arは、式(1)のAr~Arと同じ定義であり、R~R21は、式(1)のR~R13と同じ定義である。)
Figure 2022108268000005

(In the formula, A has the same definition as A in formula (1), Ar has the same definition as Ar 1 to Ar 3 in formula (1), and R 1 to R 21 have the same definition as in formula (1). It is the same definition as R 1 to R 13 of

6)前記式(2)で表される化合物が、下記式(6)で表される化合物である、2)に記載の有機薄膜。 6) The organic thin film according to 2), wherein the compound represented by the formula (2) is a compound represented by the following formula (6).

Figure 2022108268000006

(式中、Ar及びArは、式(1)のAr~Arと同じ定義であり、R~R20は、式(1)のR~R13と同じ定義である。)
Figure 2022108268000006

(In the formula, Ar 1 and Ar 2 have the same definitions as Ar 1 to Ar 3 in formula (1), and R 1 to R 20 have the same definitions as R 1 to R 13 in formula (1). )

7)少なくとも電極と、バッファ層と光電変換層と電極とがこの順で積層される光電変換素子であって、1)~6)のいずれか1項に記載の有機薄膜を含む光電変換素子。 7) A photoelectric conversion element in which at least an electrode, a buffer layer, a photoelectric conversion layer and an electrode are laminated in this order, the photoelectric conversion element comprising the organic thin film according to any one of 1) to 6).

8)前記有機薄膜をバッファ層として含む、7)に記載の光電変換素子。 8) The photoelectric conversion device according to 7), which contains the organic thin film as a buffer layer.

9)前記有機薄膜を光電変換層として含む、7)に記載の光電変換素子。 9) The photoelectric conversion element according to 7), which contains the organic thin film as a photoelectric conversion layer.

10)前記7)~9)のいずれか1項に記載の光電変換素子を有する撮像素子。 10) An imaging device comprising the photoelectric conversion device according to any one of 7) to 9) above.

本発明の式(1)等で表されるインドロトリフェニレン環構造を有する化合物を含む有機薄膜は、優れた耐熱性、電荷輸送性を持つ有機薄膜であり、各種の光電変換素子に適用できる。それにより、優れた暗電流特性と変換効率を有する光電変換素子、特に撮像素子、及びこれを用いる光センサーを提供できる。 An organic thin film containing a compound having an indolotriphenylene ring structure represented by formula (1) or the like of the present invention is an organic thin film having excellent heat resistance and charge transport properties, and can be applied to various photoelectric conversion devices. As a result, a photoelectric conversion device, particularly an imaging device, having excellent dark current characteristics and conversion efficiency, and a photosensor using the same can be provided.

本発明の光電変換素子の一つの構成例である。It is one structural example of the photoelectric conversion element of this invention.

本発明は、光電変換素子に適用する、前記式(1)等で表されるインドロトリフェニレン環構造を有する化合物を含む有機薄膜、及びその有機薄膜を使用することを特徴とする光電変換素子に関するものである。 The present invention relates to an organic thin film containing a compound having an indolotriphenylene ring structure represented by the formula (1) or the like, and a photoelectric conversion device using the organic thin film, which is applied to a photoelectric conversion device. It is.

本明細書と請求の範囲にある「ないし」との用語は範囲を表す用語は、例えば「5ないし10」との記載は、「5以上10以下」を意味し、「ないし」の前後に記載される数値自体も含む範囲を表す。 The term "to" used in the present specification and claims indicates a range. For example, the term "5 to 10" means "5 or more and 10 or less". ranges are inclusive of the numbers themselves.

前記式(1)中の「置換若しくは無置換の芳香族炭化水素の2価基」、「置換若しくは無置換の芳香族複素環の2価基」、又は「置換若しくは無置換の縮合多環芳香族の2価基」における「芳香族炭化水素の2価基」、「芳香族複素環の2価基」又は「縮合多環芳香族の2価基」としては、フェニレン基、ビフェニレン基、ターフェニレン基、ナフチレン基、アントラセニレン基、チエニレン基、フラニレン基及びフェナントレニレン基などを挙げることができる。さらに、炭素数6ないし30のアリーレン基及び炭素数2ないし30のヘテロアリーレン基から選択することもできる。 "Substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon divalent group", "substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic bivalent group", or "substituted or unsubstituted condensed polycyclic aromatic group" in the formula (1) The “aromatic hydrocarbon divalent group”, “aromatic heterocyclic divalent group” or “condensed polycyclic aromatic divalent group” in the “bivalent group of a group” include a phenylene group, a biphenylene group, a A phenylene group, a naphthylene group, an anthracenylene group, a thienylene group, a furanylene group, a phenanthrenylene group, and the like can be mentioned. Furthermore, it can also be selected from arylene groups having 6 to 30 carbon atoms and heteroarylene groups having 2 to 30 carbon atoms.

前記式(1)中の「置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基」、「置換若しくは無置換の芳香族複素環基」、又は「置換若しくは無置換の縮合多環芳香族基」における「芳香族炭化水素基」、「芳香族複素環基」又は「縮合多環芳香族基」としては、具体的に、フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントレニル基、フルオレニル基、スピロビフルオレニル基、インデニル基、ピレニル基、ペリレニル基、フルオランテニル基、トリフェニレニル基、ピリジル基、ピリミジニル基、トリアジニル基、フリル基、ピロリル基、チエニル基、キノリル基、イソキノリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリニル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基、ナフチリジニル基、フェナントロリニル基、アクリジニル基及びカルボリニル基などを挙げることができる。さらに、炭素数6ないし30のアリール基及び炭素数2ないし30のヘテロアリール基から選択することもできる。 "Aromatic Specific hydrocarbon groups, "aromatic heterocyclic groups" or "condensed polycyclic aromatic groups" include phenyl group, biphenylyl group, terphenylyl group, naphthyl group, anthracenyl group, phenanthrenyl group, fluorenyl group, spirobifluorenyl group, indenyl group, pyrenyl group, perylenyl group, fluoranthenyl group, triphenylenyl group, pyridyl group, pyrimidinyl group, triazinyl group, furyl group, pyrrolyl group, thienyl group, quinolyl group, isoquinolyl group, benzofuranyl group , benzothienyl group, indolyl group, carbazolyl group, benzoxazolyl group, benzothiazolyl group, quinoxalinyl group, benzimidazolyl group, pyrazolyl group, dibenzofuranyl group, dibenzothienyl group, naphthyridinyl group, phenanthrolinyl group, acridinyl group and A carbonyl group and the like can be mentioned. Further, it can be selected from aryl groups having 6 to 30 carbon atoms and heteroaryl groups having 2 to 30 carbon atoms.

前記式(1)中の「置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基」又は「置換基を有していてもよい炭素原子数2ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基」における「炭素原子数1ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基」、「炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基」、又は「炭素原子数2ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基」としては、具体的に、メチル基、エチル基、n-プロピル基、イソプロピル基、n-ブチル基、イソブチル基、tert-ブチル基、n-ペンチル基、イソペンチル基、ネオペンチル基、n-ヘキシル基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、1-アダマンチル基、2-アダマンチル基、ビニル基、アリル基、イソプロペニル基及び2-ブテニル基などを挙げることができる。 "Optionally substituted C 1 to C 6 linear or branched alkyl group", "Optionally substituted C 5 to 10 cycloalkyl group" or "linear or branched chain having 1 to 6 carbon atoms" in "optionally substituted linear or branched alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms" Alkyl group", "cycloalkyl group having 5 to 10 carbon atoms" or "linear or branched alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms" specifically include methyl group, ethyl group, n -propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, tert-butyl group, n-pentyl group, isopentyl group, neopentyl group, n-hexyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, 1-adamantyl group, 2-adamantyl groups, vinyl groups, allyl groups, isopropenyl groups and 2-butenyl groups.

前記式(1)中の「置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルキルオキシ基」又は「置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキルオキシ基」における「炭素原子数1ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルキルオキシ基」又は「炭素原子数5ないし10のシクロアルキルオキシ基」としては、具体的に、メチルオキシ基、エチルオキシ基、n-プロピルオキシ基、イソプロピルオキシ基、n-ブチルオキシ基、tert-ブチルオキシ基、n-ペンチルオキシ基、n-ヘキシルオキシ基、シクロペンチルオキシ基、シクロヘキシルオキシ基、シクロヘプチルオキシ基、シクロオクチルオキシ基、1-アダマンチルオキシ基及び2-アダマンチルオキシ基などを挙げることができる。 "Optionally substituted C 1 to C 6 linear or branched alkyloxy group" or "optionally substituted C 5 The "linear or branched alkyloxy group having 1 to 6 carbon atoms" or "cycloalkyloxy group having 5 to 10 carbon atoms" in "cycloalkyloxy group having 1 to 10" specifically includes methyl oxy group, ethyloxy group, n-propyloxy group, isopropyloxy group, n-butyloxy group, tert-butyloxy group, n-pentyloxy group, n-hexyloxy group, cyclopentyloxy group, cyclohexyloxy group, cycloheptyloxy group , a cyclooctyloxy group, a 1-adamantyloxy group and a 2-adamantyloxy group.

前記式(1)中の「置換若しくは無置換のアリールオキシ基」における「アリールオキシ基」としては、具体的に、フェニルオキシ基、ビフェニリルオキシ基、ターフェニリルオキシ基、ナフチオキシル基、アントラセニルオキシ基及びフェナントレニルオキシ基などの炭素数6ないし30のアリールオキシ基を挙げることができる。 Specific examples of the "aryloxy group" in the "substituted or unsubstituted aryloxy group" in the formula (1) include a phenyloxy group, a biphenylyloxy group, a terphenylyloxy group, a naphthioxyl group, an anthracene An aryloxy group having 6 to 30 carbon atoms such as a nyloxy group and a phenanthrenyloxy group can be mentioned.

前記式(1)中の「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」、「置換縮合多環芳香族基」、「置換メチレン基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数2ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルキルオキシ基」、又は「置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキルオキシ基」における「置換基」としては、具体的に、重水素原子、シアノ基、ニトロ基;フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子などのハロゲン原子;トリメチルシリル基、トリフェニルシリル基などのシリル基;メチル基、エチル基、プロピル基などの炭素原子数1ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基;メチルオキシ基、エチルオキシ基、プロピルオキシ基などの炭素原子数1ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルキルオキシ基;ビニル基、アリル基などのアルケニル基;フェニルオキシ基、トリルオキシ基などのアリールオキシ基;ベンジルオキシ基、フェネチルオキシ基などのアリールアルキルオキシ基;フェニル基、ビフェニリル基、ターフェニリル基、ナフチル基、アントラセニル基、フェナントレニル基、フルオレニル基、スピロビフルオレニル基、インデニル基、ピレニル基、ペリレニル基、フルオランテニル基、トリフェニレニル基などの芳香族炭化水素基若しくは縮合多環芳香族基;ピリジル基、チエニル基、フリル基、ピロリル基、キノリル基、イソキノリル基、ベンゾフラニル基、ベンゾチエニル基、インドリル基、カルバゾリル基、ベンゾオキサゾリル基、ベンゾチアゾリル基、キノキサリニル基、ベンゾイミダゾリル基、ピラゾリル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチエニル基、カルボリニル基などの芳香族複素環基のような基を挙げることができ、これらの置換基は、更に前記例示した置換基で置換されていてもよい。 "Substituted aromatic hydrocarbon group", "substituted aromatic heterocyclic group", "substituted condensed polycyclic aromatic group", "substituted methylene group", "having substituents" in the above formula (1) A linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms that may be optionally substituted", "cycloalkyl group having 5 to 10 carbon atoms that may be substituted", " A linear or branched alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms which may be substituted", "a linear or branched alkyloxy group having 1 to 6 carbon atoms which may be substituted", or " The "substituent" in the "optionally substituted cycloalkyloxy group having 5 to 10 carbon atoms" specifically includes a deuterium atom, a cyano group, a nitro group; a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine halogen atoms such as atoms, iodine atoms; silyl groups such as trimethylsilyl group and triphenylsilyl group; linear or branched alkyl groups having 1 to 6 carbon atoms such as methyl group, ethyl group and propyl group; methyloxy linear or branched alkyloxy groups having 1 to 6 carbon atoms such as groups, ethyloxy groups and propyloxy groups; alkenyl groups such as vinyl groups and allyl groups; aryloxy groups such as phenyloxy groups and tolyloxy groups; Arylalkyloxy groups such as benzyloxy and phenethyloxy; phenyl, biphenylyl, terphenylyl, naphthyl, anthracenyl, phenanthrenyl, fluorenyl, spirobifluorenyl, indenyl, pyrenyl, perylenyl , fluoranthenyl group, triphenylenyl group and other aromatic hydrocarbon groups or condensed polycyclic aromatic groups; pyridyl group, thienyl group, furyl group, pyrrolyl group, quinolyl group, isoquinolyl group, benzofuranyl group, benzothienyl group, indolyl group , a carbazolyl group, a benzoxazolyl group, a benzothiazolyl group, a quinoxalinyl group, a benzimidazolyl group, a pyrazolyl group, a dibenzofuranyl group, a dibenzothienyl group, and an aromatic heterocyclic group such as a carbolinyl group. These substituents may be further substituted with the substituents exemplified above.

本発明においては、耐熱性及び電荷移動度の観点から、前記式(1)中のAr~Arが置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基、又は置換若しくは無置換の縮合多環芳香族基であることが好ましく、無置換の芳香族炭化水素基、又は無置換の縮合多環芳香族基であることがより好ましい。また、前記式(1)中のAが置換若しくは無置換の芳香族炭化水素の2価基であることが好ましく、無置換の芳香族炭化水素の2価基であることがより好ましい。 In the present invention, from the viewpoint of heat resistance and charge mobility, Ar 1 to Ar 3 in the formula (1) are substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon groups or substituted or unsubstituted condensed polycyclic aromatic group, more preferably an unsubstituted aromatic hydrocarbon group or an unsubstituted condensed polycyclic aromatic group. Further, A in the formula (1) is preferably a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon divalent group, more preferably an unsubstituted aromatic hydrocarbon divalent group.

また、合成が容易であることから、前記式(1)中のR~R13が水素原子であることが好ましい。 Further, it is preferable that R 1 to R 13 in the above formula (1) are hydrogen atoms because of ease of synthesis.

本発明においては、前記式(1)で表されるインドロトリフェニレン環構造を有する好ましい化合物として、下記式(2)~(4)で表される、インドール環の2位及び3位の2つの炭素原子を、トリフェニレン環の隣接する2つの炭素原子が共有して結合した構造を有する化合物が挙げられる。 In the present invention, preferred compounds having an indolotriphenylene ring structure represented by the formula (1) include two compounds at the 2- and 3-positions of the indole ring represented by the following formulas (2) to (4). A compound having a structure in which two adjacent carbon atoms of a triphenylene ring are covalently bonded to a carbon atom can be mentioned.

Figure 2022108268000007
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Figure 2022108268000008
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Figure 2022108268000009
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前記式(2)、式(3)及び式(4)中のA、Ar~Ar、及びR~R13は式(1)中の定義と同一である。 A, Ar 1 to Ar 3 and R 1 to R 13 in formulas (2), (3) and (4) are the same as defined in formula (1).

即ち、前記式(2)、式(3)及び式(4)中の「置換若しくは無置換の芳香族炭化水素の2価基」、「置換若しくは無置換の芳香族複素環の2価基」、又は「置換若しくは無置換の縮合多環芳香族の2価基」における「芳香族炭化水素の2価基」、「芳香族複素環の2価基」又は「縮合多環芳香族の2価基」は式(1)における定義と同じである。 That is, the "substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon divalent group" and "substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic divalent group" in the above formulas (2), (3) and (4) , or "aromatic hydrocarbon divalent group" in "substituted or unsubstituted condensed polycyclic aromatic divalent group", "aromatic heterocyclic divalent group" or "condensed polycyclic aromatic divalent "group" has the same definition as in formula (1).

また、前記式(2)、式(3)及び式(4)中の「置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基」、「置換若しくは無置換の芳香族複素環基」、又は「置換若しくは無置換の縮合多環芳香族基」における「芳香族炭化水素基」、「芳香族複素環基」又は「縮合多環芳香族基」は式(1)における定義と同じである。 Further, the "substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group", "substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group", or "substituted or unsubstituted "Aromatic hydrocarbon group", "aromatic heterocyclic group" or "condensed polycyclic aromatic group" in "substituted condensed polycyclic aromatic group" is the same as defined in formula (1).

前記式(2)、式(3)及び式(4)中の「置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基」又は「置換基を有していてもよい炭素原子数2ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基」における「炭素原子数1ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基」、「炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基」、又は「炭素原子数2ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基」の具体例は式(1)において挙げられた具体例と同じである。 In the above formula (2), formula (3) and formula (4), "a linear or branched alkyl group having 1 to 6 carbon atoms which may have a substituent", "having a substituent "1 carbon atom" in "optionally substituted cycloalkyl group having 5 to 10 carbon atoms" or "linear or branched alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms which may be substituted" Specific examples of a linear or branched alkyl group having 1 to 6", a "cycloalkyl group having 5 to 10 carbon atoms", or a "linear or branched alkenyl group having 2 to 6 carbon atoms" are It is the same as the specific example given in formula (1).

前記式(2)、式(3)及び式(4)中の「置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルキルオキシ基」又は「置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキルオキシ基」における「炭素原子数1ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルキルオキシ基」又は「炭素原子数5ないし10のシクロアルキルオキシ基」の具体例は式(1)において挙げられた具体例と同じである。 In the formula (2), formula (3) and formula (4), "a linear or branched alkyloxy group having 1 to 6 carbon atoms optionally having a substituent" or "a substituent A "linear or branched alkyloxy group having 1 to 6 carbon atoms" or a "cycloalkyloxy group having 5 to 10 carbon atoms" in the cycloalkyloxy group having 5 to 10 carbon atoms which may have Specific examples of "group" are the same as the specific examples given in formula (1).

前記式(2)、式(3)及び式(4)中の「置換若しくは無置換のアリールオキシ基」における「アリールオキシ基」の具体例は式(1)において挙げられた具体例と同じである。 Specific examples of the "aryloxy group" in the "substituted or unsubstituted aryloxy group" in formula (2), formula (3) and formula (4) are the same as the specific examples given in formula (1). be.

更に、前記式(2)、式(3)及び式(4)中の「置換芳香族炭化水素基」、「置換芳香族複素環基」、「置換縮合多環芳香族基」、「置換メチレン基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数2ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基」、「置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルキルオキシ基」、又は「置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキルオキシ基」における「置換基」の具体例も式(1)において挙げられた具体例と同じである。 Further, the "substituted aromatic hydrocarbon group", "substituted aromatic heterocyclic group", "substituted condensed polycyclic aromatic group", "substituted methylene group", "optionally substituted C1-C6 linear or branched alkyl group", "optionally substituted C5-C10 cycloalkyl group", "optionally substituted C2-C6 linear or branched alkenyl group", "optionally substituted C1-C6 linear Specific examples of the "substituent" in the "cyclic or branched alkyloxy group" or "optionally substituted cycloalkyloxy group having 5 to 10 carbon atoms" are also listed in formula (1). Same as the specific example.

本発明においては、耐熱性及び電荷移動度の観点から、前記式(2)、式(3)と式(4)中のAr~Arが置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基、又は置換若しくは無置換の縮合多環芳香族基であることが好ましく、無置換の芳香族炭化水素基又は無置換の縮合多環芳香族基であることがより好ましい。また、前記式(2)、式(3)及び式(4)中のAが置換若しくは無置換の芳香族炭化水素の2価基であることが好ましく、無置換の芳香族炭化水素の2価基であることがより好ましい。 In the present invention, from the viewpoint of heat resistance and charge mobility, Ar 1 to Ar 3 in the formulas (2), (3) and (4) are substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon groups, or A substituted or unsubstituted condensed polycyclic aromatic group is preferable, and an unsubstituted aromatic hydrocarbon group or an unsubstituted condensed polycyclic aromatic group is more preferable. Further, A in the formulas (2), (3) and (4) is preferably a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon divalent group, and an unsubstituted aromatic hydrocarbon divalent group more preferably a group.

また、合成が容易であることから、前記式(2)、式(3)と式(4)中のR~R13が水素原子であることが好ましい。 Further, it is preferable that R 1 to R 13 in the above formulas (2), (3) and (4) are hydrogen atoms because of ease of synthesis.

本発明においては、好ましい化合物として、前記式(2)中のAr、Arが置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基若しくは縮合多環芳香族基であり、且つArとArが単結合を介して互いに結合して環を形成した構造である、下記式(5)で表される化合物が挙げられる。更に具体的に、例えば、後述する化合物(1-7)、(1-15)、(1-19)、(1-30)、(1-66)、(1-83)、(1-128)が挙げられる。 In the present invention, preferred compounds are those in which Ar 2 and Ar 3 in the formula (2) are substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon groups or condensed polycyclic aromatic groups, and Ar 2 and Ar 3 are single A compound represented by the following formula (5), which is a structure formed by combining with each other via a bond to form a ring, can be mentioned. More specifically, for example, compounds (1-7), (1-15), (1-19), (1-30), (1-66), (1-83), (1-128) described later ).

Figure 2022108268000010
Figure 2022108268000010

前記式(5)中のAは式(1)のAと同じ定義であり、Arは式(1)のAr~Arと同じ定義であり、R~R21は式(1)のR~R13と同定義である。即ち、式(5)に係わる全ての置換基としては、前記式(1)の説明で例示した基が挙げられる。 A in formula (5) has the same definition as A in formula (1), Ar has the same definition as Ar 1 to Ar 3 in formula (1), and R 1 to R 21 have the same definition as in formula (1). Same definition as R 1 to R 13 . That is, all the substituents related to the formula (5) include the groups exemplified in the explanation of the formula (1).

本発明においては、耐熱性及び電荷移動度の観点から、前記式(5)中のArが置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基又は置換若しくは無置換の縮合多環芳香族基であることが好ましく、炭素数6ないし30の無置換の芳香族炭化水素基又は無置換の縮合多環芳香族基であることがより好ましく、特に炭素数10ないし18の無置換の縮合多環芳香族基であることが好ましい。また、前記式(5)中のAが置換若しくは無置換の芳香族炭化水素の2価基であることが好ましく、炭素数6ないし18の無置換の芳香族炭化水素の2価基であることがより好ましい。 In the present invention, from the viewpoint of heat resistance and charge mobility, Ar in the formula (5) is a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group or a substituted or unsubstituted condensed polycyclic aromatic group. It is preferably an unsubstituted aromatic hydrocarbon group having 6 to 30 carbon atoms or an unsubstituted condensed polycyclic aromatic group, more preferably an unsubstituted condensed polycyclic aromatic group having 10 to 18 carbon atoms. Preferably. Further, A in the formula (5) is preferably a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon divalent group, and is an unsubstituted aromatic hydrocarbon divalent group having 6 to 18 carbon atoms. is more preferred.

また、合成が容易であることから、前記式(5)中のR~R13が水素原子であることが好ましい。 Further, it is preferable that R 1 to R 13 in the above formula (5) are hydrogen atoms because of easy synthesis.

耐熱性及び電荷移動度の観点から、本発明における好ましい実施形態の一つとして、前記式(2)中のAが置換若しくは無置換の芳香族炭化水素の2価基である化合物が挙げられる。 From the viewpoint of heat resistance and charge mobility, one preferred embodiment of the present invention is a compound in which A in the formula (2) is a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon divalent group.

例えば、前記式(2)中のAが置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基であり、且つAとArが単結合を介して互いに結合して環を形成している、下記式(6)で表される化合物が挙げられる。具体的には、後述する化合物(1-4)、(1-29)、(1-50)、(1-82)、(1-106)が挙げられる。 For example , the following formula (6 ) can be mentioned. Specific examples include compounds (1-4), (1-29), (1-50), (1-82) and (1-106) described later.

Figure 2022108268000011
Figure 2022108268000011

前記式(6)中のAr及びArは式(1)のAr~Arと同じ定義であり、式(6)中のR~R20は式(1)のR~R13と同定義である。即ち、式(6)に係わる全ての置換基としては、前記式(1)の説明で例示した基が挙げられる。 Ar 1 and Ar 2 in formula (6) have the same definitions as Ar 1 to Ar 3 in formula (1), and R 1 to R 20 in formula (6) represent R 1 to R Same definition as 13 . That is, all the substituents related to the formula (6) include the groups exemplified in the explanation of the formula (1).

本発明においては、耐熱性及び電荷移動度の観点から、前記式(6)中のAr及びArが置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基又は置換若しくは無置換の縮合多環芳香族基であることが好ましく、炭素数6ないし30の無置換の芳香族炭化水素基又は無置換の縮合多環芳香族基であることがより好ましく、特に炭素数6ないし18の無置換の芳香族炭化水素基又は無置換の縮合多環芳香族基であることが好ましい。また、前記式(6)中のAが炭素数6ないし30の置換若しくは無置換の芳香族炭化水素の2価基であることが好ましく、炭素数6ないし18の無置換の芳香族炭化水素の2価基であることがより好ましい。 In the present invention, from the viewpoint of heat resistance and charge mobility, Ar 1 and Ar 2 in the formula (6) are substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon groups or substituted or unsubstituted condensed polycyclic aromatic groups. , more preferably an unsubstituted aromatic hydrocarbon group having 6 to 30 carbon atoms or an unsubstituted condensed polycyclic aromatic group, particularly an unsubstituted aromatic hydrocarbon group having 6 to 18 carbon atoms A hydrogen group or an unsubstituted condensed polycyclic aromatic group is preferred. Further, A in the formula (6) is preferably a divalent group of a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon having 6 to 30 carbon atoms, and an unsubstituted aromatic hydrocarbon having 6 to 18 carbon atoms. A divalent group is more preferred.

また、合成が容易であることから、前記式(6)中のR~R13が水素原子であることが好ましい。 Further, it is preferable that R 1 to R 13 in the above formula (6) are hydrogen atoms because of ease of synthesis.

本発明の前記式(1)、式(2)、式(3)、式(4)、式(5)又は式(6)で表されるインドロトリフェニレン環構造を有する化合物の中で、好ましい化合物の具体例を以下に示すが、本発明は、これらの化合物に限定されるものではない。 Among the compounds having an indolotriphenylene ring structure represented by Formula (1), Formula (2), Formula (3), Formula (4), Formula (5) or Formula (6) of the present invention, preferable Specific examples of the compounds are shown below, but the present invention is not limited to these compounds.

Figure 2022108268000012
Figure 2022108268000012

Figure 2022108268000013
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Figure 2022108268000014
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Figure 2022108268000015
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Figure 2022108268000016
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Figure 2022108268000017
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Figure 2022108268000018
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Figure 2022108268000019
Figure 2022108268000019

本発明の式(1)等で表されるインドロトリフェニレン環構造を有する化合物は、公知の手法により合成することができる。具体的に、本発明の前記式(3)で表されるインドロトリフェニレン環構造を有する化合物の主骨格であるインドロトリフェニレン誘導体は、例えば、以下のように、それ自体公知の手法により合成することができる(例えば、特許文献5参照)。更に、合成したハロゲン化インドロトリフェニレン誘導体とアリールアミンを用いて、銅触媒やパラジウム触媒などを用いたカップリング反応を行うことで、本発明の前記式(3)で表されるインドロトリフェニレン環構造を有する化合物を合成することができる。 A compound having an indolotriphenylene ring structure represented by formula (1) or the like of the present invention can be synthesized by a known method. Specifically, the indolotriphenylene derivative, which is the main skeleton of the compound having the indolotriphenylene ring structure represented by the formula (3) of the present invention, is synthesized, for example, by a method known per se as follows. (See Patent Document 5, for example). Further, the synthesized halogenated indolotriphenylene derivative and the arylamine are subjected to a coupling reaction using a copper catalyst, a palladium catalyst, or the like to obtain the indolotriphenylene ring represented by the formula (3) of the present invention. A compound having a structure can be synthesized.

Figure 2022108268000020
Figure 2022108268000020

同様に、本発明の前記式(4)で表されるインドロトリフェニレン環構造を有する化合物の主骨格であるインドロトリフェニレン誘導体は、例えば、以下のように、それ自体公知の手法により合成することができる(例えば、特許文献5参照)。更に、合成したハロゲン化インドロトリフェニレン誘導体とアリールアミンを用いて、銅触媒やパラジウム触媒などを用いたカップリング反応を行うことで、本発明の前記式(4)で表されるインドロトリフェニレン環構造を有するアミン化合物を合成することができる。 Similarly, the indolotriphenylene derivative, which is the main skeleton of the compound having the indolotriphenylene ring structure represented by the formula (4) of the present invention, can be synthesized, for example, by a method known per se as follows. (see, for example, Patent Document 5). Further, the synthesized halogenated indolotriphenylene derivative and the arylamine are subjected to a coupling reaction using a copper catalyst, a palladium catalyst, or the like to give the indolotriphenylene ring represented by the formula (4) of the present invention. Amine compounds having the structure can be synthesized.

Figure 2022108268000021
Figure 2022108268000021

前記式(1)等で表されるインドロトリフェニレン環構造を有する化合物の精製は、カラムクロマトグラフィーによる精製、シリカゲル、活性炭、活性白土などによる吸着精製、溶媒による再結晶や晶析法などによって行うことができる。化合物の同定は、NMR分析によって行うことができる。物性値として、ガラス転移温度(Tg)と仕事関数の測定を行うことが好ましい。ガラス転移温度(Tg)は薄膜状態の安定性の指標となるものであり、仕事関数は正孔輸送性の指標となるものである。 Purification of the compound having an indolotriphenylene ring structure represented by formula (1) or the like is performed by purification by column chromatography, purification by adsorption using silica gel, activated carbon, activated clay, or the like, recrystallization with a solvent, crystallization, or the like. be able to. Identification of compounds can be performed by NMR analysis. As physical property values, it is preferable to measure the glass transition temperature (Tg) and the work function. The glass transition temperature (Tg) is an index of the stability of the thin film state, and the work function is an index of the hole transportability.

ガラス転移点(Tg)は、粉体を用いて高感度示差走査熱量計(ブルカー・エイエックスエス製、DSC3100SA)によって求めることができる。 The glass transition point (Tg) can be determined using powder with a high-sensitivity differential scanning calorimeter (DSC3100SA, manufactured by Bruker AXS).

仕事関数は、ITO基板の上に100nmの薄膜を作製して、イオン化ポテンシャル測定装置(住友重機械工業株式会社製、PYS-202)によって求めることができる。 The work function can be obtained by forming a thin film of 100 nm on an ITO substrate and using an ionization potential measurement device (PYS-202, manufactured by Sumitomo Heavy Industries, Ltd.).

前記式(1)等で表されるインドロトリフェニレン環構造を有する化合物は、蒸着法、スピンコート法及びインクジェット法などの公知の方法によって有機薄膜を形成することができる。また、前記式(1)等で表されるインドロトリフェニレン環構造を有する化合物は、単独で成膜してもよいが、複数種を混合して成膜することもできる。更に本発明の効果を損なわない範囲で、他の化合物と混合して成膜することもできる。 A compound having an indolotriphenylene ring structure represented by the formula (1) or the like can form an organic thin film by a known method such as a vapor deposition method, a spin coating method, an inkjet method, or the like. In addition, the compound having an indolotriphenylene ring structure represented by the above formula (1) or the like may be used alone to form a film, but it is also possible to form a film by mixing a plurality of compounds. Furthermore, it can be mixed with other compounds to form a film as long as the effect of the present invention is not impaired.

前記式(1)等で表されるインドロトリフェニレン環構造を有する化合物を含む有機薄膜は、光電変換素子、特に撮像素子への使用に適している。
光電変換素子の構成としては、例えば、順に第1電極(陽極)、第1バッファ層、光電変換層、第2電極(陰極)を有し、第1バッファ層が本発明のインドロトリフェニレン環構造を有する化合物を含む有機薄膜である構成が挙げられる。このような多層構造においては層を追加することが可能であり、例えば、順に第1電極、第1バッファ層、光電変換層、第2バッファ層、第2電極を有する構成とすることもできる。また、本発明のインドロトリフェニレン環構造を有する化合物を含む有機薄膜は、光電変換層に使用することもできる。
An organic thin film containing a compound having an indorotriphenylene ring structure represented by formula (1) or the like is suitable for use in a photoelectric conversion device, particularly an imaging device.
The structure of the photoelectric conversion element includes, for example, a first electrode (anode), a first buffer layer, a photoelectric conversion layer, and a second electrode (cathode) in that order, and the first buffer layer has the indorotriphenylene ring structure of the present invention. and a structure that is an organic thin film containing a compound having Layers can be added to such a multi-layer structure, and for example, a structure having a first electrode, a first buffer layer, a photoelectric conversion layer, a second buffer layer, and a second electrode in this order can be employed. Moreover, the organic thin film containing the compound which has an indolotriphenylene ring structure of this invention can also be used for a photoelectric conversion layer.

本発明の光電変換素子における光電変換層は、有機材料でも無機物でもよく、受光した光量に応じた信号電荷を発生することができればよい。光電変換層が有機材料の場合、その有機半導体膜は、1層であっても複数の層であってもよく、1層の場合はp型有機半導体膜、n型有機半導体膜、又はp型有機半導体及びn型有機半導体の混合膜(バルクヘテロ構造)が用いられる。また、複数の層である場合は、p型有機半導体膜、n型有機半導体膜、又はp型有機半導体及びn型有機半導体混合膜のいずれか2つ以上を積層した構造であり、層間にバッファ層を挿入することも可能である。 The photoelectric conversion layer in the photoelectric conversion element of the present invention may be made of an organic material or an inorganic material as long as it can generate signal charges according to the amount of light received. When the photoelectric conversion layer is made of an organic material, the organic semiconductor film may be a single layer or a plurality of layers. Mixed films (bulk heterostructures) of organic semiconductors and n-type organic semiconductors are used. In the case of a plurality of layers, it is a structure in which two or more of a p-type organic semiconductor film, an n-type organic semiconductor film, or a p-type organic semiconductor and n-type organic semiconductor mixed film are laminated, and a buffer is provided between the layers. It is also possible to insert layers.

本発明の光電変換素子は、素子に含まれる第1バッファ層に前記式(1)等で表されるインドロトリフェニレン環構造を有する化合物を用いることで、熱の負荷に対する安定性を得ることができる。 In the photoelectric conversion device of the present invention, stability against heat load can be obtained by using a compound having an indolotriphenylene ring structure represented by the above formula (1) or the like in the first buffer layer included in the device. can.

前記光電変換層に用いられるp型半導体はドナー性の有機半導体であり、主に正孔輸送性の有機化合物に代表され、電子を供与しやすい性質がある化合物である。
p型半導体としては、特に限定されないが、例えば、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、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、テトラセン誘導体、ペンタセン誘導体、キナクリドン誘導体、クリセン誘導体、フルオランテン誘導体、フタロシアニン誘導体、サブフタロシアニン誘導体、複素環化合物を配位子とする金属錯体、ベンゾチオフェン誘導体、ジナフトチエノチオフェン誘導体、ジアントラセノチエノチオフェン誘導体、ベンゾビスベンゾチオフェン誘導体、チエノビスベンゾチオフェン、ジベンゾチエノビスベンゾチオフェン誘導体、ジチエノベンゾジチオフェン誘導体、ジベンゾチエノジチオフェン誘導体、ベンゾジチオフェン誘導体、ナフトジチオフェン誘導体、アントラセノジチオフェン誘導体、テトラセノジチオフェン誘導体、ペンタセノジチオフェン誘導体に代表されるチエノアセン系材料やトリアリールアミン化合物、カルバゾール化合物といったアミン系誘導体、インデノカルバゾール誘導体などを挙げることができる。
The p-type semiconductor used in the photoelectric conversion layer is a donor organic semiconductor, which is mainly represented by a hole-transporting organic compound, and is a compound that easily donates electrons.
Examples of p-type semiconductors include, but are not limited to, naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, tetracene derivatives, pentacene derivatives, quinacridone derivatives, chrysene derivatives, fluoranthene derivatives, phthalocyanine derivatives, subphthalocyanine derivatives, Metal Complexes with Heterocyclic Compounds as Ligands, Benzothiophene Derivatives, Dinaphthothienothiophene Derivatives, Dianthracenothienothiophene Derivatives, Benzobisbenzothiophene Derivatives, Thienobisbenzothiophene, Dibenzothienobisbenzothiophene Derivatives, Dithienobenzone Thienoacene-based materials and triarylamine compounds typified by dithiophene derivatives, dibenzothienodithiophene derivatives, benzodithiophene derivatives, naphthodithiophene derivatives, anthracenodithiophene derivatives, tetracenodithiophene derivatives, and pentacenodithiophene derivatives, Examples include amine derivatives such as carbazole compounds, indenocarbazole derivatives, and the like.

前記光電変換層に用いられるn型有機半導体は、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、アントラセン、フラーレン、フェナントレン、テトラセン、ピレン、ペリレン、フルオランテン、又はこれらの誘導体)、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、前記したように、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。 The n-type organic semiconductor used in the photoelectric conversion layer is an acceptor organic semiconductor, which is mainly represented by an electron-transporting organic compound, and refers to an organic compound that easily accepts electrons. More specifically, it refers to an organic compound with a larger electron affinity when two organic compounds are brought into contact with each other. Therefore, any organic compound can be used as the acceptor organic compound as long as it is an electron-accepting organic compound. For example, condensed aromatic carbocyclic compounds (naphthalene, anthracene, fullerene, phenanthrene, tetracene, pyrene, perylene, fluoranthene, or derivatives thereof), 5- to 7-membered heterocyclic compounds containing nitrogen, oxygen 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, oxadiazole, imidazopyridine, pyraridine, pyrrolopyridine, thiadiazolopyridine, dibenzazepine, tribenzazepine, etc.), polyarylene compounds , fluorene compounds, cyclopentadiene compounds, silyl compounds, and metal complexes having nitrogen-containing heterocyclic compounds as ligands. As described above, any organic compound having a higher electron affinity than the organic compound used as the donor organic compound may be used as the acceptor organic semiconductor.

陽極、陰極としては一般に電極として用いられている導電材料であれば特に制限はなく、金属、金属酸化物、金属窒化物、金属硼化物、有機導電性化合物、これらの混合物等が挙げられる。具体例としては、酸化錫、酸化亜鉛、酸化インジウム、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO)、酸化インジウムタングステン(IWO)、酸化モリブデン(MoO)、酸化チタン等の導電性金属酸化物、酸化窒化チタン(TiN)、窒化チタン(TiN)等の金属窒化物、金(Au)、白金(Pt)、銀(Ag)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)、アルミニウム(Al)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、ポリアニリン、ポリチオフェン、ポリピロール等の有機導電性化合物、これらとITOとの積層物、などが挙げられる。 The anode and cathode are not particularly limited as long as they are conductive materials generally used as electrodes, and examples thereof include metals, metal oxides, metal nitrides, metal borides, organic conductive compounds, and mixtures thereof. Specific examples include conductive metal oxides such as tin oxide, zinc oxide, indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), indium tungsten oxide (IWO), molybdenum oxide (MoO), and titanium oxide. , metal nitrides such as titanium oxynitride (TiN x O x ), titanium nitride (TiN), gold (Au), platinum (Pt), silver (Ag), chromium (Cr), nickel (Ni), aluminum (Al ), mixtures or laminates of these metals with conductive metal oxides, organic conductive compounds such as polyaniline, polythiophene and polypyrrole, and laminates of these with ITO.

第2バッファ層が第2電極(陰極)と光電変換層との間に挿入されても良いが、これに用いられる材料としては、第1バッファ層に用いられる材料より仕事関数が大きい材料が好ましい。例えば、ピリジン、キノリン、アクリジン、インドール、イミダゾールベンズイミダゾール、フェナントロリンのような含窒素複素環を含む有機分子及び有機金属錯体で、更に可視光領域の吸収が少ない材料が好ましい。また、5nmから20nm程度の薄膜で形成する場合には可視光領域に吸収を有するフラーレン及びその誘導体などを用いることもできる。 A second buffer layer may be inserted between the second electrode (cathode) and the photoelectric conversion layer, and the material used for this is preferably a material having a larger work function than the material used for the first buffer layer. . For example, organic molecules and organometallic complexes containing nitrogen-containing heterocycles such as pyridine, quinoline, acridine, indole, imidazole benzimidazole, and phenanthroline, and materials with low absorption in the visible light region are preferred. Further, when forming a thin film having a thickness of about 5 nm to 20 nm, fullerene having absorption in the visible light region and derivatives thereof can be used.

以下、本発明の実施の形態について、実施例により具体的に説明するが、本発明は、以下の実施例に限定されるものではない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to examples, but the present invention is not limited to the following examples.

[実施例1]
<13-{9-(4-ビフェニリル)-9H-カルバゾール-3-イル}-10-(9-フェナントロ)-10H-フェナントロ[9,10-b]カルバゾール:化合物(1-82)の合成>
窒素置換した反応容器に、2-ブロモトリフェニレン90.8g、ベンズアミド71.7g、銅粉1.88g、亜硫酸ナトリウム4.62g、1,10-フェナントロリン5.33g、炭酸カリウム61.3g、ドデシルベンゼン200mLを加え、180℃で8時間攪拌した。85℃でトルエンを加えてろ過し、得られた固体をメタノールと水の混合溶媒に分散して1時間還流させて洗浄した。この洗浄を2回実施して、N-2-トリフェニレンベンズアミドの茶色粉体88.8g(収率88.1%)を得た。
[Example 1]
<13-{9-(4-biphenylyl)-9H-carbazol-3-yl}-10-(9-phenanthro)-10H-phenanthro[9,10-b]carbazole: synthesis of compound (1-82)>
A reaction vessel purged with nitrogen was charged with 90.8 g of 2-bromotriphenylene, 71.7 g of benzamide, 1.88 g of copper powder, 4.62 g of sodium sulfite, 5.33 g of 1,10-phenanthroline, 61.3 g of potassium carbonate, and 200 mL of dodecylbenzene. was added and stirred at 180° C. for 8 hours. Toluene was added at 85.degree. This washing was carried out twice to obtain 88.8 g of brown powder of N-2-triphenylenebenzamide (88.1% yield).

窒素置換した反応容器に、N-2-トリフェニレンベンズアミド88.8g、イソアミルアルコール480mL、水酸化カリウム71.7g、水18mL、1,4-ジオキサン18mLを加え、115℃で12.5時間攪拌した。反応液を冷却し、35%塩酸を加えて溶液のpHを7に調整後、ろ過し、得られた固体をメタノールと水の混合溶媒に分散して還流させて洗浄した。ろ過して、2-トリフェニレンアミンの灰色固体54.5g(収率87.6%)を得た。 88.8 g of N-2-triphenylenebenzamide, 480 mL of isoamyl alcohol, 71.7 g of potassium hydroxide, 18 mL of water, and 18 mL of 1,4-dioxane were added to a nitrogen-purged reactor and stirred at 115° C. for 12.5 hours. The reaction solution was cooled, 35% hydrochloric acid was added to adjust the pH of the solution to 7, and the solution was filtered. The obtained solid was dispersed in a mixed solvent of methanol and water and washed by refluxing. Filtration gave 54.5 g (87.6% yield) of 2-triphenyleneamine as a gray solid.

窒素置換した反応容器に、2-トリフェニレンアミン25.8g、1-ブロモ-2-ヨードベンゼン30.0g、トルエン250mL、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム0.97g、BINAP1.32gを加え、90℃で3時間攪拌した。ろ過助剤用いて熱ろ過した後、シリカゲルを加えて吸着精製し、ろ過後、ろ液を濃縮した。ヘキサンを加えて固体を析出させ、トルエン/アセトンを用いた晶析により精製して、(2-ブロモフェニル)-2-トリフェニレンアミンの黄土色固体16.3g(収率38.6%)を得た。 25.8 g of 2-triphenyleneamine, 30.0 g of 1-bromo-2-iodobenzene, 250 mL of toluene, 0.97 g of tris(dibenzylideneacetone) dipalladium, and 1.32 g of BINAP were added to a reaction vessel purged with nitrogen, and the mixture was heated to 90°C. and stirred for 3 hours. After hot filtration using a filter aid, silica gel was added for adsorption purification. After filtration, the filtrate was concentrated. Hexane was added to precipitate a solid, which was purified by crystallization with toluene/acetone to give 16.3 g of (2-bromophenyl)-2-triphenyleneamine as an ocher solid (38.6% yield). rice field.

窒素置換した反応容器に、(2-ブロモフェニル)-2-トリフェニレンアミン39.0g、酢酸カリウム19.2g、ジメチルアセトアミド350mL、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム2.26gを加え、157℃で7.5時間攪拌した。室温まで放冷後、水を加えて固体を析出させた。ろ過し、得られた固体をメタノール/水の混合溶媒に分散して還流させて洗浄し、次いでトルエンに分散して還流させて洗浄して、10H-フェナントロ[9,10-b]カルバゾールの灰色粉体23.6g(収率75.9%)を得た。 39.0 g of (2-bromophenyl)-2-triphenyleneamine, 19.2 g of potassium acetate, 350 mL of dimethylacetamide, and 2.26 g of tetrakis(triphenylphosphine)palladium were added to a reaction vessel purged with nitrogen, and the mixture was stirred at 157° C. for 7 hours. Stirred for 5 hours. After allowing to cool to room temperature, water was added to precipitate a solid. After filtration, the resulting solid was dispersed in a mixed solvent of methanol/water and refluxed for washing, and then dispersed in toluene and refluxed for washing to obtain a gray color of 10H-phenanthro[9,10-b]carbazole. 23.6 g of powder (yield 75.9%) was obtained.

窒素置換した反応容器に、10H-フェナントロ[9,10-b]カルバゾール18.7g、9-ブロモフェナントレン15.2g、銅粉0.37g、亜硫酸ナトリウム1.23g、1,10-フェナントロリン1.06g、炭酸カリウム12.2g、ドデシルベンゼン30mLを加え、215℃で15時間攪拌した。放冷後、クロロベンゼンを加え、120℃で熱ろ過した。ろ液にシリカゲルを加えて吸着精製し、ろ過後、ろ液を濃縮し、アセトン/メタノールで洗浄し、再度ろ過して、10-(9-フェナントロ)-10H-フェナントロ[9,10-b]カルバゾールの淡茶色粉体21.9g(収率75.5%)を得た。 18.7 g of 10H-phenanthro[9,10-b]carbazole, 15.2 g of 9-bromophenanthrene, 0.37 g of copper powder, 1.23 g of sodium sulfite and 1.06 g of 1,10-phenanthroline were placed in a reaction vessel purged with nitrogen. , 12.2 g of potassium carbonate and 30 mL of dodecylbenzene were added, and the mixture was stirred at 215° C. for 15 hours. After standing to cool, chlorobenzene was added and hot filtration was performed at 120°C. Silica gel is added to the filtrate for adsorption purification, and after filtration, the filtrate is concentrated, washed with acetone/methanol, and filtered again to obtain 10-(9-phenanthro)-10H-phenanthro[9,10-b]. 21.9 g (75.5% yield) of light brown powder of carbazole were obtained.

窒素置換した反応容器に、10-(9-フェナントロ)-10H-フェナントロ[9,10-b]カルバゾール20.9g、クロロホルム560mLを加え、60℃で完全に溶解させた後、室温まで放冷し、N-ブロモスクシンイミド7.46gを加えて1時間攪拌した。水400mLを加え、分液後、有機層に無水硫酸ナトリウムを加えて脱水し、ろ過した。ろ液を濃縮後、トルエン/アセトンを用いた晶析により精製して、13-ブロモ-10-(9-フェナントロ)-10H-フェナントロ[9,10-b]カルバゾールのベージュ色粉体13.1g(収率53.9%)を得た。 20.9 g of 10-(9-phenanthro)-10H-phenanthro[9,10-b]carbazole and 560 mL of chloroform were added to a reaction vessel purged with nitrogen, completely dissolved at 60° C., and allowed to cool to room temperature. , and N-bromosuccinimide (7.46 g) were added and stirred for 1 hour. 400 mL of water was added, and after liquid separation, anhydrous sodium sulfate was added to the organic layer for dehydration and filtration. After concentrating the filtrate, it was purified by crystallization with toluene/acetone to give 13.1 g of beige powder of 13-bromo-10-(9-phenanthro)-10H-phenanthro[9,10-b]carbazole. (yield 53.9%) was obtained.

窒素置換した反応容器に、13-ブロモ-10-(9-フェナントロ)-10H-フェナントロ[9,10-b]カルバゾール7.20g、9-(4-ビフェニリル)-3-(4,4,5,5-テトラメチル-[1,3,2]ジオキサボラン-2-イル)-9H-カルバゾール6.72g、炭酸カリウム3.48g、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム0.29g、テトラヒドロフラン720mL、水110mLを加え、65℃で9.5時間攪拌した。室温でメタノールを加えて固体を析出させ、ろ過して得られた固体をトルエンに溶解させ、シリカゲルを加えて吸着精製した。ろ過後、ろ液を濃縮し、アセトンを用いた晶析により精製して、13-{9-(4-ビフェニリル)-9H-カルバゾール-3-イル}-10-(9-フェナントロ)-10H-フェナントロ[9,10-b]カルバゾール:化合物(1-82)の淡黄色粉体7.68g(収率75.3%)を得た。 7.20 g of 13-bromo-10-(9-phenanthro)-10H-phenanthro[9,10-b]carbazole, 9-(4-biphenylyl)-3-(4,4,5 ,5-tetramethyl-[1,3,2]dioxaboran-2-yl)-9H-carbazole 6.72 g, potassium carbonate 3.48 g, tetrakis(triphenylphosphine)palladium 0.29 g, tetrahydrofuran 720 mL, water 110 mL. The mixture was added and stirred at 65° C. for 9.5 hours. Methanol was added at room temperature to precipitate a solid, the solid obtained by filtration was dissolved in toluene, and silica gel was added for adsorption purification. After filtration, the filtrate is concentrated and purified by crystallization with acetone to give 13-{9-(4-biphenylyl)-9H-carbazol-3-yl}-10-(9-phenanthro)-10H- Phenanthro[9,10-b]carbazole: 7.68 g of pale yellow powder of compound (1-82) was obtained (yield 75.3%).

得られた淡黄色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(DMSO-d)で以下の38個の水素のシグナルを検出した。δ(ppm)=9.98(1H),9.14-9.09(4H),8.72-8.69(3H),8.39-8.34(3H),8.26(1H),8.20-8.18(1H),7.99-7.12(25H).
The structure of the resulting pale yellow powder was identified using NMR.
1 H-NMR (DMSO-d 6 ) detected the following 38 hydrogen signals. δ (ppm) = 9.98 (1H), 9.14-9.09 (4H), 8.72-8.69 (3H), 8.39-8.34 (3H), 8.26 (1H ), 8.20-8.18 (1H), 7.99-7.12 (25H).

Figure 2022108268000022
Figure 2022108268000022

[実施例2]
<13-(9-フェニル-9H-カルバゾール-4’-イル)-10-(9-フェナントロ)-10H-フェナントロ[9,10-b]カルバゾール:化合物(1-83)の合成>
窒素置換した反応容器に、13-ブロモ-10-(9-フェナントロ)-10H-フェナントロ[9,10-b]カルバゾール8.50g、9-[4-(4,4,5,5-テトラメチル-[1,3,2]ジオキサボロラン-2-イル)フェニル]-9H-カルバゾール6.58g、炭酸カリウム4.10g、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム0.34g、テトラヒドロフラン850mL、水130mLを加え、65℃で11時間攪拌した。室温でメタノールを加えて固体を析出させ、ろ過して得られた固体をトルエンに溶解させ、シリカゲルを加えて吸着精製した。ろ過後、ろ液を濃縮し、アセトンとメタノールを加えて固体を析出させ、トルエン/アセトン、及びトルエン/酢酸エチルを用いた晶析により精製して、13-(9-フェニル-9H-カルバゾール-4’-イル)-10-(9-フェナントロ)-10H-フェナントロ[9,10-b]カルバゾール:化合物(1-83)の淡黄色粉体4.62g(収率38.5%)を得た。
[Example 2]
<13-(9-Phenyl-9H-carbazol-4′-yl)-10-(9-phenanthro)-10H-phenanthro[9,10-b]carbazole: synthesis of compound (1-83)>
8.50 g of 13-bromo-10-(9-phenanthro)-10H-phenanthro[9,10-b]carbazole, 9-[4-(4,4,5,5-tetramethyl -[1,3,2]dioxaborolan-2-yl)phenyl]-9H-carbazole 6.58 g, potassium carbonate 4.10 g, tetrakis(triphenylphosphine) palladium 0.34 g, tetrahydrofuran 850 mL, and water 130 mL are added, and 65 °C for 11 hours. Methanol was added at room temperature to precipitate a solid, the solid obtained by filtration was dissolved in toluene, and silica gel was added for adsorption purification. After filtration, the filtrate was concentrated, acetone and methanol were added to precipitate a solid, which was purified by crystallization using toluene/acetone and toluene/ethyl acetate to give 13-(9-phenyl-9H-carbazole- 4′-yl)-10-(9-phenanthro)-10H-phenanthro[9,10-b]carbazole: 4.62 g (yield 38.5%) of pale yellow powder of compound (1-83) was obtained. rice field.

得られた淡黄色粉体についてNMRを使用して構造を同定した。
H-NMR(CDCl)で以下の34個の水素のシグナルを検出した。δ(ppm)=9.61(1H),8.97-8.91(3H),8.77-8.76(1H),8.66-8.61(2H),8.32-8.30(1H),8.28(1H),8.20-8.18(2H),8.15(1H),8.02-8.00(3H),7.89-7.85(1H),7.79-7.69(6H),7.67-7.63(1H),7.58-7.53(3H),7.48-7.41(5H),7.34-7.30(2H),7.21-7.20(1H).
The structure of the resulting pale yellow powder was identified using NMR.
1 H-NMR (CDCl 3 ) detected the following 34 hydrogen signals. δ (ppm) = 9.61 (1H), 8.97-8.91 (3H), 8.77-8.76 (1H), 8.66-8.61 (2H), 8.32-8 .30 (1H), 8.28 (1H), 8.20-8.18 (2H), 8.15 (1H), 8.02-8.00 (3H), 7.89-7.85 ( 1H), 7.79-7.69 (6H), 7.67-7.63 (1H), 7.58-7.53 (3H), 7.48-7.41 (5H), 7.34 -7.30 (2H), 7.21-7.20 (1H).

Figure 2022108268000023
Figure 2022108268000023

[実施例3]
〈ガラス転移温度の測定〉
実施例1の化合物(1-82)、及び実施例2の化合物(1-83)について、高感度示差走査熱量計(ブルカー・エイエックスエス製、DSC3100SA)によってガラス転移温度を測定した。また高ガラス転移温度の化合物である下記構造のEBL-1(特許文献1を参照)、EBL-2(特許文献3を参照)についても同様に測定を行った。結果を表1にまとめて示す。
[Example 3]
<Measurement of glass transition temperature>
The glass transition temperatures of the compound (1-82) of Example 1 and the compound (1-83) of Example 2 were measured with a high-sensitivity differential scanning calorimeter (DSC3100SA, manufactured by Bruker AXS). Similar measurements were also performed on EBL-1 (see Patent Document 1) and EBL-2 (see Patent Document 3) having the following structures, which are compounds with a high glass transition temperature. The results are summarized in Table 1.

Figure 2022108268000024
Figure 2022108268000024

Figure 2022108268000025
Figure 2022108268000025

Figure 2022108268000026
Figure 2022108268000026

化合物(1-82)と化合物(1-83)のガラス転移温度はそれぞれ215℃、214℃と高く、薄膜状態が安定であることを示している。また化合物(1-82)と化合物(1-83)のガラス転移温度はEBL-1、EBL-2と比較しても高く、EBL-1、EBL-2の代わりに化合物(1-82)及び化合物(1-83)を用いることで、より熱安定性に優れた素子が作製可能であることが分かる。 The glass transition temperatures of compound (1-82) and compound (1-83) are as high as 215° C. and 214° C., respectively, indicating that the thin film state is stable. In addition, the glass transition temperatures of compounds (1-82) and (1-83) are higher than those of EBL-1 and EBL-2, and instead of EBL-1 and EBL-2, compounds (1-82) and It can be seen that the use of the compound (1-83) makes it possible to manufacture an element with better thermal stability.

[実施例4]
〈仕事関数の測定〉
実施例1の化合物(1-82)及び実施例2の化合物(1-83)、並びに前記比較化合物EBL-1及びEBL-2を用い、ITO基板の上に膜厚100nmの蒸着膜を形成して評価用基板を作製した。この評価用基板を用いて、イオン化ポテンシャル測定装置(住友重機械工業株式会社、PYS-202)によって仕事関数を測定した。結果を表2にまとめて示す。
[Example 4]
<Measurement of work function>
Using the compound (1-82) of Example 1 and the compound (1-83) of Example 2, and the comparative compounds EBL-1 and EBL-2, a deposited film having a thickness of 100 nm was formed on an ITO substrate. A substrate for evaluation was produced by Using this substrate for evaluation, the work function was measured with an ionization potential measuring device (Sumitomo Heavy Industries, Ltd., PYS-202). Table 2 summarizes the results.

Figure 2022108268000027
Figure 2022108268000027

化合物(1-82)と化合物(1-83)は、好適な正孔輸送材料とされているカルバゾール化合物などの仕事関数5.3~6.0eVと同等なエネルギー準位を有しており、良好な正孔輸送能力を有していることが分かる。 The compound (1-82) and the compound (1-83) have a work function of 5.3 to 6.0 eV and an energy level equivalent to that of a carbazole compound or the like, which is considered to be a suitable hole-transporting material. It can be seen that it has good hole transport ability.

[実施例5]
〈正孔移動度の測定〉
実施例1の化合物(1-82)及び実施例2の化合物(1-83)、並びに前記比較化合物EBL-2を用い、真空蒸着法により、ITO付きガラス基板上に膜厚3~4μmとなるよう成膜した。続けてアルミニウムを膜厚100nm程度となるよう成膜することで、正孔移動度測定用の素子を作成した。この素子を、水分や酸素の吸着による劣化が起こらないように、窒素雰囲気中で有機EL用水分ゲッターシートを貼り付けたガラスキャップで封止した。
[Example 5]
<Measurement of hole mobility>
Using the compound (1-82) of Example 1, the compound (1-83) of Example 2, and the comparative compound EBL-2, a film thickness of 3 to 4 μm is formed on a glass substrate with ITO by a vacuum deposition method. A film was formed as follows. Subsequently, an aluminum film was formed to a film thickness of about 100 nm to prepare an element for hole mobility measurement. This element was sealed in a nitrogen atmosphere with a glass cap to which a moisture getter sheet for organic EL was adhered so as to prevent deterioration due to adsorption of moisture and oxygen.

前記素子を用いて、過渡光電流測定装置により下記の条件で正孔移動度を測定した。結果を表3にまとめて示す。 Using the device, the hole mobility was measured by a transient photocurrent measuring device under the following conditions. Table 3 summarizes the results.

(測定条件)
装置:タイムオブフライト測定装置TOF―401(オプテル社製)
励起光源:窒素レーザ(337.1nm)
光パルス幅:1nsec以下
測定面積:0.04cm
試料温度:25℃
負荷抵抗:50Ω
電界強度:0.25MV/cm
(Measurement condition)
Device: Time-of-flight measurement device TOF-401 (manufactured by Optel)
Excitation light source: nitrogen laser (337.1 nm)
Optical pulse width: 1 nsec or less Measurement area: 0.04 cm 2
Sample temperature: 25°C
Load resistance: 50Ω
Electric field strength: 0.25MV/cm

Figure 2022108268000028
Figure 2022108268000028

化合物(1-82)と化合物(1-83)の正孔移動度は、それぞれ3.1×10-4、4.0×10-4cm/Vsと高い値であった。また比較化合物EBL-2の正孔移動度8.2×10-5と比べても6倍以上高い値であった。これはインドロトリフェニレン構造によってπ共役が拡張され、サイト間のホッピング伝導が効率的になった結果である。本発明の前記式(1)等で表されるインドロトリフェニレン環構造を有する化合物を含む有機薄膜を光電変換素子に用いることで、光電変換層で発生した正孔を効果的に取り出すことができ、応答性及び変換効率の改善が可能であることが分かる。 The hole mobilities of compound (1-82) and compound (1-83) were as high as 3.1×10 −4 and 4.0×10 −4 cm 2 /Vs, respectively. It was also at least 6 times higher than the hole mobility of comparative compound EBL-2, which was 8.2×10 −5 . This is because the indolotriphenylene structure extends the π conjugation and makes the intersite hopping conduction efficient. By using an organic thin film containing a compound having an indorotriphenylene ring structure represented by the formula (1) or the like of the present invention in a photoelectric conversion element, holes generated in the photoelectric conversion layer can be effectively extracted. , responsiveness and conversion efficiency can be improved.

[実施例6]
〈単電荷輸送素子(HOD)の評価〉
ガラス基板上に透明陽極としてITO電極をあらかじめ形成したものの上に、正孔注入層として酸化モリブデンを50nmになるように真空蒸着法にて成膜し、その正孔注入層の上に、実施例1の化合物(1-82)及び実施例2の化合物(1-83)、並びに前記比較化合物EBL-1及びEBL-2を100nmになるように真空蒸着法にて成膜した。続けて陰極としてアルミニウムを100nm蒸着することで、HODを作成した。
[Example 6]
<Evaluation of Single Charge Transport Device (HOD)>
Molybdenum oxide was formed as a hole injection layer to a thickness of 50 nm by vacuum deposition on a glass substrate on which an ITO electrode was previously formed as a transparent anode. The compound (1-82) of Example 1, the compound (1-83) of Example 2, and the comparative compounds EBL-1 and EBL-2 were deposited by vacuum deposition to a thickness of 100 nm. Subsequently, a HOD was created by vapor-depositing aluminum as a cathode to a thickness of 100 nm.

前記単電荷輸送素子(HOD)について、ソースメータ測定器(ケースレー2635B,KEITHLEY社製)を用いて、-3Vの逆バイアス条件で暗状態のリーク電流を測定した。また、これらのHODを窒素雰囲気下のグローブボックス内で190℃のホットプレートで3時間加熱した後、同様にして暗状態のリーク電流を測定した。結果を表4にまとめて示す。 For the above-described single charge transport device (HOD), a source meter measuring instrument (Keithley 2635B, manufactured by KEITHLEY) was used to measure the leakage current in the dark state under −3V reverse bias conditions. Also, these HODs were heated on a hot plate at 190° C. for 3 hours in a glove box under a nitrogen atmosphere, and then the leak current in the dark state was similarly measured. The results are summarized in Table 4.

Figure 2022108268000029
Figure 2022108268000029

化合物(1-82)及び化合物(1-83)を用いたHODは、EBL-1及びEBL-2を用いたHODと比べて、-3V印加時のリーク電流は少なく、また加熱後の素子においても、リーク電流の上昇が抑えられている。これはインドロトリフェニレン構造を有する化合物が良好な正孔輸送能力を持ち、更に高いガラス転移温度を持つことに起因している。 HOD using compound (1-82) and compound (1-83) has less leakage current when −3 V is applied than HOD using EBL-1 and EBL-2, and in the element after heating Also, an increase in leakage current is suppressed. This is because compounds having an indolotriphenylene structure have a good hole-transporting ability and a high glass transition temperature.

即ち、本発明の式(1)等で表されるインドロトリフェニレン構造を有する化合物を含む有機薄膜は、優れた耐熱性、電荷輸送性を持つ有機薄膜であり、各種の光電変換素子に適用できる。 That is, the organic thin film containing the compound having an indolotriphenylene structure represented by the formula (1) or the like of the present invention is an organic thin film having excellent heat resistance and charge transport properties, and can be applied to various photoelectric conversion devices. .

[実施例7]
〈光電変換素子の評価〉
光電変換素子は、図1に示すように、ガラス基板1上に透明陽極2としてITO電極をあらかじめ形成したものの上に、第一バッファ層3、光電変換層4、金属陰極5の順に蒸着して作製した。
[Example 7]
<Evaluation of photoelectric conversion element>
As shown in FIG. 1, the photoelectric conversion element is formed by vapor-depositing a first buffer layer 3, a photoelectric conversion layer 4, and a metal cathode 5 in this order on a glass substrate 1 on which an ITO electrode is formed in advance as a transparent anode 2. made.

具体的には、透明陽極2であるITOを成膜したガラス基板1をイソプロピルアルコール中にて超音波洗浄を20分間行った後、200℃に加熱したホットプレート上にて10分間乾燥を行った。その後、UVオゾン処理を15分間行った後、このITO付きガラス基板を真空蒸着機内に取り付け、0.0001Pa以下まで減圧した。続いて、透明陽極2を覆うように第一バッファ層3として、実施例1の化合物(1-82)を膜厚が5nmとなるように蒸着した。この第一バッファ層3の上に、光電変換層4として下記構造式のp型半導体(SubPC)と下記構造式のn型半導体(C60)とを、蒸着速度比がSubPC:C60=50:50となる蒸着速度で二元蒸着し、膜厚が100nmとなるように形成した。この光電変換層4の上に、金属陰極5として金を膜厚100nmとなるように形成した。
作製した光電変換素子の評価結果を表5にまとめて示した。
Specifically, the glass substrate 1 on which ITO, which is the transparent anode 2, was subjected to ultrasonic cleaning in isopropyl alcohol for 20 minutes, and then dried on a hot plate heated to 200° C. for 10 minutes. . Then, after performing UV ozone treatment for 15 minutes, this ITO-coated glass substrate was mounted in a vacuum deposition machine, and the pressure was reduced to 0.0001 Pa or less. Subsequently, as the first buffer layer 3, the compound (1-82) of Example 1 was vapor-deposited to a thickness of 5 nm so as to cover the transparent anode 2. Next, as shown in FIG. On the first buffer layer 3, a p-type semiconductor (SubPC) having the following structural formula and an n-type semiconductor (C60) having the following structural formula were deposited as the photoelectric conversion layer 4 at a deposition rate ratio of SubPC:C60=50:50. Two-source vapor deposition was performed at a vapor deposition rate of 100 nm. Gold was formed as a metal cathode 5 on the photoelectric conversion layer 4 so as to have a film thickness of 100 nm.
Table 5 summarizes the evaluation results of the produced photoelectric conversion elements.

Figure 2022108268000030
Figure 2022108268000030

Figure 2022108268000031
Figure 2022108268000031

[実施例8]
実施例7において、第1バッファ層3の材料とした化合物(1-82)の代わりに、実施例2の化合物(1-83)を用いた以外は同様にして光電変換素子を作製し、電気特性を評価した。測定結果を表5にまとめて示した。
[Example 8]
A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 7, except that the compound (1-83) of Example 2 was used instead of the compound (1-82) used as the material for the first buffer layer 3. properties were evaluated. Table 5 summarizes the measurement results.

[比較例1]
比較として、実施例7において、第1バッファ層3の材料とした化合物(1-82)の代わりに、前記比較化合物EBL-1を用いた以外は同様にして光電変換素子を作製し、電気特性を評価した。測定結果を表5にまとめて示した。
[Comparative Example 1]
For comparison, a photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 7, except that the comparative compound EBL-1 was used instead of the compound (1-82) used as the material for the first buffer layer 3, and the electrical characteristics were evaluated. Table 5 summarizes the measurement results.

実施例7と実施例8、及び比較例1で作製した有機光電変換素子の分光感度、及び明電流について、分光感度測定装置を用いて、下記測定条件により測定した。測定時の特定波長における放射照度は、Siフォトダイオード(S1337-1010BQ、浜松フォトニクス社製)を用いて校正した。暗電流について、光電変換素子への分光放射照度をゼロにして、同様のバイアス条件で電流値を測定した。 The spectral sensitivity and bright current of the organic photoelectric conversion elements produced in Examples 7 and 8 and Comparative Example 1 were measured using a spectral sensitivity measuring device under the following measurement conditions. The irradiance at a specific wavelength during measurement was calibrated using a Si photodiode (S1337-1010BQ, manufactured by Hamamatsu Photonics). Regarding the dark current, the spectral irradiance to the photoelectric conversion element was set to zero, and the current value was measured under the same bias conditions.

(測定条件)
装置:分光感度測定装置SM-250A(分光計器社製)
光源:キセノン150W
分光放射照度:2.0mW/cm(550nm)
有効照射面積:10×10mm
受光面積:0.04cm
面内不均一性:±5%以内
ソースメータ:ケースレー2635B(KEITHLEY社製)
印加バイアス:-1~-3V
(Measurement condition)
Apparatus: Spectral sensitivity measurement apparatus SM-250A (manufactured by Spectrometer Co., Ltd.)
Light source: Xenon 150W
Spectral irradiance: 2.0 mW/cm 2 (550 nm)
Effective irradiation area: 10 x 10mm
Light receiving area: 0.04 cm 2
In-plane non-uniformity: within ±5% Source meter: Keithley 2635B (manufactured by KEITHLEY)
Applied bias: -1 to -3V

Figure 2022108268000032
Figure 2022108268000032

表5に示すように、-3V印加時における暗電流は、比較例1の素子が-5.4×10-7A/cmに対して、実施例7と実施例8の素子はそれぞれ-1.2×10-8A/cm、-5.1×10-9A/cmと1ケタ以上低い暗電流を実現した。また-3V印加時の変換効率EQEにおいても、比較例1の素子が58%に対して、実施例7と実施例8の素子はそれぞれ66%、67%と向上している。素子における-1V及び-2Vのバイアス印加時にも、実施例7と実施例8の素子は比較例1の素子と比べ、低い暗電流と高い変換効率EQEが示されている。このことは、インドロトリフェニレン構造を有する化合物の高い電子ブロッキング性と良好なホール輸送性により、光電変換素子の暗電流特性と変換効率を大幅に改善できることを示している。 As shown in Table 5, the dark current when −3 V was applied was −5.4×10 −7 A/cm 2 in the element of Comparative Example 1, and −10 −7 A/cm 2 in the elements of Examples 7 and 8, respectively. A dark current of 1.2×10 −8 A/cm 2 and −5.1×10 −9 A/cm 2 , which is one order of magnitude lower, was realized. Also, the conversion efficiency EQE at −3 V application is 58% for the element of Comparative Example 1, and 66% and 67% for the elements of Examples 7 and 8, respectively. Compared to the device of Comparative Example 1, the devices of Example 7 and Example 8 exhibit a lower dark current and a higher conversion efficiency EQE even when a bias of -1 V and -2 V is applied to the device. This indicates that the high electron-blocking property and good hole-transporting property of the compound having the indolotriphenylene structure can significantly improve the dark current characteristics and conversion efficiency of the photoelectric conversion device.

以上の結果から、本発明の式(1)等で表されるインドロトリフェニレン構造を有する化合物を含む有機薄膜を用いた光電変換素子は、有機光電変換素子のブロッキング層に必要なHOMO値、高い耐熱性、十分な高移動度を有していることが分かる。 From the above results, the photoelectric conversion element using the organic thin film containing the compound having an indolotriphenylene structure represented by the formula (1) of the present invention has a high HOMO value required for the blocking layer of the organic photoelectric conversion element. It can be seen that it has heat resistance and sufficiently high mobility.

本発明により、耐熱性が高く、電荷移動度の良好な有機薄膜は各種の光電変換素子に適用できるため、良い暗電流特性と変換効率を有する光電変換素子、特に撮像素子、及びこれを用いる光センサーを提供できる。

According to the present invention, an organic thin film having high heat resistance and good charge mobility can be applied to various photoelectric conversion devices. We can provide sensors.

Claims (10)

下記式(1)で表される化合物を含む、光電変換素子に用いる有機薄膜。
Figure 2022108268000033

(式中、Aは、単結合、置換若しくは無置換の芳香族炭化水素の2価基、置換若しくは無置換の芳香族複素環の2価基又は置換若しくは無置換の縮合多環芳香族の2価基を表し、
Ar~Arは、相互に同一でも異なってもよく、置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基、置換若しくは無置換の芳香族複素環基又は置換若しくは無置換の縮合多環芳香族基を表し、
AとAr、AとAr、及びArとArは、単結合、置換若しくは無置換のメチレン基、酸素原子又は硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよく、
~R13は、相互に同一でも異なってもよく、水素原子、重水素原子、フッ素原子、塩素原子、シアノ基、ニトロ基、置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキル基、置換基を有していてもよい炭素原子数2ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルケニル基、置換基を有していてもよい炭素原子数1ないし6の直鎖状若しくは分岐状のアルキルオキシ基、置換基を有していてもよい炭素原子数5ないし10のシクロアルキルオキシ基、置換若しくは無置換の芳香族炭化水素基、置換若しくは無置換の芳香族複素環基、置換若しくは無置換の縮合多環芳香族基又は置換若しくは無置換のアリールオキシ基を表し、
隣接するR~R13は、単結合、置換若しくは無置換のメチレン基、酸素原子又は硫黄原子を介して互いに結合して環を形成してもよい。)
An organic thin film for use in a photoelectric conversion device, containing a compound represented by the following formula (1).
Figure 2022108268000033

(Wherein, A is a single bond, a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon divalent group, a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic divalent group, or a substituted or unsubstituted condensed polycyclic aromatic divalent group represents a valence group,
Ar 1 to Ar 3 , which may be the same or different, are substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon groups, substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic groups or substituted or unsubstituted condensed polycyclic aromatic groups. represent,
A and Ar 2 , A and Ar 3 , and Ar 2 and Ar 3 may be bonded to each other through a single bond, a substituted or unsubstituted methylene group, an oxygen atom or a sulfur atom to form a ring;
R 1 to R 13 , which may be the same or different, are hydrogen atom, deuterium atom, fluorine atom, chlorine atom, cyano group, nitro group, and optionally substituted carbon atoms of 1 to 6 A linear or branched alkyl group, an optionally substituted cycloalkyl group having 5 to 10 carbon atoms, and an optionally substituted linear chain having 2 to 6 carbon atoms or a branched alkenyl group, an optionally substituted C 1-6 linear or branched alkyloxy group, an optionally substituted C 5-10 represents a cycloalkyloxy group, a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group, a substituted or unsubstituted aromatic heterocyclic group, a substituted or unsubstituted condensed polycyclic aromatic group or a substituted or unsubstituted aryloxy group,
Adjacent R 1 to R 13 may be bonded to each other via a single bond, a substituted or unsubstituted methylene group, an oxygen atom or a sulfur atom to form a ring. )
前記式(1)で表される化合物が、下記式(2)で表される化合物である、請求項1に記載の有機薄膜。
Figure 2022108268000034

(式中のA、Ar~Ar、及びR~R13は、式(1)中の定義と同一である。)
2. The organic thin film according to claim 1, wherein the compound represented by the formula (1) is a compound represented by the following formula (2).
Figure 2022108268000034

(A, Ar 1 to Ar 3 and R 1 to R 13 in the formula are the same as defined in formula (1).)
前記式(1)で表される化合物が、下記式(3)で表される化合物である、請求項1に記載の有機薄膜。
Figure 2022108268000035

(式中のA、Ar~Ar、及びR~R13は、式(1)中の定義と同一である。)
2. The organic thin film according to claim 1, wherein the compound represented by the formula (1) is a compound represented by the following formula (3).
Figure 2022108268000035

(A, Ar 1 to Ar 3 and R 1 to R 13 in the formula are the same as defined in formula (1).)
前記式(1)で表される化合物が、下記式(4)で表される化合物である、請求項1に記載の有機薄膜。
Figure 2022108268000036

(式中のA、Ar~Ar、及びR~R13は、式(1)中の定義と同一である。)
2. The organic thin film according to claim 1, wherein the compound represented by the formula (1) is a compound represented by the following formula (4).
Figure 2022108268000036

(A, Ar 1 to Ar 3 and R 1 to R 13 in the formula are the same as defined in formula (1).)
前記式(2)で表される化合物が、下記式(5)で表される化合物である、請求項2に記載の有機薄膜。
Figure 2022108268000037

(式中、Aは、式(1)のAの定義と同じであり、Arは、式(1)のAr~Arと同じ定義であり、R~R21は、式(1)のR~R13と同じ定義である。)
3. The organic thin film according to claim 2, wherein the compound represented by the formula (2) is a compound represented by the following formula (5).
Figure 2022108268000037

(In the formula, A has the same definition as A in formula (1), Ar has the same definition as Ar 1 to Ar 3 in formula (1), and R 1 to R 21 have the same definition as in formula (1). It is the same definition as R 1 to R 13 of
前記式(2)で表される化合物が、下記式(6)で表される化合物である、請求項2に記載の有機薄膜。
Figure 2022108268000038

(式中、Ar及びArは、式(1)のAr~Arと同じ定義であり、R~R20は、式(1)のR~R13と同じ定義である。)
3. The organic thin film according to claim 2, wherein the compound represented by the formula (2) is a compound represented by the following formula (6).
Figure 2022108268000038

(In the formula, Ar 1 and Ar 2 have the same definitions as Ar 1 to Ar 3 in formula (1), and R 1 to R 20 have the same definitions as R 1 to R 13 in formula (1). )
少なくとも陽極とバッファ層と光電変換層と陰極とがこの順で積層される光電変換素子であって、請求項1~6のいずれか1項に記載の有機薄膜を含む光電変換素子。 A photoelectric conversion element comprising at least an anode, a buffer layer, a photoelectric conversion layer and a cathode laminated in this order, the photoelectric conversion element comprising the organic thin film according to any one of claims 1 to 6. 前記有機薄膜をバッファ層として含む、請求項7に記載の光電変換素子。 8. The photoelectric conversion device according to claim 7, comprising said organic thin film as a buffer layer. 前記有機薄膜を光電変換層として含む、請求項7に記載の光電変換素子。 8. The photoelectric conversion device according to claim 7, comprising said organic thin film as a photoelectric conversion layer. 請求項7~9のいずれか1項に記載の光電変換素子を有する撮像素子。
An imaging device comprising the photoelectric conversion device according to any one of claims 7 to 9.
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