JP6478279B2 - Organic polycyclic aromatic compounds and uses thereof - Google Patents
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Description
本発明は新規な有機多環芳香族化合物、およびそれらの有機エレクトロニクス材料としての応用に関する。 The present invention relates to novel organic polycyclic aromatic compounds and their application as organic electronics materials.
近年、有機エレクトロニクスデバイスへの関心が高まっている。その特徴としてはフレキシブルな構造をとり、大面積化が可能である事、更にはエレクトロニクスデバイス製造プロセスにおいて安価で高速の印刷方法を可能にすることが挙げられる。代表的なデバイスとしては有機EL(エレクトロルミネッセンス)素子、有機太陽電池素子、有機光電変換素子、有機トランジスタ素子などが挙げられる。有機EL素子はフラットパネルディスプレイとして次世代ディスプレイ用途のメインターゲットとして期待され、携帯電話のディスプレイからTV(テレビ受像機)などへ応用され、更に高機能化を目指した開発が継続されている。有機太陽電池素子などはフレキシブルで安価なエネルギー源として、有機トランジスタ素子などはフレキシブルなディスプレイや安価なIC(集積回路)へと研究開発がなされている。 In recent years, interest in organic electronics devices has increased. Its features include a flexible structure and a large area, and further enabling an inexpensive and high-speed printing method in the electronic device manufacturing process. Typical devices include organic EL (electroluminescence) elements, organic solar cell elements, organic photoelectric conversion elements, organic transistor elements, and the like. Organic EL elements are expected as a main target for next-generation display applications as flat panel displays, and are applied from mobile phone displays to TVs (TV receivers), etc., and developments aiming at further enhancement of functionality are being continued. Research and development have been made on organic solar cell elements as flexible and inexpensive energy sources, and organic transistor elements on flexible displays and inexpensive ICs (integrated circuits).
有機エレクトロニクスデバイスの開発には、そのデバイスを構成する材料の開発が非常に重要である。そのため各分野において数多くの材料が検討されているが、十分な性能を有しているとは言えず、現在でも各種デバイスに有用な材料の開発が精力的に行われている。その中で、ベンゾトリチオフェンを母骨格とした化合物も、有機エレクトロニクス材料として開発されており、有機トランジスタ(特許文献1、2、非特許文献1)や、有機EL(特許文献1、2)、薄膜太陽電池(特許文献1、非特許文献2)、色素増感太陽電池(特許文献3)などへの応用が報告されている。しかしながら、これらの材料でも十分な性能を有しているとは言えず、商業的に活用されるに至っていない。したがって、さらに高性能な有機エレクトロニクス材料の開発が重要である。
In developing an organic electronic device, it is very important to develop a material constituting the device. For this reason, many materials have been studied in each field, but they cannot be said to have sufficient performance, and even now, materials that are useful for various devices are being actively developed. Among them, compounds having benzotrithiophene as a mother skeleton have also been developed as organic electronics materials, such as organic transistors (
一方、近年の有機エレクトロニクスの中で、有機光電変換素子は、次世代の撮像素子への展開が期待されており、いくつかのグループからその報告がなされている。例えば、キナクリドン誘導体、もしくはキナゾリン誘導体を光電変換素子に用いた例(特許文献4)、キナクリドン誘導体を用いた光電変換素子を撮像素子へ応用した例(特許文献5)、ジケトピロロピロール誘導体を用いた例(特許文献6)がある。一般的に、撮像素子は、高コントラスト化、省力化を目的として、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る。そこで、暗時の光電変換部からのリーク電流を減らす為、光電変換部と電極部間に、正孔ブロック層、もしくは電子ブロック層を挿入する手法が取られる。また、信号電流向上のために、正孔輸送層、もしくは電子輸送層を挿入する手法が取られる。 On the other hand, in recent organic electronics, organic photoelectric conversion elements are expected to be developed into next-generation imaging elements, and reports have been made by several groups. For example, an example in which a quinacridone derivative or a quinazoline derivative is used as a photoelectric conversion element (Patent Document 4), an example in which a photoelectric conversion element using a quinacridone derivative is applied to an imaging element (Patent Document 5), and a diketopyrrolopyrrole derivative There is an example (Patent Document 6). In general, it is considered that the performance of an imaging device is improved by aiming at reduction of dark current for the purpose of high contrast and labor saving. Therefore, in order to reduce the leakage current from the photoelectric conversion part in the dark, a technique of inserting a hole block layer or an electron block layer between the photoelectric conversion part and the electrode part is taken. In order to improve the signal current, a method of inserting a hole transport layer or an electron transport layer is taken.
正孔ブロック層、電子ブロック層、正孔輸送層、及び電子輸送層は、有機エレクトロニクスデバイスの分野では一般に広く用いられており、それぞれ、デバイスの構成膜中において、電極もしくは導電性を有する膜と、それ以外の膜の界面に配置され、正孔もしくは電子の移動及び逆移動を制御する機能を有する膜であり、不必要な正孔もしくは電子の漏れや量のバランスを調整するものであり、デバイスの用途により、耐熱性、透過波長、成膜方法等の特性を考慮し、選択して用いるものである。しかしながら、特に光電変換素子用途の材料の要求性能は高く、これまでのブロック層や輸送層では、リーク電流防止特性プロセス温度に対する耐熱性、可視光透明性などの面で、十分な性能を有しているとは言えず、商業的に活用されるに至っていない。 A hole blocking layer, an electron blocking layer, a hole transporting layer, and an electron transporting layer are generally widely used in the field of organic electronic devices, and each of the constituent films of the device includes an electrode or a conductive film. The film is disposed at the interface of the other film, and has a function of controlling the movement and reverse movement of holes or electrons, and adjusts the balance of unnecessary hole or electron leakage and amount, Depending on the application of the device, it is selected and used in consideration of characteristics such as heat resistance, transmission wavelength, and film forming method. However, the required performance of materials especially for photoelectric conversion elements is high, and conventional block layers and transport layers have sufficient performance in terms of leakage current prevention characteristics, heat resistance to process temperature, transparency to visible light, etc. It cannot be said that it has been used commercially.
本発明の目的は、有機エレクトロニクスデバイスに使用することが可能な、新規な有機多環芳香族化合物を提供することにある。さらに詳しくは、有機EL素子、有機太陽電池素子、有機トランジスタ素子、光電変換素子などの有機エレクトロニクスデバイスに応用可能な下記式(1)で表される有機多環芳香族化合物を提供することにある。特に光電変換素子をはじめとする、種々の有機エレクトロニクスデバイス用途の材料は、正孔もしくは電子リーク防止特性、プロセス温度に対する耐熱性、可視光透明性等の要求性能が高く、十分な性能を有する材料を提供することが求められている。 An object of the present invention is to provide a novel organic polycyclic aromatic compound that can be used in an organic electronic device. More specifically, it is to provide an organic polycyclic aromatic compound represented by the following formula (1) applicable to organic electronic devices such as organic EL elements, organic solar cell elements, organic transistor elements, and photoelectric conversion elements. . In particular, materials for various organic electronics devices, including photoelectric conversion elements, have high performance requirements such as hole or electron leakage prevention characteristics, heat resistance to process temperature, and visible light transparency, and have sufficient performance. Is required to provide.
本発明者は、上記課題を解決すべく、新規な有機多環芳香族化合物を開発し、更にその有機エレクトロニクスデバイスとしての可能性を検討し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、下記の通りである。
[1] 下記一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物。
[2]前項[1]に記載の有機多環芳香族化合物からなる有機半導体材料。
[3]前項[2]に記載の有機半導体材料を含む薄膜。
[4]前項[3]に記載の薄膜からなる正孔ブロック層。
[5]前項[3]に記載の薄膜からなる電子ブロック層。
[6]前項[3]に記載の薄膜からなる正孔輸送層。
[7]前項[3]に記載の薄膜からなる電子輸送層。
[8]前項[2]に記載の有機半導体材料を含む有機エレクトロニクスデバイス。
[9]前項[3]に記載の薄膜、及び前項[4]乃至[7]に記載の層を含む有機エレクトロニクスデバイス
[10]前項[8]又は[9]に記載の有機エレクトロニクスデバイスを含む光電変換素子。
[11]前項[10]記載の光電変換素子を、複数、アレイ状に配置した撮像素子。
[12]前項[10]に記載の光電変換素子を含む光センサー。
[13]前項[10]に記載の光電変換素子を含む撮像素子。
In order to solve the above-mentioned problems, the present inventor has developed a novel organic polycyclic aromatic compound, studied the possibility as an organic electronic device, and completed the present invention.
That is, the present invention is as follows.
[1] An organic polycyclic aromatic compound represented by the following general formula (1).
[2] An organic semiconductor material comprising the organic polycyclic aromatic compound according to [1].
[3] A thin film comprising the organic semiconductor material according to [2].
[4] A hole blocking layer comprising the thin film according to [3] above.
[5] An electronic block layer comprising the thin film as described in [3] above.
[6] A hole transport layer comprising the thin film according to [3] above.
[7] An electron transport layer comprising the thin film according to [3].
[8] An organic electronic device including the organic semiconductor material according to [2].
[9] Organic electronic device including the thin film according to [3] above and the layer according to [4] to [7] above [10] Photoelectric including the organic electronic device according to [8] or [9] above Conversion element.
[11] An image sensor in which a plurality of the photoelectric conversion elements according to [10] are arranged in an array.
[12] An optical sensor including the photoelectric conversion element according to [10] above.
[13] An imaging device including the photoelectric conversion device according to [10].
本発明は新規な有機多環芳香族化合物に関するものであるが、当該化合物は良好な半導体特性を有するため、これを用いることにより、新しい有機エレクトロニクスデバイス、光電変換素子、撮像素子、及び光センサーを提供することが可能となる。 The present invention relates to a novel organic polycyclic aromatic compound. Since the compound has good semiconductor properties, a new organic electronic device, photoelectric conversion element, imaging element, and optical sensor can be obtained by using the compound. It becomes possible to provide.
以下に本発明を詳細に説明する。
下記一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物について説明する。
The organic polycyclic aromatic compound represented by the following general formula (1) will be described.
式中のR1〜R6の少なくとも一つのアリール基が、トリフルオロメチル基の他に有してもよい置換基としては、アリール基、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、メルカプト基、アルキルチオ基、ニトロ基、置換アミノ基、アミド基、アシル基、カルボキシル基、アシルオキシ基、スルホ基、スルファモイル基、アルキルスルファモイル基、カルバモイル基、またはアルキルカルバモイル基が挙げられる。アルキル基としては、メチル基、エチル基、ノルマルプロピル基、イソプロピル基、ノルマルブチル基、イソブチル基、ターシャリーブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、へプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基などが挙げられる。シクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。ハロゲン基としては、フルオロ基、クロロ基、ブロモ基、ヨード基が挙げられる。アルコキシ基としては、酸素原子に上記アルキル基が結合したものが挙げられるが、酸素原子の数、位置、分岐数は問わない。またR1〜R6が有しても良い置換基の数に特に制限は無く、また化合物中で異なる置換基を有することもできる。 The substituent that at least one aryl group of R 1 to R 6 in the formula may have in addition to the trifluoromethyl group includes an aryl group, an alkyl group, a cycloalkyl group, a halogen group, a hydroxy group, and an alkoxy group. Group, mercapto group, alkylthio group, nitro group, substituted amino group, amide group, acyl group, carboxyl group, acyloxy group, sulfo group, sulfamoyl group, alkylsulfamoyl group, carbamoyl group, or alkylcarbamoyl group. Alkyl groups include methyl, ethyl, normal propyl, isopropyl, normal butyl, isobutyl, tertiary butyl, pentyl, hexyl, heptyl, octyl, nonyl, decyl, undecyl Group, dodecyl group and the like. Examples of the cycloalkyl group include a cyclopentyl group and a cyclohexyl group. Examples of the halogen group include a fluoro group, a chloro group, a bromo group, and an iodo group. Examples of the alkoxy group include those in which the above alkyl group is bonded to an oxygen atom, but the number, position, and number of branches of the oxygen atom are not limited. Moreover, there is no restriction | limiting in particular in the number of the substituents which R < 1 > -R < 6 > may have, and it can also have a different substituent in a compound.
式中のR1〜R6の中にトリフルオロメチル基を有するアリール基でないものが存在する場合、そのトリフルオロメチル基を有するアリール基以外のR1〜R6が表すものの例としては、水素原子、トリフルオロメチル以外の置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいシクロアルキル基、ハロゲン基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、メルカプト基、アルキルチオ基、ニトロ基、置換アミノ基、アミド基、アシル基、カルボキシル基、アシルオキシ基、シアノ基、スルホ基、スルファモイル基、アルキルスルファモイル基、カルバモイル基、またはアルキルカルバモイル基が挙げられる。アリール基、アリール基が有していてもよいトリフルオロメチル基以外の置換基、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン基、アルコキシ基の例については、トリフルオロメチル基を有するアリール基に関して説明したのと同様である。アルキル基やシクロアルキル基が有していてもよい置換基としては、式中のR1〜R6の少なくとも一つのアリール基が、トリフルオロメチル基の他に有してもよい置換基の例として挙げたもの以外に、トリフルオロメチル基が挙げられる。 When R 1 to R 6 in the formula are not aryl groups having a trifluoromethyl group, examples of those represented by R 1 to R 6 other than the aryl group having a trifluoromethyl group include hydrogen Atoms, aryl groups optionally having substituents other than trifluoromethyl, alkyl groups optionally having substituents, cycloalkyl groups optionally having substituents, halogen groups, hydroxy groups, Alkoxy group, mercapto group, alkylthio group, nitro group, substituted amino group, amide group, acyl group, carboxyl group, acyloxy group, cyano group, sulfo group, sulfamoyl group, alkylsulfamoyl group, carbamoyl group, or alkylcarbamoyl group Is mentioned. Examples of the aryl group, the substituent other than the trifluoromethyl group that the aryl group may have, the alkyl group, the cycloalkyl group, the halogen group, and the alkoxy group have been described with respect to the aryl group having a trifluoromethyl group. It is the same. Examples of the substituent that the alkyl group or cycloalkyl group may have are examples of the substituent that at least one aryl group of R 1 to R 6 in the formula may have in addition to the trifluoromethyl group In addition to those mentioned above, a trifluoromethyl group can be mentioned.
式(1)で表される有機多環芳香族化合物は、例えば下記の反応工程で得られる。式(2)で示される中間体化合物とボロン酸化合物のSuzuki-Miyauraカップリング反応(Miyaura, Norio; Yamada, Kinji ; Suzuki, Akira, Tetrahedron Letters. 1979, vol. 20, issue. 36, p. 3437-3440を参照)により、目的物の一般式(3)で表される有機多環芳香族化合物を得ることができる。もしくは、非特許文献1や、Organic Letters 2004, vol.6, pp. 273-276で用いられている、下記式(4)(式中、R7はn−ブチル基等のアルキル基を表す)で示されるスズ中間体化合物と、R−X(式中、Xは塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を表す)で表される有機ハロゲン化物のStilleカップリング反応(Milstein, D; Stille, J. K., J. Am. Chem. Soc.,1978, 100, 3636-3638)によっても目的の一般式(3)で表される有機多環芳香族化合物を同様に得ることができる。
上記一般式(3)(R1,R3,R5がRで、R2,R4,R6が水素原子であり、Rの定義は一般式(1)におけるR1〜R6の定義と同様である。)を含む式(1)で表される有機多環芳香族化合物の精製方法は、特に限定されず、再結晶、カラムクロマトグラフィー、及び真空昇華精製等の公知の方法が採用できる。また、必要に応じてこれらの方法を組み合わせて用いても良い。 The general formula (3) (R 1 , R 3 , R 5 are R, R 2 , R 4 , R 6 are hydrogen atoms, and R is defined as R 1 to R 6 in the general formula (1). The method for purifying the organic polycyclic aromatic compound represented by the formula (1) including the above is not particularly limited, and known methods such as recrystallization, column chromatography, and vacuum sublimation purification are employed. it can. Moreover, you may use combining these methods as needed.
一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物の具体例を下記するが、本発明はこれに限定されるものではない。
本発明の一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物を含む材料を用いて、薄膜を作製することができる。該薄膜の膜厚は、その用途によって異なるが、通常0.01nm〜10μmであり、好ましくは0.05nm〜3μmであり、より好ましくは0.1nm〜1μmである。 A thin film can be produced using a material containing an organic polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) of the present invention. The thickness of the thin film varies depending on the application, but is usually 0.01 nm to 10 μm, preferably 0.05 nm to 3 μm, and more preferably 0.1 nm to 1 μm.
薄膜の形成方法は、一般的に、真空プロセスである抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、分子積層法などの気相法、スピンコート、ドロップキャスト、ディップコート、スプレーなどの溶液法、フレキソ印刷、樹脂凸版印刷などの凸版印刷法、オフセット印刷、ドライオフセット印刷、パッド印刷などの平版印刷法、グラビア印刷法などの凹版印刷法、シルクスクリーン印刷、謄写版印刷、リソグラフ印刷などの孔版印刷法、インクジェット印刷、マイクロコンタクトプリント法、更にはこれらの手法を複数組み合わせた方法が挙げられる。 Thin film formation methods are generally vacuum processes such as resistance heating vapor deposition, electron beam vapor deposition, sputtering, molecular layer deposition and other gas phase methods, spin coating, drop casting, dip coating, spraying and other solution methods, flexographic printing. , Letterpress printing methods such as resin letterpress printing, offset printing, dry offset printing, lithographic printing methods such as pad printing, intaglio printing methods such as gravure printing, stencil printing methods such as silk screen printing, photocopier printing and lithographic printing, inkjet Examples thereof include printing, microcontact printing, and a combination of these techniques.
上記の中でも、真空プロセスである抵抗加熱蒸着法や、溶液プロセスであるスピンコート法、ディップコート法、インクジェット法、スクリーン印刷、凸版印刷などが好ましい。 Among these, a resistance heating vapor deposition method that is a vacuum process, a spin coating method that is a solution process, a dip coating method, an ink jet method, screen printing, letterpress printing, and the like are preferable.
上記の一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物をエレクトロニクス用途の材料として用いて、有機エレクトロニクスデバイスを作製することができる。有機エレクトロニクスデバイスとしては、例えば薄膜トランジスタや光電変換素子、有機太陽電池素子、有機EL素子、有機発光トランジスタ素子、有機半導体レーザー素子などが挙げられる。これらについて詳細に説明する。 An organic electronic device can be produced using the organic polycyclic aromatic compound represented by the above general formula (1) as a material for electronics. Examples of the organic electronic device include a thin film transistor, a photoelectric conversion element, an organic solar cell element, an organic EL element, an organic light emitting transistor element, and an organic semiconductor laser element. These will be described in detail.
薄膜トランジスタは、半導体に接して2つの電極(ソース電極及びドレイン電極)があり、その電極間に流れる電流を、ゲート電極と呼ばれるもう一つの電極に印加する電圧で制御するものである。 A thin film transistor has two electrodes (a source electrode and a drain electrode) in contact with a semiconductor, and a current flowing between the electrodes is controlled by a voltage applied to another electrode called a gate electrode.
一般に、薄膜トランジスタ(素子)にはゲート電極が絶縁膜で絶縁されている構造(Metal−Insulator−Semiconductor MIS構造)がよく用いられる。絶縁膜に金属酸化物を用いるものはMOS(Metal-Oxide-Semiconductor)構造と呼ばれる。他には、ショットキー障壁を介してゲート電極が形成されている構造(すなわちMES(Metal-Semiconductor)構造)もあるが、有機半導体材料を用いた薄膜トランジスタの場合、MIS構造がよく用いられる。 In general, a structure in which a gate electrode is insulated by an insulating film (Metal-Insulator-Semiconductor MIS structure) is often used for a thin film transistor (element). An insulating film using a metal oxide is called a MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) structure. In addition, there is a structure in which a gate electrode is formed through a Schottky barrier (that is, a MES (Metal-Semiconductor) structure), but in the case of a thin film transistor using an organic semiconductor material, a MIS structure is often used.
以下、図1A〜図1Fを用いて有機系の薄膜トランジスタ(素子)のいくつかの態様例を示す。図1A〜図1Fにおける各態様例において、1がソース電極、2が半導体層、3がドレイン電極、4が絶縁体層、5がゲート電極、6が基板をそれぞれ表す。尚、各層や電極の配置は、素子の用途により適宜選択できる。図1A〜図1D、図1Fは基板と並行方向に電極が流れるので、横型トランジスタと呼ばれる。図1Aはボトムコンタクトボトムゲート構造、図1Bはトップコンタクトボトムゲート構造と呼ばれる。また、図1Cは半導体上にソース及びドレイン電極、絶縁体層を設け、さらにその上にゲート電極を形成しており、トップコンタクトトップゲート構造と呼ばれている。図1Dはトップ&ボトムコンタクト型トランジスタと呼ばれる構造である。図1Fはボトムコンタクトトップゲート構造である。図1Eは縦型の構造をもつトランジスタ、すなわち静電誘導トランジスタ(SIT)の模式図である。このSITは電流の流れが平面状―に広がるので、一度に大量のキャリアが移動できる。またソース電極とドレイン電極が縦に配置されているので電極間距離を小さくできるため応答が高速である。従って、大電流を流す、高速のスイッチングを行うなどの用途に好ましく適用できる。なお図1Eには基板を記載していないが、通常の場合、図1E中の1で表されるソース電極又は3で表されるドレイン電極の外側には基板が設けられる。 Hereinafter, some examples of organic thin film transistors (elements) will be described with reference to FIGS. 1A to 1F. 1A to 1F, 1 represents a source electrode, 2 represents a semiconductor layer, 3 represents a drain electrode, 4 represents an insulator layer, 5 represents a gate electrode, and 6 represents a substrate. In addition, arrangement | positioning of each layer and an electrode can be suitably selected with the use of an element. 1A to 1D and FIG. 1F are called lateral transistors because electrodes flow in a direction parallel to the substrate. 1A is called a bottom contact bottom gate structure, and FIG. 1B is called a top contact bottom gate structure. In FIG. 1C, source and drain electrodes and an insulator layer are provided on a semiconductor, and a gate electrode is further formed thereon, which is called a top contact top gate structure. FIG. 1D shows a structure called a top & bottom contact transistor. FIG. 1F shows a bottom contact top gate structure. FIG. 1E is a schematic diagram of a transistor having a vertical structure, that is, a static induction transistor (SIT). In this SIT, the current flow spreads out in a plane, so that a large amount of carriers can move at one time. Further, since the source electrode and the drain electrode are arranged vertically, the distance between the electrodes can be reduced, so that the response is fast. Therefore, it can be preferably applied to uses such as flowing a large current or performing high-speed switching. Although a substrate is not shown in FIG. 1E, in the normal case, a substrate is provided outside the source electrode represented by 1 or the drain electrode represented by 3 in FIG. 1E.
各態様例における各構成要素につき説明する。
基板6は、その上に形成される各層が剥離することなく保持できることが必要である。例えば、樹脂板や樹脂フィルム、紙、ガラス、石英、セラミックなどの絶縁性材料;金属や合金などの導電性基板上にコーティング等により絶縁層を形成した物;樹脂と無機材料など、各種組合せからなる材料;等が使用できる。使用できる樹脂フィルムの例としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、セルローストリアセテート、ポリエーテルイミドなどの樹脂のフィルムが挙げられる。樹脂フィルムや紙を用いると、素子に可撓性を持たせることができ、フレキシブルで、軽量となり、実用性が向上する。基板6の厚さとしては、通常1μm〜10mmであり、好ましくは5μm〜5mmである。
Each component in each embodiment will be described.
The
ソース電極1、ドレイン電極3、ゲート電極5には導電性を有する材料が用いられる。導電性を有する材料としては、例えば、白金、金、銀、アルミニウム、クロム、タングステン、タンタル、ニッケル、コバルト、銅、鉄、鉛、錫、チタン、インジウム、パラジウム、モリブデン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、リチウム、カリウム、ナトリウム等の金属及びそれらを含む合金;InO2、ZnO2、SnO2、ITO等の導電性酸化物;ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ビニレン、ポリジアセチレン等の導電性高分子化合物;シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素等の半導体;カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイト等の炭素材料;等が使用できる。また、導電性高分子化合物や半導体にはドーピングが行われていてもよい。その際のドーパントとしては、例えば、塩酸、硫酸などの無機酸;スルホン酸等の酸性官能基を有する有機酸;PF5、AsF5、FeCl3等のルイス酸;ヨウ素等のハロゲン原子;リチウム、ナトリウム、カリウム等の金属原子;等が挙げられる。ホウ素、リン、砒素などはシリコンなどの無機半導体用のドーパントとしても多用されている。
A conductive material is used for the
また、上記のドーパントにカーボンブラックや金属粒子などを分散した導電性の複合材料も用いられる。直接、半導体層4と接触するソース電極1およびドレイン電極3はコンタクト抵抗を低減するために適切な仕事関数を選択するか、表面処理などが大切になる。
In addition, a conductive composite material in which carbon black, metal particles, or the like is dispersed in the above dopant is also used. For the
また、ソース電極1とドレイン電極3との間の距離(チャネル長)が素子の特性を決める重要なファクターとなる。該チャネル長は、通常0.1〜300μm、好ましくは0.5〜100μmである。チャネル長が短ければ取り出せる電流量は増えるが、逆にコンタクト抵抗の影響など短チャネル効果が発生し、制御が困難となるため、適正なチャネル長が必要である。ソース電極1とドレイン電極3との間の幅(チャネル幅)は通常10〜10000μm、好ましくは100〜5000μmとなる。またこのチャネル幅は、ソース電極1とドレイン電極3の構造をくし型構造とすることなどにより、さらに長いチャネル幅を形成することが可能で、必要な電流量や素子の構造などにより、適切な長さにする必要がある。
The distance (channel length) between the
ソース電極1及びドレイン電極3のそれぞれの構造(形)について説明する。ソース電極1の構造とドレイン電極3の構造とはそれぞれ同じであっても、異なっていてもよい。
ボトムコンタクト構造の場合は、一般的にはリソグラフィー法を用いて各電極1、3、及び5を作製し、また各電極1、3、及び5は直方体に形成するのが好ましい。半導体層2上に電極1、3、及び5のあるトップコンタクト構造の場合はシャドウマスクなどを用いて蒸着することができ、インクジェットなどの手法を用いて電極パターンを直接印刷形成することもできる。電極1及び3の長さは前記のチャネル幅と同じでよい。電極1、3、及び5の幅には特に規定は無いが、電気的特性を安定化できる範囲で、素子の面積を小さくするためには短い方が好ましい。電極1、3、及び5の幅は、通常0.1〜1000μmであり、好ましくは0.5〜100μmである。電極1、3、及び5の厚さは、通常0.1〜1000nmであり、好ましくは1〜500nmであり、より好ましくは5〜200nmである。各電極1、3及び5には配線が連結されているが、配線も電極1、3、及び5とほぼ同様の材料により作製される。
The structures (shapes) of the
In the case of the bottom contact structure, it is generally preferable to form the
絶縁体層4としては絶縁性を有する材料が用いられる。絶縁性を有する材料としては、例えば、ポリパラキシリレン、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリスルホン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のポリマー及びこれらを組み合わせた共重合体;二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル等の金属酸化物;SrTiO3、BaTiO3などの強誘電性金属酸化物;窒化珪素、窒化アルミニウムなどの窒化物;硫化物、フッ化物などの誘電体;あるいは、これら誘電体の粒子を分散させたポリマー;等が使用しうる。絶縁体層4の膜厚は、材料によって異なるが、通常0.1nm〜100μm、好ましくは0.5nm〜50μm、より好ましくは1nm〜10μmである。
An insulating material is used for the
半導体層2の材料として、本発明の一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物の少なくとも一種の化合物を有機半導体材料として用いることができる。一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物及びその化合物を含む組成物を用いて薄膜を形成し、成膜に溶剤を使用している場合は積極的に溶剤を蒸発させたのちに使用することが好ましい。後述するが蒸着方法で、半導体層2を形成する場合は上記一般式(1)で表される複数の有機多環芳香族化合物の混合物よりも、単一の化合物を有機半導体として用いることが特に好ましい。しかし、上記のようにトランジスタの特性を改善する目的等のための、ドーパント等の添加剤については、これを含有することを妨げない。溶液プロセスで半導体層2を形成する場合はこれに限らない。
As the material of the
上記の添加剤は、有機半導体材料の総量を1とした場合、通常0.01〜10重量%、好ましくは0.05〜5重量%、より好ましくは0.1〜3重量%の範囲で添加するのがよい。 The above additives are usually added in the range of 0.01 to 10% by weight, preferably 0.05 to 5% by weight, more preferably 0.1 to 3% by weight, when the total amount of the organic semiconductor material is 1. It is good to do.
また半導体層2についても複数の層を形成していてもよいが、単層構造であることがより好ましい。半導体層2の膜厚は、必要な機能を失わない範囲で、薄いほど好ましい。図1A、図1B及び図1Dに示すような横型の薄膜トランジスタにおいては、半導体層2に所定以上の膜厚があれば素子の特性は膜厚に依存しない一方、半導体層2の膜厚が厚くなると漏れ電流が増加してくることが多いためである。必要な機能を示すための半導体層2の膜厚は、通常、1nm〜10μm、好ましくは5nm〜5μm、より好ましくは10nm〜3μmである。
The
本発明の薄膜トランジスタには、例えば基板6と絶縁体層4との間や絶縁体層4と半導体層2との間や素子の外面に必要に応じて他の層を設けることができる。例えば、半導体層2上に直接、又は他の層を介して、保護層を形成すると、湿度などの外気の影響を小さくすることができ、また、素子のON/OFF比を上げることができるなど、電気的特性を安定化できる利点もある。
In the thin film transistor of the present invention, other layers can be provided as necessary, for example, between the
保護層の材料としては特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ポリビニルアルコール、フッ素樹脂、ポリオレフィン等の各種樹脂からなる膜;酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素等の無機酸化膜、及び窒化膜等の誘電体からなる膜、等が好ましく用いられ、特に、酸素や水分の透過率や吸水率の小さな樹脂(ポリマー)が好ましい。有機ELディスプレイ用に開発されている保護材料も保護層の材料として使用が可能である。保護層の膜厚は、その目的に応じて任意の膜厚を選択できるが、通常100nm〜1mmである。 The material of the protective layer is not particularly limited. For example, films made of various resins such as acrylic resin such as epoxy resin and polymethyl methacrylate, polyurethane, polyimide, polyvinyl alcohol, fluororesin, polyolefin, etc .; silicon oxide, aluminum oxide, nitriding A film made of an inorganic oxide film such as silicon and a dielectric film such as a nitride film is preferably used, and a resin (polymer) having a low oxygen or moisture permeability and a low water absorption rate is particularly preferable. A protective material developed for organic EL displays can also be used as a material for the protective layer. Although the film thickness of a protective layer can select arbitrary film thickness according to the objective, Usually, it is 100 nm-1 mm.
また、半導体層が積層される基板又は絶縁体層上などに予め表面処理を行うことにより、薄膜トランジスタ素子としての特性を向上させることが可能である。例えば基板表面の親水性/疎水性の度合いを調整することにより、その上に成膜される膜の膜質を改良しうる。特に、有機半導体材料は分子の配向など膜の状態によって特性が大きく変わることがある。そのため、基板などへの表面処理によって、基板などとその後に成膜される半導体層との界面部分の分子配向が制御されること、また基板や絶縁体層上のトラップ部位が低減されることにより、キャリア移動度等の特性が改良されるものと考えられる。トラップ部位とは、未処理の基板に存在する例えば水酸基のような官能基を指し、このような官能基が存在すると、電子が該官能基に引き寄せられ、この結果としてキャリア移動度が低下する。従って、トラップ部位を低減することもキャリア移動度等の特性改良には有効な場合が多い。 In addition, by performing surface treatment on a substrate or an insulator layer over which a semiconductor layer is stacked in advance, characteristics as a thin film transistor element can be improved. For example, by adjusting the degree of hydrophilicity / hydrophobicity of the substrate surface, the film quality of the film formed thereon can be improved. In particular, the characteristics of organic semiconductor materials can vary greatly depending on the state of the film, such as molecular orientation. Therefore, the surface treatment on the substrate or the like controls the molecular orientation at the interface between the substrate and the semiconductor layer to be formed thereafter, and reduces the trap sites on the substrate and the insulator layer. It is considered that characteristics such as carrier mobility are improved. The trap site refers to a functional group such as a hydroxyl group present in an untreated substrate. When such a functional group is present, electrons are attracted to the functional group, and as a result, carrier mobility is lowered. Therefore, reducing trap sites is often effective for improving characteristics such as carrier mobility.
上記のような特性改良のための基板の処理としては、例えば、ヘキサメチルジシラザン、オクチルトリクロロシラン、オクタデシルトリクロロシラン等による疎水化処理;塩酸や硫酸、酢酸等による酸処理;水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、アンモニア等によるアルカリ処理;オゾン処理;フッ素化処理;酸素やアルゴン等のプラズマ処理;ラングミュア・ブロジェット膜の形成処理;その他の絶縁体や半導体の薄膜の形成処理;機械的処理;コロナ放電などの電気的処理;また、繊維等を利用したラビング処理等、およびその組み合わせが挙げられる。これらの態様において、例えば基板層と絶縁膜層や、絶縁膜層と有機半導体層等の各層を設ける方法としては、例えば真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、印刷法、ゾルゲル法等が適宜採用できる。 Examples of the substrate treatment for improving the characteristics as described above include hydrophobizing treatment with hexamethyldisilazane, octyltrichlorosilane, octadecyltrichlorosilane, etc .; acid treatment with hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid, etc .; sodium hydroxide, water Alkaline treatment with potassium oxide, calcium hydroxide, ammonia, etc .; Ozone treatment; Fluorination treatment; Plasma treatment with oxygen, argon, etc .; Langmuir / Blodgett film formation process; Other insulator and semiconductor thin film formation process; Machine Electric treatment such as corona discharge; rubbing treatment using fibers or the like; and combinations thereof. In these embodiments, for example, a vacuum deposition method, a sputtering method, a coating method, a printing method, a sol-gel method, etc. are appropriately employed as a method of providing each layer such as a substrate layer and an insulating film layer, or an insulating film layer and an organic semiconductor layer. it can.
次に、本発明に係る薄膜トランジスタ素子の製造方法について、図1Bに示す態様例のトップコンタクトボトムゲート型薄膜トランジスタを例として、図2に基づき以下に説明する。この製造方法は前記した他の態様の薄膜トランジスタ等にも同様に適用しうるものである。 Next, a method for manufacturing a thin film transistor element according to the present invention will be described below with reference to FIG. 2, taking the top contact bottom gate type thin film transistor of the embodiment shown in FIG. 1B as an example. This manufacturing method can be similarly applied to the thin film transistors of other embodiments described above.
(薄膜トランジスタの基板6及び基板処理について)
本発明の薄膜トランジスタは、基板6上に必要な各種の層や電極を設けることで作製される(図2(1)参照)。基板6としては上記で説明したものが使用できる。この基板6上に前述の表面処理などを行うことも可能である。基板6の厚みは、必要な機能を妨げない範囲で薄い方が好ましい。基板6の厚みは、材料によっても異なるが、通常1μm〜10mmであり、好ましくは5μm〜5mmである。また、必要により基板6に電極の機能を持たせるようにしてもよい。
(About the thin
The thin film transistor of the present invention is manufactured by providing various layers and electrodes necessary on the substrate 6 (see FIG. 2A). As the
(ゲート電極5の形成について)
基板6上にゲート電極5を形成する(図2(2)を参照)。電極材料としては上記で説明したものが用いられる。電極膜を成膜する方法としては、各種の方法を用いることができ、例えば真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、熱転写法、印刷法、ゾルゲル法等が採用される。成膜時又は成膜後、所望の形状になるよう必要に応じてパターニングを行うのが好ましい。パターニングの方法としても各種の方法を用いうるが、例えばフォトレジストのパターニングとエッチングを組み合わせたフォトリソグラフィー法等が挙げられる。また、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法、及びこれら手法を複数組み合わせた手法を利用し、パターニングすることも可能である。ゲート電極5の膜厚は、材料によっても異なるが、通常0.1nm〜10μmであり、好ましくは0.5nm〜5μmであり、より好ましくは1nm〜3μmである。また、ゲート電極5が基板6を兼ねる場合は、ゲート電極5の膜厚は上記の膜厚より大きくてもよい。
(Regarding formation of the gate electrode 5)
A
(絶縁体層4の形成について)
ゲート電極5上に絶縁体層4を形成する(図2(3)参照)。絶縁体材料としては上記で説明したもの等が用いられる。絶縁体層4を形成するにあたっては各種の方法を用いうる。例えばスピンコーティング、スプレーコーティング、ディップコーティング、キャスト、バーコート、ブレードコーティングなどの塗布法、スクリーン印刷、オフセット印刷、インクジェット等の印刷法、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法、CVD法などのドライプロセス法が挙げられる。その他、ゾルゲル法やアルミニウム上のアルマイト、シリコン上の二酸化シリコンのように金属上に酸化物膜を形成する方法等が採用される。尚、絶縁体層4と半導体層2とが接する部分においては、両層の界面で半導体を構成する分子、例えば上記式(1)で表される有機多環芳香族化合物の分子を良好に配向させるために、絶縁体層4に所定の表面処理を行うこともできる。表面処理の手法は、基板6の表面処理と同様のものを用いうる。絶縁体層4の膜厚は、その機能を損なわない範囲で薄い方が好ましい。通常0.1nm〜100μmであり、好ましくは0.5nm〜50μmであり、より好ましくは5nm〜10μmである。
(About formation of the insulator layer 4)
An
(有機半導体層の形成について)
本発明の上記一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物を有機半導体材料として使用し、有機半導体層である半導体層2の形成に使用される(図2(4)参照)。半導体層2を成膜するにあたっては、各種の方法を用いることができる。具体的にはスパッタリング法、CVD法、分子線エピタキシャル成長法、真空蒸着法等の真空プロセスでの形成方法;ディップコート法、ダイコーター法、ロールコーター法、バーコーター法、スピンコート法等の塗布法、インクジェット法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、マイクロコンタクト印刷法などの溶液プロセスでの形成方法;が挙げられる。
(Formation of organic semiconductor layer)
The organic polycyclic aromatic compound represented by the above general formula (1) of the present invention is used as an organic semiconductor material, and is used for forming a
なお、本発明の上記一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物を有機半導体材料として使用し、半導体層2を形成する場合には、印刷などの溶液プロセスや真空プロセスによって成膜し、半導体層2を形成する方法が挙げられる。
When the organic polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) of the present invention is used as an organic semiconductor material and the
まず有機半導体材料を真空プロセスによって成膜し半導体層2を得る方法について説明する。真空プロセスによる成膜方法としては、前記の有機半導体材料をルツボや金属のボート中で真空下、加熱し、蒸発した有機半導体材料を基板(基板6、絶縁体層4、ソース電極1及びドレイン電極3など)に付着(蒸着)させる方法、すなわち真空蒸着法が好ましく採用される。この際、真空度は、通常1.0×10−1Pa以下、好ましくは1.0×10−3Pa以下である。また、蒸着時の基板温度によって半導体層2の特性、ひいては薄膜トランジスタの特性が変化する場合があるので、注意深く基板温度を選択するのが好ましい。蒸着時の基板温度は通常、0〜200℃であり、好ましくは5〜150℃であり、より好ましくは10〜120℃であり、さらに好ましくは15〜100℃であり、特に好ましくは20〜80℃である。
First, a method for obtaining a
また、蒸着速度は、通常0.001〜10nm/秒であり、好ましくは0.01〜1nm/秒である。有機半導体材料から形成される半導体層2の膜厚は、通常1nm〜10μm、好ましくは5nm〜5μm、より好ましくは10nm〜3μmである。
Moreover, a vapor deposition rate is 0.001-10 nm / sec normally, Preferably it is 0.01-1 nm / sec. The film thickness of the
尚、半導体層2を形成するための有機半導体材料を加熱、蒸発させ基板に付着させる蒸着方法に代えて、その他の手法を用いても良い。
Note that other methods may be used instead of the vapor deposition method in which the organic semiconductor material for forming the
次いで溶液プロセスによって成膜し半導体層2を得る方法について説明する。本発明の上記一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物を溶剤等に溶解し、さらに必要であれば添加剤などを添加した組成物を、基板(絶縁体層4、ソース電極1及びドレイン電極3の露出部)に塗布する。塗布の方法としては、キャスティング、スピンコーティング、ディップコーティング、ブレードコーティング、ワイヤバーコーティング、スプレーコーティング等のコーティング法や、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法等、さらにはこれらの手法を複数組み合わせた方法が挙げられる。
Next, a method for obtaining the
更に、塗布方法に類似した方法として水面上に上記のインクを滴下することにより作製した有機半導体材料の単分子膜を基板に移し積層するラングミュアプロジェクト法、液晶や融液状態の材料を2枚の基板で挟んで毛管現象で基板間に導入する方法等も採用できる。 Furthermore, as a method similar to the coating method, a Langmuir project method in which a monomolecular film of an organic semiconductor material produced by dropping the above-described ink on a water surface is transferred to a substrate and laminated, and two materials in a liquid crystal or melt state are used. A method of sandwiching between substrates and introducing them between the substrates by capillary action can also be adopted.
製膜時における基板や組成物の温度などの環境も重要で、基板や組成物の温度によってトランジスタの特性が変化する場合があるので、注意深く基板及び組成物の温度を選択するのが好ましい。基板温度は通常、0〜200℃であり、好ましくは10〜120℃であり、より好ましくは15〜100℃である。用いる組成物中の溶剤などに大きく依存するため、注意が必要である。 The environment such as the temperature of the substrate and the composition at the time of film formation is also important, and the characteristics of the transistor may change depending on the temperature of the substrate and the composition. Therefore, it is preferable to carefully select the temperatures of the substrate and the composition. The substrate temperature is usually from 0 to 200 ° C, preferably from 10 to 120 ° C, more preferably from 15 to 100 ° C. Care must be taken because it greatly depends on the solvent in the composition to be used.
この方法により作製される半導体層2の膜厚は、機能を損なわない範囲で、薄い方が好ましい。膜厚が厚くなると漏れ電流が大きくなる懸念がある。半導体層2の膜厚は、通常1nm〜10um、好ましくは5nm〜5μm、より好ましくは10nm〜3μmである。
The film thickness of the
このように形成された半導体層2(図2(4)参照)は、後処理によりさらに特性を改良することが可能である。例えば、熱処理により、成膜時に生じた膜(半導体層2)中の歪みが緩和されること、ピンホール等が低減されること、膜中の配列・配向が制御できると考えられていること等の理由により、有機半導体特性の向上や安定化を図ることができる。本発明の薄膜トランジスタの作成時には、この熱処理を行うことが特性の向上の為には効果的である。本熱処理は半導体層2を形成した後に基板を加熱することによって行う。熱処理の温度は特に制限は無いが、通常、室温から150℃で、好ましくは40〜120℃、さらに好ましくは45〜100℃である。この時の熱処理時間については特に制限は無いが、通常10秒から24時間、好ましくは30秒〜3時間程度である。その時の雰囲気は大気中でもよいが、窒素やアルゴンなどの不活性雰囲気下でもよい。
The
また、その他の半導体層2の後処理方法として、酸素や水素等の酸化性あるいは還元性の気体や、酸化性あるいは還元性の液体などと処理することにより、酸化あるいは還元による特性変化を誘起することもできる。これは例えば膜中のキャリア密度の増加あるいは減少の目的で利用することが多い。
Further, as another post-treatment method of the
また、ドーピングと呼ばれる手法において、微量の元素、原子団、分子、高分子を半導体層2に加えることにより、半導体層2の特性を変化させることができる。例えば、酸素、水素、塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸;PF5、AsF5、FeCl3等のルイス酸;ヨウ素等のハロゲン原子;ナトリウム、カリウム等の金属原子;等を半導体層2にドーピングすることができる。これは、半導体層2に対して、これらのガスを接触させたり、溶液に浸したり、電気化学的なドーピング処理をすることにより達成できる。これらのドーピングは半導体層2の作製後でなくても、有機半導体化合物の合成時に添加したり、有機半導体素子作製用のインクを用いて半導体層2を作製するプロセスでは、そのインクに添加したり、薄膜(半導体層2)を形成する工程段階などで添加することができる。また蒸着時に半導体層2を形成する材料に、ドーピングに用いる材料を添加して共蒸着したり、半導体層2を作製する時の周囲の雰囲気に混合したり(ドーピング材料を存在させた環境下で半導体層2を作製する)、さらにはイオンを真空中で加速して膜に衝突させてドーピングすることも可能である。
In addition, the characteristics of the
これらのドーピングの効果は、キャリア密度の増加あるいは減少による電気伝導度の変化、キャリアの極性の変化(P型、N型)、フェルミ準位の変化等が挙げられる。 These doping effects include changes in electrical conductivity due to increase or decrease in carrier density, changes in carrier polarity (P-type and N-type), changes in Fermi level, and the like.
(保護層7について)
半導体層2上に保護層7を形成すると、外気の影響を最小限にでき、また、有機薄膜トランジスタの電気的特性を安定化できるという利点がある(図2(6)参照)。保護層7の材料としては前記のものが使用される。保護層7の膜厚は、その目的に応じて任意の膜厚を採用できるが、通常100nm〜1μmである。
(About protective layer 7)
Forming the
保護層を成膜するにあたっては各種の方法を採用しうるが、保護層が樹脂からなる場合は、例えば、樹脂溶液を塗布後、乾燥させて樹脂膜とする方法;樹脂モノマーを塗布、あるいは蒸着したのち重合する方法;などが挙げられる。成膜後に架橋処理を行ってもよい。保護層が無機物からなる場合は、例えば、スパッタリング法、蒸着法等の真空プロセスでの形成方法や、ゾルゲル法等の溶液プロセスでの形成方法も用いることができる。 Various methods can be employed to form the protective layer. When the protective layer is made of a resin, for example, a method of applying a resin solution and then drying to form a resin film; applying a resin monomer or vapor deposition And then polymerizing. Cross-linking treatment may be performed after film formation. When the protective layer is made of an inorganic material, for example, a formation method in a vacuum process such as a sputtering method or a vapor deposition method, or a formation method in a solution process such as a sol-gel method can be used.
薄膜トランジスタにおいては有機半導体層上の他、各層の間にも必要に応じて保護層を設けることができる。それらの層は薄膜トランジスタの電気的特性の安定化に役立つ場合がある。 In the thin film transistor, a protective layer can be provided between the layers in addition to the organic semiconductor layer as necessary. These layers may help stabilize the electrical characteristics of the thin film transistor.
上記一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物を有機半導体材料として用いているため比較的低温プロセスでの製造が可能である。従って、高温に曝される条件下では使用できなかったプラスチック板、プラスチックフィルム等のフレキシブルな材質も基板として用いることができる。その結果、軽量で柔軟性に優れた壊れにくい素子の製造が可能になり、ディスプレイのアクティブマトリクスのスイッチング素子等として利用することができる。 Since the organic polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) is used as an organic semiconductor material, it can be manufactured in a relatively low temperature process. Therefore, flexible materials such as plastic plates and plastic films that could not be used under conditions exposed to high temperatures can also be used as the substrate. As a result, it is possible to manufacture a light, flexible, and hard-to-break element, which can be used as a switching element for an active matrix of a display.
薄膜トランジスタは、メモリー回路素子、信号ドライバー回路素子、信号処理回路素子などのデジタル素子やアナログ素子としても利用できる。さらにこれらを組み合わせることによりICカードやICタグの作製が可能となる。更に、薄膜トランジスタは化学物質等の外部刺激によりその特性に変化を起こすことができるので、FETセンサーとしての利用も可能である。 Thin film transistors can also be used as digital elements and analog elements such as memory circuit elements, signal driver circuit elements, and signal processing circuit elements. Further, by combining these, it is possible to produce an IC card or an IC tag. Furthermore, since the characteristics of the thin film transistor can be changed by an external stimulus such as a chemical substance, the thin film transistor can be used as an FET sensor.
次に有機EL素子について説明する。
有機EL素子は固体で自己発光型の大面積カラー表示や照明などの用途に利用できることが注目され、数多くの開発がなされている。その構成は、陰極と陽極からなる対向電極の間に、発光層及び電荷輸送層の2層を有する構造のもの;対向電極の間に積層された電子輸送層、発光層及び正孔輸送層の3層を有する構造のもの;及び3層以上の層を有するもの;等が知られており、また発光層が単層であるもの等が知られている。
Next, the organic EL element will be described.
Organic EL elements are attracting attention and can be used for applications such as solid, self-luminous large-area color display and illumination, and many developments have been made. The structure has a structure having two layers of a light emitting layer and a charge transport layer between a counter electrode composed of a cathode and an anode; an electron transport layer, a light emitting layer and a hole transport layer stacked between the counter electrodes. Known are those having a structure having three layers; and those having three or more layers; and those having a single light-emitting layer.
ここで正孔輸送層は、正孔を陽極から注入させ、発光層への正孔を輸送し、発光層へ正孔の注入を容易にする機能と電子をブロックする機能とを有する。また、電子輸送層は、電子を陰極から注入させ発光層へ電子を輸送し、発光層へ電子の注入を容易にする機能と正孔をブロックする機能を有する。さらに発光層においてはそれぞれ注入された電子と正孔が再結合することにより励起子が生じ、その励起子が放射失活する過程で放射されるエネルギーが発光として検出される。以下に有機EL素子の好ましい態様を記載する。 Here, the hole transport layer has a function of injecting holes from the anode, transporting holes to the light emitting layer, facilitating injection of holes into the light emitting layer, and a function of blocking electrons. The electron transport layer has a function of injecting electrons from the cathode, transporting electrons to the light emitting layer, facilitating injection of electrons into the light emitting layer, and blocking holes. Further, in the light emitting layer, excitons are generated by recombination of the injected electrons and holes, and the energy emitted in the process of radiative deactivation of the excitons is detected as light emission. The preferable aspect of an organic EL element is described below.
有機EL素子は、陽極と陰極との電極間に1層又は複数層の有機薄膜が形成された素子で、電気エネルギーにより発光する素子である。 An organic EL element is an element in which one or more organic thin films are formed between an anode and a cathode, and emits light by electric energy.
有機EL素子において使用されうる陽極は、正孔を、正孔注入層、正孔輸送層、発光層に注入する機能を有する電極である。一般的に仕事関数が4.5eV以上の金属酸化物や金属、合金、導電性材料などが適している。具体的には、特に限定されるものでないが、酸化錫(NESA)、酸化インジウム、酸化錫インジウム(ITO)、酸化亜鉛インジウム(IZO)などの導電性金属酸化物、金、銀、白金、クロム、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、タングステンなどの金属、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマーや炭素が挙げられる。それらの中でも、ITOやNESAを用いることが好ましい。 The anode that can be used in the organic EL element is an electrode having a function of injecting holes into the hole injection layer, the hole transport layer, and the light emitting layer. In general, metal oxides, metals, alloys, conductive materials, and the like having a work function of 4.5 eV or more are suitable. Specifically, although not particularly limited, conductive metal oxides such as tin oxide (NESA), indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), gold, silver, platinum, chromium And metals such as aluminum, iron, cobalt, nickel and tungsten, inorganic conductive materials such as copper iodide and copper sulfide, conductive polymers such as polythiophene, polypyrrole and polyaniline, and carbon. Among these, it is preferable to use ITO or NESA.
陽極は、必要であれば、複数の材料を用いても、また2層以上で構成されていてもよい。陽極の抵抗は素子の発光に十分な電流が供給できるものであれば限定されないが、素子の消費電力の観点からは低抵抗であることが好ましい。例えばシート抵抗値が300Ω/□以下のITO基板であれば素子電極として機能するが、数Ω/□程度の基板の供給も可能になっていることから、低抵抗品を使用することが望ましい。ITOの厚みは抵抗値に合わせて任意に選ぶ事ができるが、通常5〜500nm、好ましくは10〜300nmの間で用いられる。ITOなどの膜形成方法としては、蒸着法、電子線ビーム法、スパッタリング法、化学反応法、塗布法などが挙げられる。 If necessary, the anode may be made of a plurality of materials or may be composed of two or more layers. The resistance of the anode is not limited as long as it can supply a current sufficient for light emission of the element, but it is preferably low resistance from the viewpoint of power consumption of the element. For example, an ITO substrate having a sheet resistance value of 300Ω / □ or less functions as an element electrode, but since it is possible to supply a substrate of several Ω / □, it is desirable to use a low-resistance product. The thickness of ITO can be arbitrarily selected according to the resistance value, but is usually 5 to 500 nm, preferably 10 to 300 nm. Examples of film forming methods such as ITO include a vapor deposition method, an electron beam method, a sputtering method, a chemical reaction method, and a coating method.
有機EL素子において使用されうる陰極は、電子を電子注入層、電子輸送層、発光層に注入する機能を有する電極である。一般的に仕事関数の小さい(おおよそ4eV以下である)金属や合金が適している。具体的には、白金、金、銀、銅、鉄、錫、亜鉛、アルミニウム、インジウム、クロム、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムが挙げられるが、電子注入効率を上げて素子特性を向上させるためにはリチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムが好ましい。合金としては、これら低仕事関数の金属を含むアルミニウムもしくは銀等の金属との合金、又はこれらを積層した構造の電極等が使用できる。積層構造の電極にはフッ化リチウムのような無機塩の使用も可能である。また、陽極側でなく陰極側へ発光を取り出す場合は、低温で製膜可能な透明電極としてもよい。膜形成方法としては、蒸着法、電子線ビーム法、スパッタリング法、化学反応法、塗布法などが挙げられるが、特に制限されるものではない。陰極の抵抗は素子の発光に十分な電流が供給できるものであれば限定されないが、素子の消費電力の観点からは低抵抗であることが好ましく、数100〜数Ω/□程度が好ましい。膜厚は通常5〜500nm、好ましくは10〜300nmの範囲で用いられる。 The cathode that can be used in the organic EL element is an electrode having a function of injecting electrons into the electron injection layer, the electron transport layer, and the light emitting layer. In general, a metal or an alloy having a small work function (approximately 4 eV or less) is suitable. Specific examples include platinum, gold, silver, copper, iron, tin, zinc, aluminum, indium, chromium, lithium, sodium, potassium, calcium, and magnesium, but increase the electron injection efficiency to improve device characteristics. For this purpose, lithium, sodium, potassium, calcium and magnesium are preferred. As the alloy, an alloy with a metal such as aluminum or silver containing these low work function metals, or an electrode having a structure in which these are laminated can be used. An inorganic salt such as lithium fluoride can be used for the electrode having a laminated structure. Moreover, when light emission is taken out not to the anode side but to the cathode side, a transparent electrode that can be formed at a low temperature may be used. Examples of the film forming method include a vapor deposition method, an electron beam method, a sputtering method, a chemical reaction method, and a coating method, but are not particularly limited. The resistance of the cathode is not limited as long as it can supply a current sufficient for light emission of the element, but it is preferably low resistance from the viewpoint of power consumption of the element, and preferably about several hundred to several Ω / □. The film thickness is usually 5 to 500 nm, preferably 10 to 300 nm.
更に封止、保護のために、酸化チタン、窒化ケイ素、酸化珪素、窒化酸化ケイ素、酸化ゲルマニウムなどの酸化物、窒化物、又はそれらの混合物、ポリビニルアルコール、塩化ビニル、炭化水素系高分子、フッ素系高分子などで陰極を保護し、酸化バリウム、五酸化リン、酸化カルシウム等の脱水剤と共に封止することができる。 Furthermore, for sealing and protection, oxides such as titanium oxide, silicon nitride, silicon oxide, silicon nitride oxide, germanium oxide, nitrides, or mixtures thereof, polyvinyl alcohol, vinyl chloride, hydrocarbon polymers, fluorine The cathode can be protected with a polymer, etc., and sealed with a dehydrating agent such as barium oxide, phosphorus pentoxide, or calcium oxide.
また発光を取り出すために、一般的には素子の発光波長領域で十分に透明性を有する基板上に電極を作製することが好ましい。透明の基板としてはガラス基板やポリマー基板が挙げられる。ガラス基板はソーダライムガラス、無アルカリガラス、石英などが用いられ、機械的・熱的強度を保つのに十分な厚みがあればよく、0.5mm以上の厚みが好ましい。ガラスの材質については、ガラスからの溶出イオンが少ない方がよく、無アルカリガラスの方が好ましい。このようなものとして、SiO2などのバリアコートを施したソーダライムガラスが市販されているのでこれを使用することもできる。またガラス以外のポリマーでできた基板としては、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエーテルサルホン、ポリエチレンテレフタレート、アクリル基板などが挙げられる。 In order to extract light emission, it is generally preferable to produce an electrode on a substrate that is sufficiently transparent in the light emission wavelength region of the element. Examples of the transparent substrate include a glass substrate and a polymer substrate. As the glass substrate, soda lime glass, non-alkali glass, quartz, or the like is used. As for the material of the glass, it is better that there are few ions eluted from the glass, and alkali-free glass is preferred. As such, since soda lime glass provided with a barrier coat such as SiO 2 is commercially available, it can also be used. Examples of the substrate made of a polymer other than glass include polycarbonate, polypropylene, polyethersulfone, polyethylene terephthalate, and an acrylic substrate.
有機EL素子の有機薄膜は、陽極と陰極の電極間に、1層又は複数の層で形成されている。その有機薄膜に上記一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物を含有させることにより、電気エネルギーにより発光する素子が得られる。 The organic thin film of the organic EL element is formed of one layer or a plurality of layers between the anode and cathode electrodes. By containing the organic polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) in the organic thin film, an element that emits light by electric energy can be obtained.
有機薄膜を形成する1層又は複数の層の「層」とは、正孔輸送層、電子輸送層、正孔輸送性発光層、電子輸送性発光層、正孔阻止層、電子阻止層、正孔注入層、電子注入層、発光層、又は下記構成例9)に示すように、これらの層が有する機能を併せ持つ単一の層を意味する。本発明における有機薄膜を形成する層の構成としては、以下の構成例1)から9)が挙げられ、いずれの構成であってもよい。 The “layer” of one or more layers forming the organic thin film is a hole transport layer, an electron transport layer, a hole transport light-emitting layer, an electron transport light-emitting layer, a hole block layer, an electron block layer, a positive layer. As shown in the hole injection layer, the electron injection layer, the light emitting layer, or the following structural example 9), it means a single layer having the functions of these layers. Examples of the configuration of the layer forming the organic thin film in the present invention include the following configuration examples 1) to 9), and any configuration may be used.
構成例
1)正孔輸送層/電子輸送性発光層。
2)正孔輸送層/発光層/電子輸送層。
3)正孔輸送性発光層/電子輸送層。
4)正孔輸送層/発光層/正孔阻止層。
5)正孔輸送層/発光層/正孔阻止層/電子輸送層。
6)正孔輸送性発光層/正孔阻止層/電子輸送層。
7)前記1)から6)の組み合わせのそれぞれにおいて、正孔輸送層もしくは正孔輸送性発光層の前に正孔注入層を更にもう一層付与した構成。
8)前記1)から7)の組み合わせのそれぞれにおいて、電子輸送層もしくは電子輸送性発光層の前に電子注入層を更にもう一層付与した構成。
9)前記1)から8)の組み合わせにおいて使用する材料をそれぞれ混合し、この混合した材料を含有する一層のみを有する構成。
なお、前記9)は、一般にバイポーラー性の発光材料と言われる材料で形成される単一の層;又は、発光材料と正孔輸送材料又は電子輸送材料を含む層を一層設けるだけでもよい。一般的に多層構造とすることで、効率良く電荷、すなわち正孔及び/又は電子を輸送し、これらの電荷を再結合させることができる。また電荷のクエンチングなどが抑えられることにより、素子の安定性の低下を防ぎ、発光の効率を向上させることができる。
Configuration Example 1) Hole transport layer / electron transport light emitting layer.
2) Hole transport layer / light emitting layer / electron transport layer.
3) Hole transporting light emitting layer / electron transporting layer.
4) Hole transport layer / light emitting layer / hole blocking layer.
5) Hole transport layer / light emitting layer / hole blocking layer / electron transport layer.
6) Hole transporting light emitting layer / hole blocking layer / electron transporting layer.
7) In each of the combinations 1) to 6), a hole injection layer is further provided in front of the hole transport layer or the hole transport light emitting layer.
8) A structure in which an electron injecting layer is further provided in front of the electron transporting layer or the electron transporting light emitting layer in each of the combinations 1) to 7).
9) A configuration in which materials used in the combinations 1) to 8) are mixed, and only one layer containing the mixed materials is included.
In the above 9), a single layer formed of a material generally called a bipolar luminescent material; or only one layer including a luminescent material and a hole transport material or an electron transport material may be provided. In general, with a multilayer structure, charges, that is, holes and / or electrons can be efficiently transported and these charges can be recombined. In addition, by suppressing the quenching of charges, the stability of the element can be prevented from being lowered and the light emission efficiency can be improved.
正孔注入層及び正孔輸送層は、正孔輸送材料を単独で、又は二種類以上の該材料の混合物を積層することにより形成される。正孔輸送材料としては、N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(3−メチルフェニル)−4,4’’−ジフェニル−1,1’−ジアミン、N,N’−ジナフチル−N,N’−ジフェニル−4,4’−ジフェニル−1,1’−ジアミンなどのトリフェニルアミン類、ビス(N−アリルカルバゾール)又はビス(N−アルキルカルバゾール)類、ピラゾリン誘導体、スチルベン系化合物、ヒドラゾン系化合物、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体やポルフィリン誘導体に代表される複素環化合物、ポリマー系では前記単量体を側鎖に有するポリカーボネートやスチレン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリシランなどが好ましく使用できる。素子作製に必要な薄膜を形成し、電極から正孔が注入できて、さらに正孔を輸送できる物質であれば特に限定されるものではない。正孔注入性を向上するための、正孔輸送層と陽極の間に設ける正孔注入層としては、フタロシアニン誘導体、m−MTDATA(4,4’,4’’−トリス[フェニル(m−トリル)アミノ]トリフェニルアミン)等のスターバーストアミン類、高分子系ではPEDOT(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン))等のポリチオフェン、ポリビニルカルバゾール誘導体等で作成されたものが挙げられる。 The hole injection layer and the hole transport layer are formed by laminating a hole transport material alone or a mixture of two or more kinds of the materials. As a hole transport material, N, N′-diphenyl-N, N′-di (3-methylphenyl) -4,4 ″ -diphenyl-1,1′-diamine, N, N′-dinaphthyl-N , N′-diphenyl-4,4′-diphenyl-1,1′-diamine and the like, bis (N-allylcarbazole) or bis (N-alkylcarbazole) s, pyrazoline derivatives, stilbene compounds, In the case of a hydrazone compound, a triazole derivative, a heterocyclic compound typified by an oxadiazole derivative or a porphyrin derivative, or a polymer system, a polycarbonate, a styrene derivative, polyvinyl carbazole, polysilane, or the like having the monomer in the side chain can be preferably used. There is no particular limitation as long as a thin film necessary for device fabrication is formed, holes can be injected from the electrodes, and holes can be transported. As a hole injection layer provided between the hole transport layer and the anode for improving the hole injection property, a phthalocyanine derivative, m-MTDATA (4,4 ′, 4 ″ -tris [phenyl (m-tolyl) ) Amino] triphenylamine) and the like, and in a polymer system, those made of polythiophene such as PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene)), polyvinylcarbazole derivatives, and the like.
電子輸送層は、電子輸送材料を単独で、又は二種類以上の該材料の混合物を積層することにより形成される。電子輸送材料としては、電界を与えられた電極間において負極からの電子を効率良く輸送することが必要である。電子輸送材料は、電子注入効率が高く、注入された電子を効率良く輸送することが好ましい。そのためには電子親和力が大きく、しかも電子移動度が大きく、さらに安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時及び使用時に発生しにくい物質であることが要求される。このような条件を満たす物質として、トリス(8−キノリノラト)アルミニウム錯体に代表されるキノリノール誘導体金属錯体、トロポロン金属錯体、ペリレン誘導体、ペリノン誘導体、ナフタルイミド誘導体、ナフタル酸誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、ベンゾオキサゾール誘導体、キノキサリン誘導体などが挙げられるが特に限定されるものではない。これらの電子輸送材料は単独でも用いられるが、異なる電子輸送材料と積層又は混合して使用しても構わない。電子注入性を向上するための、電子輸送層と陰極の間に設ける電子注入層としては、セシウム、リチウム、ストロンチウムなどの金属やフッ化リチウムなどが挙げられる。 The electron transport layer is formed by laminating an electron transport material alone or a mixture of two or more kinds of the materials. As an electron transport material, it is necessary to efficiently transport electrons from the negative electrode between electrodes to which an electric field is applied. The electron transport material has high electron injection efficiency, and it is preferable to transport the injected electrons efficiently. For that purpose, it is required that the substance has a high electron affinity, a high electron mobility, excellent stability, and a substance that does not easily generate trapping impurities during manufacturing and use. As substances satisfying such conditions, quinolinol derivative metal complexes represented by tris (8-quinolinolato) aluminum complexes, tropolone metal complexes, perylene derivatives, perinone derivatives, naphthalimide derivatives, naphthalic acid derivatives, oxazole derivatives, oxadiazoles Derivatives, thiazole derivatives, thiadiazole derivatives, triazole derivatives, bisstyryl derivatives, pyrazine derivatives, phenanthroline derivatives, benzoxazole derivatives, quinoxaline derivatives, and the like are exemplified, but are not particularly limited. These electron transport materials are used alone, but may be laminated or mixed with different electron transport materials. Examples of the electron injection layer provided between the electron transport layer and the cathode for improving the electron injection property include metals such as cesium, lithium, and strontium, lithium fluoride, and the like.
正孔阻止層は、正孔阻止性物質単独又は二種類以上の物質を積層、混合することにより形成される。正孔阻止性物質としては、バソフェナントロリン、バソキュプロイン等のフェナントロリン誘導体、シロール誘導体、キノリノール誘導体金属錯体、オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体などが好ましい。正孔阻止性物質は、正孔が陰極側から素子外部に流れ出てしまい発光効率が低下するのを阻止することができる化合物であれば特に限定されるものではない。 The hole blocking layer is formed by laminating and mixing hole blocking substances alone or two or more kinds. As the hole blocking substance, phenanthroline derivatives such as bathophenanthroline and bathocuproin, silole derivatives, quinolinol derivative metal complexes, oxadiazole derivatives and oxazole derivatives are preferable. The hole blocking substance is not particularly limited as long as it is a compound that can prevent holes from flowing out from the cathode side to the outside of the device and thereby reducing luminous efficiency.
発光層とは、発光する有機薄膜の意味であり、例えば強い発光性を有する正孔輸送層、電子輸送層又はバイポーラー輸送層であると言うことができる。発光層は、発光材料(ホスト材料、ドーパント材料など)により形成されていればよく、これはホスト材料とドーパント材料との混合物であっても、ホスト材料単独であっても、いずれでもよい。ホスト材料とドーパント材料は、それぞれ一種類であっても、複数の材料の組み合わせであってもよい。 The light emitting layer means an organic thin film that emits light, and can be said to be, for example, a hole transporting layer, an electron transporting layer, or a bipolar transporting layer having strong light emitting properties. The light emitting layer only needs to be formed of a light emitting material (host material, dopant material, etc.), which may be a mixture of a host material and a dopant material or a host material alone. Each of the host material and the dopant material may be one kind or a combination of a plurality of materials.
ドーパント材料はホスト材料の全体に含まれていても、部分的に含まれていても、いずれであってもよい。ドーパント材料は積層されていても、分散されていても、いずれであってもよい。発光層として例えば前述の正孔輸送層や電子輸送層が挙げられる。発光層に使用される材料としては、カルバゾール誘導体、アントラセン誘導体、ナフタレン誘導体、フェナントレン誘導体、フェニルブタジエン誘導体、スチリル誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、キノリン誘導体、テトラセン誘導体、ペリレン誘導体、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、ポルフィリン誘導体や燐光性金属錯体(Ir錯体、Pt錯体、Eu錯体など)などが挙げられる。 The dopant material may be included in the host material as a whole, or may be included partially. The dopant material may be either laminated or dispersed. Examples of the light emitting layer include the above-described hole transport layer and electron transport layer. Materials used for the light-emitting layer include carbazole derivatives, anthracene derivatives, naphthalene derivatives, phenanthrene derivatives, phenylbutadiene derivatives, styryl derivatives, pyrene derivatives, perylene derivatives, quinoline derivatives, tetracene derivatives, perylene derivatives, quinacridone derivatives, coumarin derivatives, Examples include porphyrin derivatives and phosphorescent metal complexes (Ir complex, Pt complex, Eu complex, etc.).
有機EL素子の有機薄膜の形成方法は、一般的に、真空プロセスである抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、分子積層法、溶液プロセスであるキャスティング、スピンコーティング、ディップコーティング、ブレードコーティング、ワイヤバーコーティング、スプレーコーティング等のコーティング法や、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法等、さらにはこれらの手法を複数組み合わせた方法を採用しうる。各層の厚みは、それぞれの物質の抵抗値・電荷移動度にもよるので限定することはできないが、0.5〜5000nmの間から選ばれる。好ましくは1〜1000nm、より好ましくは5〜500nmである。 The organic thin film formation method of the organic EL element is generally a resistance heating evaporation that is a vacuum process, electron beam evaporation, sputtering, molecular lamination method, casting that is a solution process, spin coating, dip coating, blade coating, wire bar. Uses coating methods such as coating and spray coating, printing methods such as inkjet printing, screen printing, offset printing and letterpress printing, soft lithography methods such as microcontact printing, and a combination of these methods. Yes. The thickness of each layer depends on the resistance value and charge mobility of each substance and cannot be limited, but is selected from 0.5 to 5000 nm. Preferably it is 1-1000 nm, More preferably, it is 5-500 nm.
有機EL素子を構成する有機薄膜のうち、陽極と陰極の電極間に存在する、発光層、正孔輸送層、電子輸送層などの薄膜の1層又は複数層に上記一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物を含有させることにより、低電気エネルギーでも効率良く発光する素子が得られる。 Among the organic thin films constituting the organic EL element, one or more thin films such as a light emitting layer, a hole transport layer, and an electron transport layer existing between the anode and the cathode are represented by the above general formula (1). By containing the organic polycyclic aromatic compound, an element that efficiently emits light even with low electric energy can be obtained.
上記一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物は正孔輸送層や発光層、電子輸送層として好適に用いることができる。例えば前述した電子輸送材料又は正孔輸送材料、発光材料などと組み合わせて使用することや混合して使用することができる。 The organic polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) can be suitably used as a hole transport layer, a light emitting layer, or an electron transport layer. For example, it can be used in combination with the above-described electron transport material, hole transport material, light emitting material, or the like.
上記一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物をドーパント材料と組み合わせたホスト材料として用いるときの、ドーパント材料の具体例としてはビス(ジイソプロピルフェニル)ペリレンテトラカルボン酸イミドなどのペリレン誘導体、ペリノン誘導体、4−(ジシアノメチレン)−2メチル−6−(p−ジメチルアミノスチリル)−4Hピラン(DCM)やその類縁体、マグネシウムフタロシアニン、アルミニウムクロロフタロシアニンなどの金属フタロシアニン誘導体、ローダミン化合物、デアザフラビン誘導体、クマリン誘導体、オキサジン化合物、スクアリリウム化合物、ビオラントロン化合物、ナイルレッド、5−シアノピロメテン−BF4錯体等のピロメテン誘導体、さらに燐光材料としてアセチルアセトンやベンゾイルアセトンとフェナントロリンなどを配位子とするEu錯体や、Ir錯体、Ru錯体、Pt錯体、Os錯体などのポルフィリン、オルトメタル金属錯体などを用いることができるが特にこれらに限定されるものではない。また2種類のドーパント材料を混合する場合は、ルブレンのようなアシストドーパントを用いてホスト色素からのエネルギーを効率良く移動して色純度の向上した発光を得ることも可能である。いずれの場合も高輝度特性を得るためには、蛍光量子収率が高いものをドーピングすることが好ましい。 Specific examples of the dopant material when the organic polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) is used as a host material in combination with the dopant material include perylene derivatives such as bis (diisopropylphenyl) perylenetetracarboxylic imide. , Perinone derivatives, 4- (dicyanomethylene) -2methyl-6- (p-dimethylaminostyryl) -4H pyran (DCM) and its analogs, metal phthalocyanine derivatives such as magnesium phthalocyanine and aluminum chlorophthalocyanine, rhodamine compounds, deazaflavin derivatives, coumarin derivatives, oxazine compounds, squarylium compounds, violanthrone compound, Nile red, 5- Shianopirometen -BF 4 pyrromethene derivatives complexes, further acetylacetone and benzoyl as phosphorescent material Eu complexes having acetone and phenanthroline as ligands, porphyrins such as Ir complexes, Ru complexes, Pt complexes, Os complexes, ortho metal metal complexes and the like can be used, but are not particularly limited thereto. In addition, when two kinds of dopant materials are mixed, it is also possible to obtain light emission with improved color purity by efficiently transferring energy from the host dye using an assist dopant such as rubrene. In any case, in order to obtain high luminance characteristics, it is preferable to dope those having a high fluorescence quantum yield.
用いるドーパント材料の量は、多すぎると濃度消光現象が起きるため、通常ホスト材料に対して30質量%以下で用いる。好ましくは20質量%以下であり、更に好ましくは10質量%以下である。発光層におけるドーパント材料をホスト材料にドーピングする方法としては、ホスト材料との共蒸着法によって形成することができるが、ホスト材料と予め混合してから同時に蒸着してもよい。また、ホスト材料にサンドイッチ状に挟んで使用することも可能である。この場合、一層又は二層以上のドーパント層として、ホスト材料と積層してもよい。 If the amount of dopant material used is too large, a concentration quenching phenomenon will occur, so it is usually used at 30 mass% or less with respect to the host material. Preferably it is 20 mass% or less, More preferably, it is 10 mass% or less. As a method for doping the host material with the dopant material in the light emitting layer, it can be formed by a co-evaporation method with the host material. It is also possible to use it sandwiched between host materials. In this case, you may laminate | stack with host material as a dopant layer of one layer or two layers or more.
これらのドーパント層は単独で各層を形成することもできるし、それらを混合して使用してもよい。また、ドーパント材料を、高分子結着剤としてポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリスチレンスルホン酸、ポリ(N−ビニルカルバゾール)、ポリ(メチル)(メタ)アクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリエステル、ポリスルフォン、ポリフェニレンオキサイド、ポリブタジエン、炭化水素樹脂、ケトン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリサルフォン、ポリアミド、エチルセルロース、酢酸ビニル、ABS樹脂(アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂)、ポリウレタン樹脂などの溶剤可溶性樹脂や、フェノール樹脂、キシレン樹脂、石油樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの硬化性樹脂に溶解又は分散させて用いることも可能である。 These dopant layers can form each layer alone, or may be used by mixing them. In addition, as a polymer binder, the dopant material may be polyvinyl chloride, polycarbonate, polystyrene, polystyrene sulfonic acid, poly (N-vinylcarbazole), poly (methyl) (meth) acrylate, polybutyl methacrylate, polyester, polysulfone, Solvent-soluble resins such as polyphenylene oxide, polybutadiene, hydrocarbon resin, ketone resin, phenoxy resin, polysulfone, polyamide, ethyl cellulose, vinyl acetate, ABS resin (acrylonitrile-butadiene-styrene resin), polyurethane resin, phenol resin, xylene resin, It can also be used by dissolving or dispersing in curable resin such as petroleum resin, urea resin, melamine resin, unsaturated polyester resin, alkyd resin, epoxy resin, silicone resin. .
有機EL素子はフラットパネルディスプレイとして好適に使用することができる。またフラットバックライトとしても用いることができ、この場合、有色光を発するものでも白色光を発するものでもいずれでも使用できる。バックライトは、主に自発光しない表示装置の視認性を向上させる目的に使用され、液晶表示装置、時計、オーディオ機器、自動車パネル、表示板、標識などに使用される。特に、液晶表示装置、中でも薄型化が課題となっている、パソコン用途のための従来のバックライトは、蛍光灯や導光板からなっているため薄型化が困難であったが、本発明の発光素子を用いたバックライトは、薄型、軽量が特徴であるため上記問題点は解消される。同様に照明にも有用に用いることができる。 The organic EL element can be suitably used as a flat panel display. It can also be used as a flat backlight. In this case, either a light emitting colored light or a light emitting white light can be used. The backlight is mainly used for the purpose of improving the visibility of a display device that does not emit light, and is used for a liquid crystal display device, a clock, an audio device, an automobile panel, a display board, a sign, and the like. In particular, liquid crystal display devices, particularly thin backlights for personal computers, which have been a problem for thinning, are difficult to thin because they are made of fluorescent lamps and light guide plates. Since the backlight using the element is thin and lightweight, the above problems are solved. Similarly, it can be usefully used for illumination.
本発明の上記一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物を用いると、発光効率が高く、寿命が長い有機EL表示装置を得る事が出来る。さらに本発明の薄膜トランジスタ素子を組み合わせることで印加電圧のオンオフ現象を電気的に高精度に制御した有機EL表示装置を低コストで供給することが可能となる。 When the organic polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) of the present invention is used, an organic EL display device having high luminous efficiency and a long lifetime can be obtained. Further, by combining the thin film transistor element of the present invention, it becomes possible to supply an organic EL display device in which the applied voltage on / off phenomenon is electrically controlled with high accuracy at low cost.
次に有機太陽電池素子について説明する。
上記一般式(1)で表される、有機多環芳香族化合物を用いて、フレキシブルで低コストの、有機太陽電池素子を簡便に作製することができる。すなわち、有機太陽電池素子は、色素増感太陽電池の様に電解液を用いないため、柔軟性や寿命向上の点で有利であることが特長である。従来は導電性ポリマーやフラーレンなどを組み合わせた有機薄膜半導体を用いる太陽電池の開発が主流であったが、発電変換効率が問題となっている。
Next, the organic solar cell element will be described.
A flexible and low-cost organic solar cell element can be easily produced using the organic polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1). That is, the organic solar cell element is advantageous in terms of flexibility and improved life because it does not use an electrolyte solution unlike the dye-sensitized solar cell. Conventionally, the development of solar cells using organic thin film semiconductors combined with conductive polymers, fullerenes and the like has been mainstream, but power generation conversion efficiency is a problem.
一般に有機太陽電池素子の構成はシリコン系の太陽電池と同様に、発電を行う層(発電層)を陽極と陰極ではさみ、光を吸収することで発生した正孔と電子を、各電極で受け取ることで太陽電池として機能する。その発電層はP型の材料とN型の材料、及びバッファー層などのその他の材料で構成されおり、その材料に有機材料が用いられているものを有機太陽電池という。構造としては、ショットキー接合、ヘテロ接合、バルクヘテロ接合、ナノ構造接合、ハイブリッドなどが挙げられ、各材料が効率的に入射光を吸収し、電荷を発生させ、発生した電荷(正孔と電子)を分離・輸送・収集することで太陽電池として機能する。 In general, the configuration of an organic solar cell element is similar to a silicon solar cell, in which a layer for generating power (a power generation layer) is sandwiched between an anode and a cathode, and holes and electrons generated by absorbing light are received by each electrode. It functions as a solar cell. The power generation layer is composed of a P-type material, an N-type material, and other materials such as a buffer layer, and an organic material used for the material is called an organic solar cell. Structures include Schottky junctions, heterojunctions, bulk heterojunctions, nanostructure junctions, hybrids, etc. Each material efficiently absorbs incident light and generates charges, and the generated charges (holes and electrons) It functions as a solar cell by separating, transporting and collecting.
次に有機太陽電池素子における構成要素について説明する。
有機太陽電池素子における陽極及び陰極としては、先に述べた有機EL素子と同様である。光を効率的に取り込む必要があるため、発電層の吸収波長領域で透明性を有する電極とすることが望ましい。また良好な太陽電池特性を有するためにはシート抵抗が20Ω/□以下であることが好ましい。
Next, components in the organic solar cell element will be described.
The anode and cathode in the organic solar cell element are the same as those of the organic EL element described above. Since it is necessary to take in light efficiently, it is desirable to use an electrode having transparency in the absorption wavelength region of the power generation layer. Moreover, in order to have a favorable solar cell characteristic, it is preferable that sheet resistance is 20 ohms / square or less.
発電層は、少なくとも、上記一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物を含有する有機薄膜の1層又は複数層から形成されている。有機太陽電池は先に示した構造をとることが可能であるが、基本的にP型の材料とN型の材料、及びバッファー層で構成されている。 The power generation layer is formed of one or more layers of an organic thin film containing at least the organic polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1). The organic solar cell can take the structure shown above, but basically includes a P-type material, an N-type material, and a buffer layer.
P型の材料としては、基本的に有機EL素子の項で述べた正孔注入及び正孔輸送層と同様に正孔を輸送できる化合物や、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリアニリン誘導体等のπ共役型ポリマー、カルバゾールやその他複素環を側鎖にもつポリマーが挙げられる。また、ペンタセン誘導体、ルブレン誘導体、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導体、インジゴ誘導体、キナクリドン誘導体、メロシアニン誘導体、シアニン誘導体、スクアリウム誘導体、ベンゾキノン誘導体なども挙げられる。 As the P-type material, a compound capable of transporting holes in the same manner as the hole injection and hole transport layer described in the section of the organic EL element, a polyparaphenylene vinylene derivative, a polythiophene derivative, a polyfluorene derivative, Examples include π-conjugated polymers such as polyaniline derivatives, carbazole and other polymers having a heterocyclic ring in the side chain. In addition, pentacene derivatives, rubrene derivatives, porphyrin derivatives, phthalocyanine derivatives, indigo derivatives, quinacridone derivatives, merocyanine derivatives, cyanine derivatives, squalium derivatives, benzoquinone derivatives, and the like can be given.
N型の層としては、基本的に有機EL素子の項で述べた電子輸送層と同様に電子を輸送できる化合物やピリジン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、キノリン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ベンゾフェナンスロリン類及びその誘導体を持つポリマー、シアノポリフェニレンビニレン誘導体(CN−PPV(シアノポリフェニレンビニレン)など)などの高分子材料や、フッ素化フタロシアニン誘導体、ペリレン誘導体、ナフタレン誘導体、バソキュプロイン誘導体、C60やC70、PCBM(フェニルC61酪酸メチルエステル)などのフラーレン誘導体などの低分子材料が挙げられる。それぞれ光を効率的に吸収し、電荷を発生させることが好ましく、使用する材料の吸光係数が高い物が好ましい。 The N-type layer basically has a compound capable of transporting electrons, an oligomer or a polymer having skeleton of pyridine and its derivatives, and a quinoline and its derivatives as the electron transport layer described in the section of the organic EL element. Polymer materials such as oligomers and polymers, polymers having benzophenanthrolines and derivatives thereof, cyanopolyphenylene vinylene derivatives (CN-PPV (cyanopolyphenylene vinylene), etc.), fluorinated phthalocyanine derivatives, perylene derivatives, naphthalene derivatives, bathocuproin derivatives, low molecular materials such as fullerene derivatives such as C 60 and C 70, PCBM (phenyl C 61 butyric acid methyl ester), and the like. Each of them preferably absorbs light efficiently and generates a charge, and the material used has a high extinction coefficient.
上記一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物は特にN型の材料として好適に用いることが出来る。有機太陽電池の発電層用の薄膜の形成方法は先述の有機EL素子の項で述べた方法と同様でよい。薄膜の膜厚などは太陽電池の構成によっても異なるが、光を十分に吸収するため、及び短絡を防ぐためには厚いほうが良いが、発生した電荷を輸送する距離は短い方が良いために薄い方が適している。一般的には発電層として10〜5000nm程度が好ましい。 The organic polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) can be particularly preferably used as an N-type material. The method for forming the thin film for the power generation layer of the organic solar cell may be the same as the method described in the above-mentioned section of the organic EL element. Although the thickness of the thin film varies depending on the configuration of the solar cell, it is better to thicken it to absorb light sufficiently and prevent short-circuiting, but it is better to transport the generated charge because the shorter distance is better. Is suitable. In general, the thickness of the power generation layer is preferably about 10 to 5000 nm.
(有機半導体レーザー素子について)
上記一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物は有機半導体特性を有する化合物である事から、有機半導体レーザー素子としての利用が期待される。すなわち、上記一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物を含有する有機半導体素子に共振器構造を組み込み、効率的にキャリアを注入して励起状態の密度を十分に高めることが出来れば、光が増幅されレーザー発振に至る事が期待される。従来、光励起によるレーザー発振が観測されるのみで、電気励起によるレーザー発振に必要とされる、高密度のキャリアを有機半導体素子に注入し、高密度の励起状態を発生させるのは非常に困難と提唱されているが、上記一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物を含有する有機半導体素子を用いることで、高効率な発光(電界発光)が起こる可能性が期待される。
(About organic semiconductor laser elements)
Since the organic polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) is a compound having organic semiconductor characteristics, utilization as an organic semiconductor laser element is expected. That is, a resonator structure can be incorporated into the organic semiconductor element containing the organic polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1), and carriers can be efficiently injected to sufficiently increase the density of excited states. For example, it is expected that the light is amplified and causes laser oscillation. Conventionally, only laser oscillation by optical excitation has been observed, and it is very difficult to inject high-density carriers necessary for laser oscillation by electrical excitation into an organic semiconductor element to generate a high-density excitation state. Although proposed, the use of an organic semiconductor element containing the organic polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) is expected to cause highly efficient light emission (electroluminescence).
(有機発光トランジスタについて)
次に有機発光トランジスタを説明する。上記の一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物は有機発光トランジスタにも用いることができる。有機トランジスタと有機エレクトロルミネッセンス素子を融合した発光トランジスタは、ディスプレイにおける駆動回路と発光部分が一体化した構造を持ち、駆動トランジスタ回路の占有面積を低減することができ、表示部の開口率を上げることができる。つまり部品点数の低減が可能で作製プロセスが単純になることで、更にコストの安いディスプレイが得られることになる。原理的には、有機トランジスタのソース、及びドレイン電極から、それぞれ電子・正孔を有機発光材料中に同時に注入し、再結合させることにより発光させる。発光量の調整はゲート電極からの電界によって制御することになる。
(About organic light-emitting transistors)
Next, an organic light emitting transistor will be described. The organic polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) can also be used for an organic light-emitting transistor. A light-emitting transistor that combines an organic transistor and an organic electroluminescent element has a structure in which the drive circuit and light-emitting part of the display are integrated, reducing the area occupied by the drive transistor circuit and increasing the aperture ratio of the display unit. Can do. That is, the number of parts can be reduced and the manufacturing process is simplified, so that a display with lower cost can be obtained. In principle, light is emitted by simultaneously injecting electrons and holes from the source and drain electrodes of the organic transistor into the organic light emitting material and recombining them. The adjustment of the light emission amount is controlled by the electric field from the gate electrode.
その構造は有機トランジスタの項で述べたものと同様でよく、有機トランジスタ用半導体層の構成に代わり発光トランジスタ材料を用いることができる。半導体化合物の特性により適宜使用する材料やプロセスを選択することができ、光を外部に取り出す為の構成が望ましい。通常の有機トランジスタでは電子又は正孔の片方だけを注入するのみで良いが、発光トランジスタの場合は、半導体層中での電子と正孔の結合により発光するため、電極から効果的な電荷の注入・結合・発光を促す構造であることが好ましい。 The structure may be the same as that described in the section of the organic transistor, and a light emitting transistor material can be used instead of the structure of the semiconductor layer for the organic transistor. The material and process to be used can be selected as appropriate depending on the characteristics of the semiconductor compound, and a configuration for extracting light to the outside is desirable. In ordinary organic transistors, only one of electrons or holes need to be injected, but in the case of light-emitting transistors, light is emitted by the combination of electrons and holes in the semiconductor layer. -A structure that promotes bonding and light emission is preferable.
(光電変換素子について)
次に光電変換素子について説明する。
上記一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物は光電変換素子として用いることができる。有機光電変換素子は、上部電極と下部電極である、対向する二つの電極膜間に、光電変換膜を含む光電変換部を配置した素子であって、一方の電極上方から光が光電変換部に入射されるものである。該光電変換部は前記の入射光量に応じて電子と正孔を発生するものであり、半導体により前記電荷に応じた信号が読み出され、光電変換膜部の吸収波長に応じた入射光量を示す素子である。下部の電極膜には読み出しのためのトランジスタが接続される場合もある。該光電変換素子は、アレイ上に多数配置されていた場合は、入射光量に加え、入射位置情報を示すため、撮像素子となる。また、光の入射に関して、後部に存在する電極を含んだ光電変換素子が、より前部に存在する光電変換素子によって、吸収波長を邪魔されない場合は、複数の光電変換素子が積層していても良い。さらには、前述の複数の光電変換素子がそれぞれ異なる可視光を吸収する場合は多色の撮像素子となり、フルカラーフォトダイオードとなる。
(About photoelectric conversion elements)
Next, the photoelectric conversion element will be described.
The organic polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) can be used as a photoelectric conversion element. An organic photoelectric conversion element is an element in which a photoelectric conversion unit including a photoelectric conversion film is disposed between two opposing electrode films, which are an upper electrode and a lower electrode, and light is incident on the photoelectric conversion unit from above one electrode. It is incident. The photoelectric conversion unit generates electrons and holes according to the amount of incident light, and a signal corresponding to the charge is read out by a semiconductor to indicate the amount of incident light according to the absorption wavelength of the photoelectric conversion film unit. It is an element. In some cases, a transistor for reading is connected to the lower electrode film. When a large number of the photoelectric conversion elements are arranged on the array, in addition to the amount of incident light, in addition to the incident position information, the photoelectric conversion element becomes an imaging element. In addition, regarding the incidence of light, when the photoelectric conversion element including the electrode existing in the rear part is not disturbed by the photoelectric conversion element existing in the front part, even if a plurality of photoelectric conversion elements are stacked. good. Furthermore, when the above-described plurality of photoelectric conversion elements absorb different visible lights, a multicolor imaging element is formed, and a full color photodiode is obtained.
図3に光電変換素子の態様例を示す。
図3の各態様例において、11が絶縁部、12が上部電極、13が電子ブロック層、14が光電変換部、15が正孔ブロック層、16が下部電極、17が絶縁基材、もしくは光電変換素子をそれぞれ表す。図中には読み出しのトランジスタを記載していないが、下部電極に接続されていればよく、更には、半導体が透明であれば下部電極の下に成膜されていてもよい。入射光は光電変換部以外が光電変換部の吸収波長を極度に邪魔しないものであれば、上部下部、いずれからの入射でもよい。
FIG. 3 shows an example of a photoelectric conversion element.
3, 11 is an insulating portion, 12 is an upper electrode, 13 is an electron blocking layer, 14 is a photoelectric conversion portion, 15 is a hole blocking layer, 16 is a lower electrode, 17 is an insulating base material, or photoelectric. Each conversion element is represented. Although the readout transistor is not shown in the drawing, it may be connected to the lower electrode, and further, it may be formed under the lower electrode if the semiconductor is transparent. The incident light may be incident from any of the upper and lower portions as long as the light other than the photoelectric conversion portion does not extremely disturb the absorption wavelength of the photoelectric conversion portion.
ここで、光電変換部は、光電変換層、電子輸送層、正孔輸送層、電子ブロック層、正孔ブロック層、結晶化防止層、層間接触改良層など複数の層からなることが多いが、これに限定されるものではない。 Here, the photoelectric conversion part is often composed of a plurality of layers such as a photoelectric conversion layer, an electron transport layer, a hole transport layer, an electron block layer, a hole block layer, a crystallization prevention layer, an interlayer contact improvement layer, It is not limited to this.
光電変換層には一般的に有機半導体膜が用いられるが、その有機半導体膜は一層、もしくは複数の層であっても良く、一層の場合は、P型有機半導体膜、N型有機半導体膜、又はそれらの混合膜(バルクヘテロ構造)が用いられる。一方、複数の層である場合は、2−10層程度であり、P型有機半導体膜、N型有機半導体膜、又はそれらの混合膜(バルクヘテロ構造)のいずれかを積層した構造であり、層間にバッファ層が挿入されていても良い。 In general, an organic semiconductor film is used for the photoelectric conversion layer. However, the organic semiconductor film may be a single layer or a plurality of layers. In this case, a P-type organic semiconductor film, an N-type organic semiconductor film, Alternatively, a mixed film (bulk heterostructure) thereof is used. On the other hand, in the case of a plurality of layers, it is about 2-10 layers, and is a structure in which any one of a P-type organic semiconductor film, an N-type organic semiconductor film, or a mixed film (bulk heterostructure) is laminated. A buffer layer may be inserted in
有機半導体膜には、吸収する波長帯に応じ、トリアリールアミン化合物、ベンジジン化合物、ピラゾリン化合物、スチリルアミン化合物、ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化合物、カルバゾール化合物、ポリシラン化合物、チオフェン化合物、フタロシアニン化合物、シアニン化合物、メロシアニン化合物、オキソノール化合物、ポリアミン化合物、インドール化合物、ピロール化合物、ピラゾール化合物、ポリアリーレン化合物、カルバゾール誘導体、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、フェニルブタジエン誘導体、スチリル誘導体、キノリン誘導体、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、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、ポルフィリン誘導体や燐光性金属錯体(Ir錯体、Pt錯体、Eu錯体など)等を用いることができる。 For organic semiconductor films, triarylamine compounds, benzidine compounds, pyrazoline compounds, styrylamine compounds, hydrazone compounds, triphenylmethane compounds, carbazole compounds, polysilane compounds, thiophene compounds, phthalocyanine compounds, cyanine compounds depending on the wavelength band to be absorbed , Merocyanine compound, oxonol compound, polyamine compound, indole compound, pyrrole compound, pyrazole compound, polyarylene compound, carbazole derivative, naphthalene derivative, anthracene derivative, phenanthrene derivative, phenylbutadiene derivative, styryl derivative, quinoline derivative, tetracene derivative, pyrene derivative Perylene derivatives, fluoranthene derivatives, quinacridone derivatives, coumarin derivatives, porphyrin derivatives and phosphorescent gold Complex (Ir complexes, Pt complexes, Eu complexes, etc.), or the like can be used.
ここで正孔輸送層は、発生した正孔を光電変換層から電極へ輸送し、光電変換層から電極への正孔の移動を容易にする機能と、電極からの電子移動をブロックする機能とを有する。また、電子輸送層は、発生した電子を光電変換層から電極へ輸送し、光電変換層から電極への電子の移動を容易にする機能と、電極からの正孔の移動をブロックする機能を有する。また、正孔ブロック層は、電極から光電変換層への正孔の移動を妨げ、光電変換層内での再結合を防ぎ、暗電流を低減する機能を有する。電子ブロック層は、電極から光電変換層への電子の移動を妨げ、光電変換層内での再結合を防ぎ、暗電流を低減する機能を有する。また、正孔ブロック層、および電子ブロック層は、光電変換膜の光吸収を妨げないために、光電変換層の吸収波長での透過率が高いことが好ましく、もしくは薄膜で用いることが好ましい。さらに光電変換層においては、入射光を受光することによって、それぞれ発生した電子と正孔を、電極へ輸送することで、電気信号として読み出し回路へ送るものである。 Here, the hole transport layer transports the generated holes from the photoelectric conversion layer to the electrode, facilitates movement of holes from the photoelectric conversion layer to the electrode, and functions to block electron transfer from the electrode. Have The electron transport layer has a function of transporting generated electrons from the photoelectric conversion layer to the electrode, facilitating movement of electrons from the photoelectric conversion layer to the electrode, and a function of blocking movement of holes from the electrode. . In addition, the hole blocking layer has a function of preventing movement of holes from the electrode to the photoelectric conversion layer, preventing recombination in the photoelectric conversion layer, and reducing dark current. The electron blocking layer has a function of preventing movement of electrons from the electrode to the photoelectric conversion layer, preventing recombination in the photoelectric conversion layer, and reducing dark current. In addition, the hole block layer and the electron block layer preferably have high transmittance at the absorption wavelength of the photoelectric conversion layer, or are preferably used as a thin film, in order not to prevent light absorption of the photoelectric conversion film. Furthermore, in the photoelectric conversion layer, by receiving incident light, the generated electrons and holes are transported to the electrodes, and are sent as electrical signals to the readout circuit.
有機光電変換素子において使用されうる電極膜は、光電変換層に含まれる正孔輸送性の光電変換膜または正孔輸送膜から正孔を取り出してこれを捕集する、もしくは光電変換層に含まれる電子輸送性の光電変換膜または電子輸送膜から電子を取り出してこれを吐き出すため、正孔輸送性光電変換膜、正孔輸送膜などの隣接する膜、もしくは、電子輸送性光電変換膜、電子輸送膜などの隣接する膜との密着性や電子親和力、イオン化ポテンシャル、安定性等を考慮して選ばれるため、特に限定されるものでないが、酸化錫(NESA)、酸化インジウム、酸化錫インジウム(ITO)、酸化亜鉛インジウム(IZO)などの導電性金属酸化物、金、銀、白金、クロム、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、タングステンなどの金属、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマーや炭素が挙げられる。また、必要であれば、複数の材料を用いても、また2層以上で構成されていてもよい。電極の抵抗も限定されないが、素子の受光を必要以上に妨げないものであれば限定されないが、素子の信号強度や、消費電力の観点からは低抵抗であることが好ましい。例えばシート抵抗値が300Ω/□以下のITO基板であれば素子電極として機能するが、数Ω/□程度の基板の供給も可能になっていることから、低抵抗品を使用することが望ましい。ITOの厚みは抵抗値に合わせて任意に選ぶ事ができるが、通常5〜500nm、好ましくは10〜300nmの間で用いられる。ITOなどの膜形成方法としては、蒸着法、電子線ビーム法、スパッタリング法、化学反応法、塗布法などが挙げられる。必要に応じUV−オゾン処理、プラズマ処理などを施すことができる。 The electrode film that can be used in the organic photoelectric conversion element collects holes from a hole transport photoelectric conversion film or a hole transport film contained in the photoelectric conversion layer, or is included in the photoelectric conversion layer In order to take out electrons from the electron transport photoelectric conversion film or electron transport film and discharge the electrons, adjacent films such as a hole transport photoelectric conversion film and a hole transport film, or an electron transport photoelectric conversion film and an electron transport Since it is selected in consideration of adhesion with an adjacent film such as a film, electron affinity, ionization potential, stability, etc., it is not particularly limited. However, tin oxide (NESA), indium oxide, indium tin oxide (ITO) ), Conductive metal oxides such as zinc oxide indium (IZO), metals such as gold, silver, platinum, chromium, aluminum, iron, cobalt, nickel, tungsten, iodide , Inorganic conductive materials such as copper sulfide, polythiophene, polypyrrole, and conductive polymers or carbon such as polyaniline. If necessary, a plurality of materials may be used, or two or more layers may be used. The resistance of the electrode is not limited, but is not limited as long as it does not interfere with the light reception of the element more than necessary. From the viewpoint of signal strength of the element and power consumption, the resistance is preferably low. For example, an ITO substrate having a sheet resistance value of 300Ω / □ or less functions as an element electrode, but since it is possible to supply a substrate of several Ω / □, it is desirable to use a low-resistance product. The thickness of ITO can be arbitrarily selected according to the resistance value, but is usually 5 to 500 nm, preferably 10 to 300 nm. Examples of film forming methods such as ITO include a vapor deposition method, an electron beam method, a sputtering method, a chemical reaction method, and a coating method. If necessary, UV-ozone treatment, plasma treatment or the like can be performed.
透明電極膜の材料として特に好ましいのは、ITO、IZO、SnO2、ATO(アンチモンドープ酸化スズ)、ZnO、AZO(Alドープ酸化亜鉛)、GZO(ガリウムドープ酸化亜鉛)、TiO2、FTO(フッ素ドープ酸化スズ)のいずれかの材料である。透明電極膜の光透過率は、その透明電極膜を含む光電変換部に含まれる光電変換膜の吸収ピーク波長において、60%以上が好ましく、より好ましくは80%以上で、より好ましくは90%以上、より好ましくは95%以上である。 Particularly preferable as the material for the transparent electrode film are ITO, IZO, SnO 2 , ATO (antimony-doped tin oxide), ZnO, AZO (Al-doped zinc oxide), GZO (gallium-doped zinc oxide), TiO 2 , FTO (fluorine). Doped tin oxide). The light transmittance of the transparent electrode film is preferably 60% or more, more preferably 80% or more, more preferably 90% or more, at the absorption peak wavelength of the photoelectric conversion film included in the photoelectric conversion part including the transparent electrode film. More preferably, it is 95% or more.
また、光電変換層を複数積層する場合、積層膜内部の電極はそれぞれの光電変換膜が検出する光以外の波長の光を透過させる必要があり、吸収光に対し、好ましくは90%、さらに好ましくは95%以上の光を透過する材料を用いる事が好ましい。 In addition, when a plurality of photoelectric conversion layers are stacked, the electrodes inside the stacked films need to transmit light having a wavelength other than the light detected by each photoelectric conversion film, and preferably 90%, more preferably, the absorbed light. It is preferable to use a material that transmits 95% or more of light.
電極膜はプラズマフリーで作製することが好ましい。プラズマフリーで電極膜を作成することで、プラズマが基板に与える影響を少なくすることができ、光電変換特性を良好にすることができる。ここで、プラズマフリーとは、電極膜の成膜中にプラズマが発生しないか、またはプラズマ発生源から基体までの距離が2cm以上、好ましくは10cm以上、更に好ましくは20cm以上であり、基体に到達するプラズマが減ずるような状態を意味する。 The electrode film is preferably made plasma-free. By forming the electrode film without plasma, the influence of plasma on the substrate can be reduced, and the photoelectric conversion characteristics can be improved. Here, plasma free means that no plasma is generated during the formation of the electrode film, or the distance from the plasma generation source to the substrate is 2 cm or more, preferably 10 cm or more, more preferably 20 cm or more, and reaches the substrate. It means a state where the plasma to be reduced decreases.
電極膜の成膜中にプラズマが発生しない装置としては、例えば、電子線蒸着装置(EB蒸着装置)やパルスレーザー蒸着装置がある。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。 Examples of an apparatus that does not generate plasma during the formation of an electrode film include an electron beam vapor deposition apparatus (EB vapor deposition apparatus) and a pulse laser vapor deposition apparatus. Hereinafter, a method of forming a transparent electrode film using an EB vapor deposition apparatus is referred to as an EB vapor deposition method, and a method of forming a transparent electrode film using a pulse laser vapor deposition apparatus is referred to as a pulse laser vapor deposition method.
成膜中プラズマを減ずることが出来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る。 As an apparatus that can realize a state in which plasma can be reduced during film formation (hereinafter referred to as a plasma-free film formation apparatus), for example, an opposed target sputtering apparatus or an arc plasma deposition method can be considered.
TCO(透明導電性酸化物)などの透明導電膜を電極膜とした場合、DC(直流)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、光電変換膜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被覆され、反対側の電極膜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。電極膜の膜厚を、光電変換膜の膜厚(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。 When a transparent conductive film such as TCO (transparent conductive oxide) is used as an electrode film, a DC (direct current) short circuit or an increase in leakage current may occur. One reason for this is thought to be that fine cracks introduced into the photoelectric conversion film are covered with a dense film such as TCO, and conduction between the opposite electrode film is increased. For this reason, in the case of an electrode having a poor film quality such as Al, an increase in leakage current hardly occurs. By controlling the film thickness of the electrode film with respect to the film thickness (crack depth) of the photoelectric conversion film, an increase in leakage current can be largely suppressed.
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、本実施形態の固体撮像素子では、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、透明導電性薄膜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、光電変換膜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。 Usually, when the conductive film is made thinner than a certain range, the resistance value is rapidly increased. However, in the solid-state imaging device of this embodiment, the sheet resistance is preferably 100 to 10000Ω / □, and the film thickness can be reduced. The degree of freedom is large. Further, the thinner the transparent conductive thin film is, the less light is absorbed, and the light transmittance is generally increased. The increase in light transmittance is very preferable because it increases the light absorption in the photoelectric conversion film and increases the photoelectric conversion ability.
正孔ブロック層は正孔阻止性物質単独又は二種類以上の物質を積層、混合することにより形成される。正孔阻止性物質としては、バソフェナントロリン、バソキュプロイン等のフェナントロリン誘導体、シロール誘導体、キノリノール誘導体金属錯体、オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体などが用いられるが、正孔阻止性物質は、正孔が電極から素子外部に流れ出てしまうのを阻止することができる化合物であれば特に限定されるものではない。上記一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物は特に正孔ブロック層の材料として好適に用いることが出来る。有機光電変換素子の正孔ブロック層薄膜の形成方法は後述のとおりでよい。リーク電流を防止する目的には膜厚は薄い方が良いが、光入射時の信号読み出しには、十分な電流量が必要なため、膜厚はなるべく薄い方が良い。一般的には発電層として5〜500nm程度が好ましい。 The hole blocking layer is formed by laminating and mixing hole blocking substances alone or two or more kinds. As the hole blocking substance, phenanthroline derivatives such as bathophenanthroline and bathocuproin, silole derivatives, quinolinol derivative metal complexes, oxadiazole derivatives, oxazole derivatives, and the like are used. The compound is not particularly limited as long as it is a compound that can prevent flowing out of the element. The organic polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1) can be particularly preferably used as a material for the hole blocking layer. The method for forming the hole blocking layer thin film of the organic photoelectric conversion element may be as described below. For the purpose of preventing leakage current, it is better that the film thickness is thin. However, since a sufficient amount of current is required for signal readout at the time of light incidence, the film thickness should be as thin as possible. In general, the power generation layer is preferably about 5 to 500 nm.
有機光電変換素子の有機薄膜の形成方法は、一般的に、真空プロセスである抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、分子積層法、溶液プロセスであるキャスティング、スピンコーティング、ディップコーティング、ブレードコーティング、ワイヤバーコーティング、スプレーコーティング等のコーティング法や、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法等、さらにはこれらの手法を複数組み合わせた方法を採用しうる。各層の厚みは、それぞれの物質の抵抗値・電荷移動度にもよるので限定することはできないが、0.5〜5000nmの間から選ばれる。好ましくは1〜1000nm、より好ましくは5〜500nmである。 Generally, the organic thin film of the organic photoelectric conversion device is formed by resistance heating vapor deposition which is a vacuum process, electron beam vapor deposition, sputtering, molecular lamination method, casting which is a solution process, spin coating, dip coating, blade coating, wire. Coating methods such as bar coating and spray coating, printing methods such as ink jet printing, screen printing, offset printing and letterpress printing, soft lithography methods such as microcontact printing, and a combination of these methods Can be adopted. The thickness of each layer depends on the resistance value and charge mobility of each substance and cannot be limited, but is selected from 0.5 to 5000 nm. Preferably it is 1-1000 nm, More preferably, it is 5-500 nm.
有機光電変換素子を構成する有機薄膜のうち、電極間に存在する、光電変換層、正孔輸送層、正孔ブロック層、電子輸送層、電子ブロック層などの薄膜の1層又は複数層に上記一般式(1)で表される有機多環芳香族化合物を含有させることにより、弱い光エネルギーでも効率よく電気信号に変換する素子が得られる。 Among the organic thin films constituting the organic photoelectric conversion element, one or more thin films such as a photoelectric conversion layer, a hole transport layer, a hole block layer, an electron transport layer, and an electron block layer, which are present between the electrodes, are described above. By including the organic polycyclic aromatic compound represented by the general formula (1), it is possible to obtain an element that efficiently converts even a weak light energy into an electric signal.
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。実施例中、部は特に指定しない限り質量部を、%は質量%を、化合物No.は上記の具体例に記載の化合物にそれぞれ対応する。また反応温度は、特に断りのない限り反応系内の内温を記載した。また、実施例又は比較例中の電流電圧の印加測定は、特に指定しない限り、半導体パラメータアナライザ4200−SCS(ケースレーインスツルメンツ社)を用いて行った。入射光の照射は、特に指定しない限り、PVL−3300(朝日分光株式会社)を用い、照射光波長550nm、照射光半値幅20nmにて行った。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example is given and this invention is demonstrated still in detail, this invention is not limited to these examples. In Examples, unless otherwise specified, parts are parts by mass,% is mass%, compound No. Corresponds to the compounds described in the specific examples. Moreover, the reaction temperature described the internal temperature in a reaction system unless there is particular notice. Moreover, unless otherwise specified, the application measurement of the current voltage in an Example or a comparative example was performed using the semiconductor parameter analyzer 4200-SCS (Keithley Instruments company). Irradiation of incident light was performed using PVL-3300 (Asahi Spectroscopy Co., Ltd.) at an irradiation light wavelength of 550 nm and an irradiation light half width of 20 nm unless otherwise specified.
(実施例1)
2,5,8−トリス(4−トリフルオロメチルフェニル)ベンゾ[1,2−b:3,4−b’:5,6−b’’]トリチオフェン(化合物(111))
窒素雰囲気下、フラスコに2,5,8,−トリス(トリブチルスタニル)ベンゾ[1,2−b:3,4−b’:5,6−b’’]トリチオフェン(3.3mmol)とジメチルホルムアミド(100ml)を加え、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム116mg(0.1mmol)と、4−ブロモ−トリフルオロメチルベンゼン4.455g(19.8 mmol)を加え、80℃に加熱、24時間撹拌した。析出した固体を濾別乾燥し、得られた固体を減圧下昇華精製することによって、2,5,8−トリス(4−トリフルオロメチルフェニル)ベンゾ[1,2−b:3,4−b’:5,6−b’’]トリチオフェン(375mg)を得た。得られた化合物のEI−MSの測定結果を以下に示す。
EI−MS m/z=678(M+)
Example 1
2,5,8-tris (4-trifluoromethylphenyl) benzo [1,2-b: 3,4-b ′: 5,6-b ″] trithiophene (compound (111))
Under a nitrogen atmosphere, put 2,5,8, -tris (tributylstannyl) benzo [1,2-b: 3,4-b ′: 5,6-b ″] trithiophene (3.3 mmol) in a flask. Dimethylformamide (100 ml) was added, 116 mg (0.1 mmol) of tetrakistriphenylphosphine palladium and 4.455 g (19.8 mmol) of 4-bromo-trifluoromethylbenzene were added, and the mixture was heated to 80 ° C. and stirred for 24 hours. . The precipitated solid was separated by filtration and dried, and the obtained solid was purified by sublimation under reduced pressure to obtain 2,5,8-tris (4-trifluoromethylphenyl) benzo [1,2-b: 3,4-b. ': 5,6-b ″] trithiophene (375 mg) was obtained. The measurement results of EI-MS of the obtained compound are shown below.
EI-MS m / z = 678 (M + )
(実施例2)
2,5,8−トリス(3−トリフルオロメチルフェニル)ベンゾ[1,2−b:3,4−b’:5,6−b’’]トリチオフェン(化合物(112))
窒素雰囲気下、フラスコに2,5,8,−トリス(トリブチルスタニル)ベンゾ[1,2−b:3,4−b’:5,6−b’’]トリチオフェン(3.0mmol)とジメチルホルムアミド(80ml)を加え、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム116mg(0.1mmol)と、3−ブロモ−トリフルオロメチルベンゼン4.050g(18 mmol)を加え、80℃に加熱、24時間撹拌した。析出した固体を濾別乾燥し、得られた固体を減圧下昇華精製することによって、2,5,8−トリス(3―トリフルオロメチルフェニル)ベンゾ[1,2−b:3,4−b’:5,6−b’’]トリチオフェン(1.019g)を得た。得られた化合物のEI−MSの測定結果を以下に示す。
EI−MS m/z=678(M+)
(Example 2)
2,5,8-tris (3-trifluoromethylphenyl) benzo [1,2-b: 3,4-b ′: 5,6-b ″] trithiophene (compound (112))
Under a nitrogen atmosphere, put 2,5,8, -tris (tributylstannyl) benzo [1,2-b: 3,4-b ′: 5,6-b ″] trithiophene (3.0 mmol) in a flask. Dimethylformamide (80 ml) was added, 116 mg (0.1 mmol) of tetrakistriphenylphosphine palladium and 4.050 g (18 mmol) of 3-bromo-trifluoromethylbenzene were added, and the mixture was heated to 80 ° C. and stirred for 24 hours. The precipitated solid was separated by filtration and dried, and the resulting solid was purified by sublimation under reduced pressure to give 2,5,8-tris (3-trifluoromethylphenyl) benzo [1,2-b: 3,4-b. ': 5,6-b ″] trithiophene (1.019 g) was obtained. The measurement results of EI-MS of the obtained compound are shown below.
EI-MS m / z = 678 (M + )
(実施例3)
2,5,8−トリス(2−トリフルオロメチルフェニル)ベンゾ[1,2−b:3,4−b’:5,6−b’’]トリチオフェン(化合物(113))
窒素雰囲気下、フラスコに2,5,8,−トリス(トリブチルスタニル)ベンゾ[1,2−b:3,4−b’:5,6−b’’]トリチオフェン(4.0mmol)とジメチルホルムアミド(80ml)を加え、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム116mg(0.1mmol)と、2−ブロモトリフルオロメチルベンゼン5.400g(24mmol)を加え、80℃に加熱、24時間撹拌した。析出した固体を濾別乾燥し、得られた固体を減圧下昇華精製することによって、2,5,8−トリス(2−トリフルオロフェニル)ベンゾ[1,2−b:3,4−b’:5,6−b’’]トリチオフェン(953mg)を得た。得られた化合物のEI−MSの測定結果を以下に示す。
EI−MS m/z=678(M+)
(Example 3)
2,5,8-tris (2-trifluoromethylphenyl) benzo [1,2-b: 3,4-b ′: 5,6-b ″] trithiophene (compound (113))
Under a nitrogen atmosphere, put 2,5,8, -tris (tributylstannyl) benzo [1,2-b: 3,4-b ′: 5,6-b ″] trithiophene (4.0 mmol) in a flask. Dimethylformamide (80 ml) was added, 116 mg (0.1 mmol) of tetrakistriphenylphosphine palladium and 5.400 g (24 mmol) of 2-bromotrifluoromethylbenzene were added, and the mixture was heated to 80 ° C. and stirred for 24 hours. The precipitated solid was separated by filtration and dried, and the resulting solid was purified by sublimation under reduced pressure, whereby 2,5,8-tris (2-trifluorophenyl) benzo [1,2-b: 3,4-b ′. : 5,6-b ″] trithiophene (953 mg). The measurement results of EI-MS of the obtained compound are shown below.
EI-MS m / z = 678 (M + )
(実施例4)
2,5,8−トリス(3,5−ビストリフルオロメチルフェニル)ベンゾ[1,2−b:3,4−b’:5,6−b’’]トリチオフェン(化合物(114))
窒素雰囲気下、フラスコに2,5,8,−トリス(トリブチルスタニル)ベンゾ[1,2−b:3,4−b’:5,6−b’’]トリチオフェン(4.0mmol)とジメチルホルムアミド(100ml)を加え、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム116mg(0.1mmol)と、1−ブロモ−3,5−ビストリフルオロメチルベンゼン7.032g(24mmol)を加え、80℃に加熱、24時間撹拌した。析出した固体を濾別乾燥し、得られた固体を減圧下昇華精製することによって、2,5,8−トリス(3,5−ビストリフルオロフェニル)ベンゾ[1,2−b:3,4−b’:5,6−b’’]トリチオフェン(965mg)を得た。得られた化合物のEI−MSの測定結果を以下に示す。
EI−MS m/z=882(M+)
Example 4
2,5,8-tris (3,5-bistrifluoromethylphenyl) benzo [1,2-b: 3,4-b ′: 5,6-b ″] trithiophene (compound (114))
Under a nitrogen atmosphere, put 2,5,8, -tris (tributylstannyl) benzo [1,2-b: 3,4-b ′: 5,6-b ″] trithiophene (4.0 mmol) in a flask. Dimethylformamide (100 ml) was added, 116 mg (0.1 mmol) of tetrakistriphenylphosphine palladium and 7.032 g (24 mmol) of 1-bromo-3,5-bistrifluoromethylbenzene were added, heated to 80 ° C., and stirred for 24 hours. did. The precipitated solid was separated by filtration and dried, and the obtained solid was purified by sublimation under reduced pressure, whereby 2,5,8-tris (3,5-bistrifluorophenyl) benzo [1,2-b: 3,4- b ′: 5,6-b ″] trithiophene (965 mg) was obtained. The measurement results of EI-MS of the obtained compound are shown below.
EI-MS m / z = 882 (M + )
(実施例5)
光電変換素子の作製およびその評価
ITO透明導電ガラス(ジオマテック株式会社製、ITO膜厚150nm)に、上記実施例1で得た2,5,8−トリス(4−トリフルオロメチルフェニル)ベンゾ[1,2−b:3,4−b’:5,6−b’’]トリチオフェンを、抵抗加熱真空蒸着により50nm成膜した。次に光電変換層として、キナクリドンを100nm真空成膜した。その上に電極として、アルミニウムを100nm真空成膜し、光電変換素子を作製した。ITOとアルミニウムを電極として、アルミニウム側に5Vの電圧を印加した際の、暗所での電流と光照射時の電流の比は4.7x104であった。
(Example 5)
Production and Evaluation of
(実施例6)
光電変換素子の作製およびその評価
ITO透明導電ガラス(ジオマテック株式会社製、ITO膜厚150nm)に、上記実施例2で得た2,5,8−トリス(3−トリフルオロメチルフェニル)ベンゾ[1,2−b:3,4−b’:5,6−b’’]トリチオフェンを、抵抗加熱真空蒸着により50nm成膜した。次に光電変換層として、キナクリドンを100nm真空成膜した。その上に電極として、アルミニウムを100nm真空成膜し、光電変換素子を作製した。ITOとアルミニウムを電極として、アルミニウム側に5Vの電圧を印加した際の、暗所での電流と光照射時の電流の比は4.7x102であった。
(Example 6)
Production and Evaluation of
(実施例7)
光電変換素子の作製およびその評価
ITO透明導電ガラス(ジオマテック株式会社製、ITO膜厚150nm)に、上記実施例3で得た2,5,8−トリス(2−トリフルオロメチルフェニル)ベンゾ[1,2−b:3,4−b’:5,6−b’’]トリチオフェンを、抵抗加熱真空蒸着により50nm成膜した。次に光電変換層として、キナクリドンを100nm真空成膜した。その上に電極として、アルミニウムを100nm真空成膜し、光電変換素子を作製した。ITOとアルミニウムを電極として、アルミニウム側に5Vの電圧を印加した際の、暗所での電流と光照射時の電流の比は2.2x105であった。
(Example 7)
Production and Evaluation of
(実施例8)
光電変換素子の作製およびその評価
ITO透明導電ガラス(ジオマテック株式会社製、ITO膜厚150nm)に、上記実施例2で得た2,5,8−トリス(3,5−ビストリフルオロメチルフェニル)ベンゾ[1,2−b:3,4−b’:5,6−b’’]トリチオフェンを、抵抗加熱真空蒸着により50nm成膜した。次に光電変換層として、キナクリドンを100nm真空成膜した。その上に電極として、アルミニウムを100nm真空成膜し、光電変換素子を作製した。ITOとアルミニウムを電極として、アルミニウム側に5Vの電圧を印加した際の、暗所での電流と光照射時の電流の比は1.4x103であった。
(Example 8)
Preparation of photoelectric conversion element and its
(比較例1)
光電変換素子の作製およびその評価
ITO透明導電ガラス(ジオマテック株式会社製、ITO膜厚150nm)に、光電変換層としてキナクリドンを100nm真空成膜した。その上に電極として、アルミニウムを100nm真空成膜し、光電変換素子を作製した。ITOとアルミニウムを電極として、アルミニウム側に5Vの電圧を印加した際の、暗所での電流と光照射時の電流の比は1.2x102であった。
(Comparative Example 1)
Preparation of photoelectric conversion element and its evaluation Quinacridone was formed into a 100 nm vacuum film as a photoelectric conversion layer on ITO transparent conductive glass (manufactured by Geomat Co., Ltd., ITO film thickness 150 nm). A 100 nm vacuum film of aluminum was formed thereon as an electrode to produce a photoelectric conversion element. When ITO and aluminum were used as electrodes and a voltage of 5 V was applied to the aluminum side, the ratio between the current in the dark and the current during light irradiation was 1.2 × 10 2 .
(比較例2)
光電変換素子の作製およびその評価
ITO透明導電ガラス(ジオマテック株式会社製、ITO膜厚150nm)に、トリス(8−キノリノラト)アルミニウムを、正孔ブロック層として、抵抗加熱真空蒸着により50nm成膜した。次に光電変換層として、キナクリドンを100nm真空成膜した。その上に電極として、アルミニウムを100nm真空成膜し、光電変換素子を作製した。ITOとアルミニウムを電極として、アルミニウム側に5Vの電圧を印加した際の、暗所での電流と光照射時の電流の比は4.3x10であった。
(Comparative Example 2)
Preparation of photoelectric conversion element and its evaluation Tris (8-quinolinolato) aluminum was formed into a film of 50 nm by resistance heating vacuum deposition on ITO transparent conductive glass (manufactured by Geomat Co., Ltd., ITO film thickness of 150 nm) as a hole blocking layer. Next, quinacridone was formed into a 100 nm vacuum film as a photoelectric conversion layer. A 100 nm vacuum film of aluminum was formed thereon as an electrode to produce a photoelectric conversion element. When ITO and aluminum were used as electrodes and a voltage of 5 V was applied to the aluminum side, the ratio between the current in the dark and the current during light irradiation was 4.3 × 10.
上記の実施例からも明らかなように、本発明により得られた有機多環芳香族化合物は、半導体特性を示し、更に良好な暗電流防止特性を示したことから、有機エレクトロニクスデバイスへの高い汎用性を有した有用な化合物であると言える。また、本発明による有機多環芳香族化合物を用いたデバイスは、きわめて高いリーク電流抑止効果を有し、また光入射時のオン電流の阻害を起こさないことから、低電圧かつ低電流の、低消費電力型有機エレクトロニクスデバイスである。 As is clear from the above examples, the organic polycyclic aromatic compound obtained by the present invention exhibited semiconductor characteristics and further exhibited good dark current prevention characteristics, and thus was highly versatile for organic electronic devices. It can be said that it is a useful compound having properties. In addition, the device using the organic polycyclic aromatic compound according to the present invention has a very high leakage current suppressing effect and does not inhibit the on-current at the time of light incidence. It is a power consumption type organic electronics device.
本発明の有機多環芳香族化合物は有機半導体用材料として有用である。特に、本発明の有機多環芳香族化合物は有機エレクトロニクスデバイス用の材料として効果的に用いられる。このため、本発明は産業上の利用可能性が高い。 The organic polycyclic aromatic compound of the present invention is useful as a material for an organic semiconductor. In particular, the organic polycyclic aromatic compound of the present invention is effectively used as a material for organic electronic devices. For this reason, this invention has high industrial applicability.
1 ソース電極
2 半導体層
3 ドレイン電極
4 絶縁体層
5 ゲート電極
6 基板
7 保護層
11 絶縁部
12 上部電極
13 電子ブロック層
14 光電変換部
15 正孔ブロック層
16 下部電極
17 絶縁基材、もしくは他光電変換素子
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