JP6618785B2 - 撮像素子用光電変換素子用材料及びそれを含む光電変換素子 - Google Patents
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Description
即ち、本発明は、下記の通りである。
[1]下記式(1)
[2]式(1)におけるR1乃至R18がそれぞれ独立に水素原子、ハロゲン原子又はアルキル基である上記[1]に記載の撮像素子用光電変換素子用材料、
[3]式(1)におけるR1乃至R4、R6乃至R13及びR15乃至R18が水素原子であり、かつR5及びR14の両者がハロゲン原子又は炭素数1乃至4のアルキル基である上記[2]に記載の撮像素子用光電変換素子用材料、
[4]式(1)におけるR1、R3乃至R7、R9乃至R10、R12乃至16及びR18が水素原子であり、R2及びR8の一方が水素原子で他方がハロゲン原子又は炭素数1乃至4のアルキル基であり、かつR11及びR17の一方が水素原子で他方がハロゲン原子又は炭素数1乃至4のアルキル基である上記[2]に記載の撮像素子用光電変換素子用材料、
[5]式(1)におけるR2及びR8の一方が水素原子で他方がハロゲン原子であり、かつR11及びR17の一方が水素原子で他方がハロゲン原子である上記[4]に記載の撮像素子用光電変換素子用材料、
[6]上記[1]乃至[5]のいずれか一項に記載の撮像素子用光電変換素子用材料を含んでなる撮像素子用光電変換素子、
[7](A)第一の電極膜、(B)第二の電極膜及び該第一の電極膜と該第二の電極膜の間に配置された(C)光電変換部を有する光電変換素子であって、該(C)光電変換部が少なくとも(c−1)光電変換層及び(c−2)光電変換層以外の有機薄膜層を含んでなり、かつ該(c−2)光電変換層以外の有機薄膜層が上記[1]乃至[6]のいずれか一項に記載の撮像素子用光電変換素子用材料を含んでなる撮像素子用光電変換素子、
[8](c−2)光電変換層以外の有機薄膜層が電子ブロック層である上記[7]に記載の撮像素子用光電変換素子、
[9](c−2)光電変換層以外の有機薄膜層が正孔ブロック層である上記[7]に記載の撮像素子用光電変換素子、
[10](c−2)光電変換層以外の有機薄膜層が電子輸送層である上記[7]に記載の撮像素子用光電変換素子、
[11](c−2)光電変換層以外の有機薄膜層が正孔輸送層である上記[7]に記載の撮像素子用光電変換素子、
[12]更に、(D)正孔蓄積部を有する薄膜トランジスタ及び(E)該薄膜トランジスタ内に蓄積された電荷に応じた信号を読み取る信号読み取り部を有する上記[6]乃至[11]のいずれか一項に記載の撮像素子用光電変換素子、
[13](D)正孔蓄積部を有する薄膜トランジスタが、更に(d)正孔蓄積部と第一の電極膜及び第二の電極膜のいずれか一方とを電気的に接続する接続部を有する上記[12]に記載の撮像素子用光電変換素子、
[14]上記[6]乃至[13]のいずれか一項に記載の撮像素子用光電変換素子を複数アレイ状に配置した撮像素子、
[15]上記[6]及至[13]のいずれか一項に記載の撮像素子用光電変換素子または上記[14]に記載の撮像素子を含む光センサー、及び
[16]上記[1]に記載の式(1)で表される化合物。
式(1)のR1乃至R18が表すハロゲン原子の具体例としては、フッ素原子、塩素原子、臭素原子及びヨウ素原子が挙げられ、フッ素原子であることが好ましい。
式(1)のR1乃至R18が表すアルキル基の具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、iso−プロピル基、n−ブチル基、iso−ブチル基、tert−ブチル基、sec−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−ヘプチル基、シクロペンチル基及びシクロヘキシル基等が挙げられ、炭素数1乃至4の直鎖又は分岐鎖のアルキル基であることが好ましく、炭素数1又は2の直鎖のアルキル基であることがより好ましい。
ハロゲン原子を有するアルキル基におけるハロゲン原子の具体例としては、式(1)のR1乃至R18が表すハロゲン原子の具体例と同様のものが挙げられ、好ましいものまた同様である。
ハロゲン原子を有するアルキル基におけるアルキル基は、直鎖状、分岐鎖状及び環状の何れにも限定されず、その炭素数も特に限定されないが、通常は炭素数1乃至4の直鎖状若しくは分岐鎖状のアルキル基であるか、または炭素数5乃至6の環状のアルキル基である。
式(1)のR1乃至R18が表す芳香族基の具体例としては、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、アンスリル基、フェナンスリル基、ピレニル基及びベンゾピレニル基等の芳香族炭化水素基、ピリジル基、ピラジル基、ピリミジル基、キノリル基、イソキノリル基、ピロリル基、インドレニル基、イミダゾリル基、カルバゾリル基、チエニル基、フリル基、ピラニル基及びピリドニル基等の複素環基、ベンゾキノリル基、アントラキノリル基及びベンゾチエニル基等の縮合系複素環基等が挙げられる。
より詳しくは、R1乃至R4、R6乃至R13及びR15乃至R18が水素原子であり、かつR5及びR14の両者がハロゲン原子又は炭素数1乃至4のアルキル基であるか、R1、R3乃至R7、R9乃至R10、R12乃至16及びR18が水素原子であり、R2及びR8の一方が水素原子で他方がハロゲン原子又は炭素数1乃至4のアルキル基であり、かつR11及びR17の一方が水素原子で他方がハロゲン原子又は炭素数1乃至4のアルキル基であることが更に好ましく、R1乃至R4、R6乃至R13及びR15乃至R18が水素原子であり、かつR5及びR14の両者がフッ素原子又は炭素数1乃至2のアルキル基であるか、R1、R3乃至R7、R9乃至R10、R12乃至16及びR18が水素原子であり、R2及びR8の一方が水素原子で他方がフッ素原子であり、かつR11及びR17の一方が水素原子で他方がフッ素原子であることが特に好ましい。
(C)光電変換部は、(c−1)光電変換層と、電子輸送層、正孔輸送層、電子ブロック層、正孔ブロック層、結晶化防止層及び層間接触改良層等からなる群より選択される一種又は複数種の(c−2)光電変換層以外の有機薄膜層とからなることが多い。本発明の撮像素子用光電変換素子材料は(c−1)光電変換層及び(c−2)光電変換層以外の有機薄膜層のいずれにも用いることができるが、(c−2)光電変換層以外の有機薄膜層に用いることが好ましい。
(C)光電変換部を構成する(c−1)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乃至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。
正孔輸送層は、発生した正孔を(c−1)光電変換層から(A)第一の電極膜又は(B)第二の電極膜へ輸送する役割と、正孔輸送先の電極膜から(c−1)光電変換層に電子が移動するのをブロックする役割とを果たす。
電子ブロック層は、(A)第一の電極膜又は(B)第二の電極膜から(c−1)光電変換層への電子の移動を妨げ、(c−1)光電変換層内での再結合を防ぎ、暗電流を低減する役割を果たす。
正孔ブロック層は、(A)第一の電極膜又は(B)第二の電極膜から(c−1)光電変換層への正孔の移動を妨げ、(c−1)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。
正孔ブロック層は正孔阻止性物質を単独又は二種類以上を積層する、又は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、正孔が電極から素子外部に流出するのを阻止することができる化合物であれば限定されない。正孔ブロック層に使用することができる化合物としては、上記一般式(1)で表される化合物の他に、バソフェナントロリン及び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、キノリン誘導体などが挙げられ、これらのうち、一種又は二種以上を用いることができる。
また、正孔ブロック層及び電子ブロック層は、(c−1)光電変換層の光吸収を妨げないために、光電変換層の吸収波長の透過率が高いことが好ましく、また薄膜で用いることが好ましい。
実施例中に記載のブロック層は正孔ブロック層及び電子ブロック層のいずれでも良い。光電変換素子の作製はグローブボックスと一体化した蒸着機で行い、作製した光電変換素子は窒素雰囲気のグローブボックス内で密閉式のボトル型計測チャンバー(エイエルエステクノロジー社製)に光電変換素子を設置し、電流電圧の印加測定を行った。電流電圧の印加測定は、特に指定のない限り、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、特に指定のない限り、PVL−3300(朝日分光社製)を用い、照射光波長550nm、照射光半値幅20nmにて行った。実施例中の明暗比は光照射を行った場合の電流値を暗所での電流値で割ったものを示す。
DMF(250g)に、特許第4945757号に記載の方法にて合成される2,7−ジヨード[1]ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(3.8g)、一般に入手可能な(4’−メチル−[1,1’−ビフェニル]−4−イル)ボロン酸(5.0g)、リン酸三カリウム(27g)及びテトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0.47g)を混合し、窒素雰囲気下、90℃で6時間撹拌した。得られた反応液を室温まで冷却した後、水(250g)を加え、固形分をろ過分取した。得られた固形分をアセトンで洗浄し乾燥した後、昇華精製を行うことにより、具体例No.5の化合物(2.7g、61%)を得た。
(4’−メチル−[1,1’−ビフェニル]−4−イル)ボロン酸(5.0g)の代わりに、一般に入手可能な(4’−フルオロ−[1,1’−ビフェニル]−4−イル)ボロン酸(4.0g)を使用したこと以外は、実施例1に準じて具体例No.1の化合物(2.5g、57%)を得た。
(4’−メチル−[1,1’−ビフェニル]−4−イル)ボロン酸(5.0g)の代わりに、一般に入手可能な(2−フルオロ−[1,1’−ビフェニル]−4−イル)ボロン酸(5.0g)を使用したこと以外は、実施例1に準じて具体例No.13の化合物(2.2g、50%)を得た。
ITO透明導電ガラス(ジオマテック(株)製、ITO膜厚150nm)に、2,7−ビス(2−フルオロ−[1,1’−ビフェニル]−4−イル)−[1]ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(上記具体例において、No.13で表される化合物)を、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、前記のブロック層の上に、光電変換層としてキナクリドンを100nm真空成膜した。最後に、前記の光電変換層の上に、電極としてアルミニウムを100nm真空成膜し、本発明の撮像素子用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、5Vの電圧を印加したときの明暗比は1.1×105であった。
ITO透明導電ガラス(ジオマテック(株)製、ITO膜厚150nm)に、2,7−ビス(4’−フルオロ−[1,1’−ビフェニル]−4−イル)−[1]ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(上記具体例において、No.1で表される化合物)を、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、前記のブロック層の上に、光電変換層としてキナクリドンを100nm真空成膜した。最後に、前記の光電変換層の上に、電極としてアルミニウムを100nm真空成膜し、本発明の撮像素子用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、5Vの電圧を印加したときの明暗比は35000であった。
ITO透明導電ガラス(ジオマテック(株)製、ITO膜厚150nm)に、2,7−ビス(4’−メチル−[1,1’−ビフェニル]−4−イル)−[1]ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(上記具体例において、No.5で表される化合物)を、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、前記のブロック層の上に、光電変換層としてキナクリドンを100nm真空成膜した。最後に、前記の光電変換層の上に、電極としてアルミニウムを100nm真空成膜し、本発明の撮像素子用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、5Vの電圧を印加したときの明暗比は120000であった。
ITO透明導電ガラス(ジオマテック(株)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。最後に、前記の光電変換層の上に、電極としてアルミニウムを100nm真空成膜し、比較用の撮像素子用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、5Vの電圧を印加したときの明暗比は4.7であった。
2 上部電極
3 電子ブロック層もしくは正孔輸送層
4 光電変換層
5 正孔ブロック層もしくは電子輸送層
6 下部電極
7 絶縁基材、もしくは他光電変換素子
Claims (3)
- 請求項1に記載の撮像素子用光電変換素子を複数アレイ状に配置した撮像素子。
- 請求項1に記載の撮像素子用光電変換素子または請求項2に記載の撮像素子を含む光センサー。
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