WO2023228922A1 - 撮像用の光電変換素子用材料及び光電変換素子 - Google Patents
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- H10K85/00—Organic materials used in the body or electrodes of devices covered by this subclass
- H10K85/60—Organic compounds having low molecular weight
Definitions
- the present invention relates to a material for a photoelectric conversion element and a photoelectric conversion element using the same, and particularly relates to a material for a photoelectric conversion element useful for imaging devices.
- organic electronic devices using thin films formed from organic semiconductors.
- Examples include electroluminescent elements, solar cells, transistor elements, photoelectric conversion elements, and the like.
- organic EL elements which are electroluminescent elements using organic substances, is the most advanced, and as their application to smartphones and TVs progresses, development toward even higher functionality continues. There is.
- Non-Patent Documents 1 and 2 As one solution to the problems of photoelectric conversion elements, photoelectric conversion elements that use organic semiconductors instead of inorganic semiconductors are being developed (Non-Patent Documents 1 and 2). This utilizes the property of organic semiconductors that allows them to selectively absorb light in specific wavelength ranges with high sensitivity.High sensitivity is achieved by stacking photoelectric conversion elements made of organic semiconductors that correspond to the three primary colors of light. A solution to the problem of increasing resolution and resolution has been proposed. Furthermore, an element in which a photoelectric conversion element made of an organic semiconductor and a photoelectric conversion element made of an inorganic semiconductor are stacked has also been proposed (Non-Patent Document 3).
- a photoelectric conversion element using an organic semiconductor has a photoelectric conversion layer made of a thin film of an organic semiconductor between two electrodes, and if necessary, holes are inserted between the photoelectric conversion layer and the two electrodes.
- This is an element configured by disposing a block layer and/or an electronic block layer.
- excitons are generated by absorbing light having a desired wavelength in a photoelectric conversion layer, and then holes and electrons are generated by charge separation of the excitons. Thereafter, holes and electrons move to each electrode, converting light into electrical signals.
- a method of applying a bias voltage between both electrodes is commonly used, but the challenge is to reduce the leakage current from both electrodes caused by applying the bias voltage. Become one. For this reason, it can be said that controlling the movement of holes and electrons within a photoelectric conversion element is the key to developing the characteristics of a photoelectric conversion element.
- the organic semiconductors used in each layer of the photoelectric conversion element can be broadly classified into P-type organic semiconductors and N-type organic semiconductors, with P-type organic semiconductors being used as hole-transporting materials and N-type organic semiconductors being used as electron-transporting materials.
- P-type organic semiconductors being used as hole-transporting materials
- N-type organic semiconductors being used as electron-transporting materials.
- Patent Document 1 proposes an element using an indolocarbazole derivative in an electron blocking layer disposed between a photoelectric conversion layer and an electrode.
- Patent Document 2 discloses an organic EL device using an indolocarbazole compound substituted with a nitrogen-containing six-membered ring structure.
- Patent Document 3 discloses an organic EL device using an indolocarbazole compound with a substituted carbazole structure, but none of them specifically shows that it exhibits excellent characteristics as a material for a photoelectric conversion device.
- the present invention aims to provide a material that realizes higher sensitivity and higher resolution of a photoelectric conversion element for imaging, and a photoelectric conversion element for imaging using the same. .
- the present inventors have discovered the process by which holes and electrons are generated by charge separation of excitons in the photoelectric conversion layer of a photoelectric conversion element, and the process by which holes and electrons are generated within a photoelectric conversion element.
- the process of migration it was discovered that by using an indolocarbazole compound having a specific substituent having an amine skeleton, these processes proceed efficiently, and the present invention was completed.
- the compound of the present invention it has been newly discovered that by using the compound of the present invention, the process of charge generation and movement within a photoelectric conversion element is controlled, and the brightness/dark ratio, which leads to higher sensitivity of the photoelectric conversion element, is improved.
- the present invention is a material for a photoelectric conversion element for imaging represented by the following general formula (1) or (2).
- ring E independently represents a heterocycle represented by formula (1a) that is fused with an adjacent ring at any position.
- X is O, S, C(Ra) 2 or N-(Ar 5 ) p -(Ar 6 ) q
- O, S, or N-(Ar 5 ) p -(Ar 6 ) is preferably represented by q .
- Ar 1 , Ar 2 , Ar 5 and Ar 6 each independently represent a substituted or unsubstituted diarylamino group having 12 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted diarylamino group having 12 to 30 carbon atoms; arylheteroarylamino group, substituted or unsubstituted diheteroarylamino group having 12 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group having 6 to 30 carbon atoms, or substituted or unsubstituted 4 carbon atoms Represents ⁇ 18 heteroaromatic groups.
- the number of carbon atoms is preferably 6 to 18.
- each of the above amino groups in Ar 1 , Ar 2 , Ar 5 and Ar 6 may be fused as shown in formulas (3a) to (3d) below.
- the n pieces of Ar 1 may be the same or different.
- the number m of substitutions is plural, the m pieces of Ar 2 may be the same or different.
- Ar 6 when there is a plurality of substitution numbers q.
- Ar 1 , Ar 5 and Ar 6 in general formula (2) are also the same as in general formula (1), and each independently represents a substituted or unsubstituted diarylamino group having 12 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted diarylamino group, or Substituted arylheteroarylamino group having 12 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted diheteroarylamino group having 12 to 30 carbon atoms, substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group having 6 to 30 carbon atoms, or substituted or represents an unsubstituted heteroaromatic group having 4 to 18 carbon atoms.
- the number of carbon atoms is preferably 6 to 18.
- each of the above amino groups in Ar 1 , Ar 2 , Ar 5 and Ar 6 may be fused as shown in formulas (3a) to (3d) below.
- the n pieces of Ar 1 may be the same or different.
- the p Ar 6 's may be the same or different.
- n, p and s represent the number of repetitions, n and p independently represent an integer of 0 to 4, and s represents an integer of 1 to 4.
- n and p are preferably 0-2, and s is preferably 1-3.
- m and q represent the number of substitutions, and m and q independently represent integers of 1 to 3.
- Preferably m and q are 1-2. However, when n is 0, m is 1, and when p is 0, q is 1.
- Ra each independently represents an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group having 6 to 30 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted heteroaromatic group having 4 to 18 carbon atoms.
- At least one Ar 1 , Ar 2 , Ar 5 or Ar 6 is a substituted or unsubstituted diarylamino group having 12 to 30 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted diarylamino group having 12 carbon atoms. ⁇ 30 arylheteroarylamino group, a substituted or unsubstituted diheteroarylamino group having 12 to 30 carbon atoms, or a further fused amino group represented by any of the following formulas (3a) to (3d) Ru.
- the amino group in Ar 1 or Ar 5 is further fused, it is represented by (3a) or (3b), and the amino group in Ar 2 or Ar 6 is further fused.
- it is expressed by the following formula (3c) or (3d).
- Y is each independently represented by a single bond, Si(Rb) 2 , C(Rb) 2 , O, S, Se, or N-Rb; Si(Rb) 2 , C(Rb) 2 , O, Or preferably represented by S.
- Rb each independently represents an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group having 6 to 30 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted heteroaromatic group having 4 to 18 carbon atoms.
- Ar 3 and Ar 4 each independently represent a substituted or unsubstituted diarylamino group having 12 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted arylheteroarylamino group having 12 to 30 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted arylheteroarylamino group having 12 to 30 carbon atoms; ⁇ 30 diheteroarylamino group, a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group having 6 to 30 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted heteroaromatic group having 4 to 18 carbon atoms.
- the number of carbon atoms is preferably 6 to 18.
- At least one of Ar 1 , Ar 2 , Ar 5 and Ar 6 is a substituted or unsubstituted diarylamino group having 12 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted carbon It is preferably represented by an arylheteroarylamino group having 12 to 30 carbon atoms or a substituted or unsubstituted diheteroarylamino group having 12 to 30 carbon atoms.
- At least one or two of Ar 1 , Ar 2 , Ar 5 and Ar 6 is a substituted or unsubstituted diarylamino group having 12 to 30 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted diarylamino group having 12 to 30 carbon atoms. It is preferably represented by 12 to 27 arylheteroarylamino groups.
- Ar 5 and Ar 6 adjacent to each other are each a phenyl group, forming a biphenyl group.
- At least one Ar 1 is a substituted or unsubstituted diarylamino group having 12 to 30 carbon atoms or a substituted or unsubstituted arylheteroarylamino group having 12 to 27 carbon atoms, and the aryl of the amino group It has at least one biphenyl group as a group.
- At least one Ar 2 is a substituted or unsubstituted diarylamino group having 12 to 30 carbon atoms or a substituted or unsubstituted arylheteroarylamino group having 12 to 27 carbon atoms, and the aryl of the amino group It has at least one biphenyl group as a group.
- At least one Ar 5 is a substituted or unsubstituted diarylamino group having 12 to 30 carbon atoms or a substituted or unsubstituted arylheteroarylamino group having 12 to 27 carbon atoms, and the aryl of the amino group It has at least one biphenyl group as a group.
- At least one Ar 6 is a substituted or unsubstituted diarylamino group having 12 to 30 carbon atoms or a substituted or unsubstituted arylheteroarylamino group having 12 to 27 carbon atoms, and the aryl of the amino group The group has at least one biphenyl group.
- Ar 1 , Ar 2 , Ar 5 and Ar 6 be represented by any one of the above formulas (3a) to (3d).
- Ar 1 or Ar 5 is selected from the above formula (3a) or (3b)
- Ar 2 or Ar 6 is selected from the above formula (3c) or (3d).
- Ar 1 , Ar 2 , Ar 5 or Ar 6 is further represented by a carbazolyl group, a dibenzofuran group, or a dibenzothiophene group.
- a and b represent the number of substitutions, each independently from 0 to 3; Preferably, a and b are 0-2.
- * in formulas (3a) to (3d) indicates a bonding point with N in the pyrrole ring in general formula (1) or a bonding point with adjacent Ar 1 , Ar 2 , Ar 5 or Ar 6 .
- the above photoelectric conversion element material has a highest occupied orbital (HOMO) energy level of -4.5 eV or less obtained by structure optimization calculation using density functional calculation B3LYP/6-31G (d),
- the energy level of the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) obtained in the structure optimization calculation is ⁇ 2.5 eV or more, the hole mobility is 1 ⁇ 10 ⁇ 6 cm 2 /Vs or more, or the amorphous It is preferable to satisfy one of the following requirements:
- the above material for a photoelectric conversion element can be used as a hole transporting material for a photoelectric conversion element for imaging.
- the present invention also provides a photoelectric conversion element for imaging having a photoelectric conversion layer and an electron block layer between two electrodes, in which at least one layer of the photoelectric conversion layer and the electron block layer has the above photoelectric conversion element.
- a photoelectric conversion element for imaging characterized by containing a material for
- the above material for a photoelectric conversion element is preferably included in an electron block layer or a photoelectric conversion layer of a photoelectric conversion element, and at that time, it is preferably included as a hole transporting material. Moreover, when the above-mentioned photoelectric conversion element material is included in the electron block layer, the photoelectric conversion layer preferably contains an electron transporting material or a fullerene derivative.
- the material for photoelectric conversion elements for imaging of the present invention can achieve appropriate movement of holes and electrons within the photoelectric conversion element, so it can reduce leakage current caused by application of bias voltage when converting light into electrical energy. As a result, it is possible to obtain a photoelectric conversion element that achieves a low dark current value and a high contrast ratio.
- the material of the present invention is useful as a material for a photoelectric conversion element of a photoelectric conversion film stacked type imaging device.
- FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing a structural example of a photoelectric conversion element for imaging.
- the photoelectric conversion element for imaging of the present invention has at least one organic layer between two electrodes.
- the organic layer contains a material for an imaging photoelectric conversion element represented by either the above general formula (1) or (2).
- a photoelectric conversion element for imaging that has a photoelectric conversion layer and an electron block layer between two electrodes
- at least one layer of the photoelectric conversion layer and the electron block layer has the above general formula (1) or ( Contains a material for a photoelectric conversion element for imaging represented by any of 2).
- the material for a photoelectric conversion element for imaging represented by either the above general formula (1) or (2) will be referred to as the material for a photoelectric conversion element, the material of the present invention, or the material of the general formula (1) or (2). It is also called a compound represented by
- each ring E independently represents a heterocycle represented by formula (1a) that is fused with an adjacent ring at any position.
- the material of the present invention is preferably represented by general formula (1).
- X is O, S , C ( Ra) 2 or N-(Ar 5 ) p -( Ar 6 ) q ; Preferably.
- n, p and s represent the number of repetitions, n and p independently represent an integer of 0 to 4, and s represents an integer of 1 to 4. It is preferable that n is 0-2, and s is preferably 1-3. m and q independently represent the number of substitutions, and m and q independently represent integers from 1 to 3. Preferably m and q are 1-2. However, when n is 0, m is 1, and when p is 0, q is 1.
- Ar 1 , Ar 2 , Ar 5 and Ar 6 each independently represent a substituted or unsubstituted diarylamino group having 12 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted arylheteroarylamino group having 12 to 30 carbon atoms, a substituted or Represents an unsubstituted diheteroarylamino group having 12 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group having 6 to 30 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted heteroaromatic group having 4 to 18 carbon atoms .
- a diaryl having 12 to 30 carbon atoms in which at least one of Ar 1 , Ar 2 , Ar 5 or Ar 6 , preferably at least two of Ar 1 , Ar 2 , Ar 5 and Ar 6 is substituted or unsubstituted;
- the biphenyl group may be ortho-, meta-, or para-linked, but preferably para-biphenyl.
- Ar 1 and Ar 2 adjacent to each other are each a phenyl group, forming a biphenyl group.
- Ar 5 and Ar 6 adjacent to each other are each a phenyl group, forming a biphenyl group.
- At least one Ar 1 is a substituted or unsubstituted diarylamino group having 12 to 30 carbon atoms or a substituted or unsubstituted arylheteroarylamino group having 12 to 27 carbon atoms, and the aryl of the amino group It has at least one biphenyl group as a group.
- At least one Ar 2 is a substituted or unsubstituted diarylamino group having 12 to 30 carbon atoms or a substituted or unsubstituted arylheteroarylamino group having 12 to 27 carbon atoms, and the aryl of the amino group It has at least one biphenyl group as a group.
- At least one Ar 5 is a substituted or unsubstituted diarylamino group having 12 to 30 carbon atoms or a substituted or unsubstituted arylheteroarylamino group having 12 to 27 carbon atoms, and the aryl of the amino group It has at least one biphenyl group as a group.
- at least one Ar 6 is a substituted or unsubstituted diarylamino group having 12 to 30 carbon atoms or a substituted or unsubstituted arylheteroarylamino group having 12 to 27 carbon atoms, and the aryl of the amino group The group has at least one biphenyl group.
- Compounds that satisfy the conditions (i) and (iii) above are, for example, (B1) and (B2), and compounds that satisfy the conditions (ii) and (iv) above are, for example, (B40) and (B102).
- Compounds that satisfy the conditions (v) and (vii) above are, for example, (B41) and (B103), and compounds that satisfy the conditions (vi) and (viii) above are, for example, (B29) and (B104). ), but are not limited to these.
- unsubstituted diarylamino group having 12 to 30 carbon atoms unsubstituted arylheteroarylamino group having 12 to 30 carbon atoms, or unsubstituted diheteroarylamino group having 12 to 30 carbon atoms is diphenylamino, dibiphenylamino, phenylbiphenylamino, phenylterphenylamino, biphenylterphenylamino, naphthylphenylamino, dinaphthylamino, dianthraceneylamino, diphenanthrenylamino, phenyltriphenylenylamino, biphenyl Triphenylenylamino, phenylcarbazolylphenylamino, phenylcarbazolylbiphenylamino, biphenylcarbazolylphenylamino, bisphenylcarbazolylamino, dibenzofurany
- Preferred examples include diphenylamino, dibiphenylamino, phenylbiphenylamino, naphthylphenylamino, dinaphthylamino, phenylcarbazolylphenylamino, phenylcarbazolylbiphenylamino, dibenzofuranylphenylamino, and dibenzofuranylbiphenylamino.
- More preferred examples include diphenylamino, phenylbiphenylamino, carbazolylphenylamino, carbazolylbiphenylamino, dibenzofuranylphenylamino, and dibenzofuranylbiphenylamino.
- the aryl group constituting the above amino group is preferably an aryl group having 6 to 18 carbon atoms, and the heteroaryl group is preferably a heteroaryl group having 6 to 15 carbon atoms.
- the number of carbon atoms in these amino groups is preferably 12 to 27.
- the hetero atom in the heteroaryl group is preferably N, S or O.
- unsubstituted aromatic hydrocarbon compounds having 6 to 30 carbon atoms include monocyclic aromatic hydrocarbons such as benzene, bicyclic aromatic hydrocarbons such as naphthalene, indacene, biphenylene, phenalene, anthracene, and phenanthrene.
- tricyclic aromatic hydrocarbons such as fluorene, tetracyclic aromatic hydrocarbons such as fluoranthene, acephenanthrylene, aceantrylene, triphenylene, pyrene, chrysene, tetraphene, tetracene, preiadene, picene, perylene
- examples include groups derived from pentacyclic aromatic hydrocarbons such as pentaphene, pentacene, tetraphenylene and naphthoanthracene.
- benzene naphthalene, anthracene, phenanthrene, triphenylene, or pyrene
- groups derived from benzene, naphthalene, anthracene, and phenanthrene are preferred.
- Examples of the unsubstituted heteroaromatic group having 4 to 18 carbon atoms include nitrogen-containing aromatic compounds having a pyrrole ring such as pyrrole, pyrrolopyrrole, indole, isoindole, pyrroloisoindole, and carboline, thiophene, benzothiophene, Mention may be made by way of example of groups originating from dibenzothiophene, furan, benzofuran, dibenzofuran, carbazole, phenylcarbazole, indolocarbazole, pyridine, pyrimidine, quinoline, isoquinoline, quinazoline or quinoxaline.
- it is thiophene, benzothiophene, dibenzothiophene, furan, benzofuran, dibenzofuran, carbazole, phenylcarbazole, or indolocarbazole, and more preferably a group derived from dibenzothiophene, dibenzofuran, carbazole, or phenylcarbazole.
- Ar 1 , Ar 2 , Ar 5 and Ar 6 are substituted or unsubstituted heteroaromatic groups, the number of carbon atoms is preferably 6 to 18. It is preferred that at least one of at least one Ar 1 , Ar 2 , Ar 5 or Ar 6 is further represented by a dibenzothiophene group, a dibenzofuran group, or a carbazolyl group.
- examples of the substituent include deuterium, a cyano group, and an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms.
- the alkyl group may be any straight chain, branched, or cyclic alkyl group, and preferably a straight chain, branched chain, or cyclic alkyl group having 1 to 10 carbon atoms. , or a cyclic alkyl group. Specific examples include methyl group, ethyl group, n-propyl group, n-butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n-octyl group, n-dodecyl group, n-tetradecyl group, n-octadecyl group.
- Linear saturated hydrocarbon groups such as isopropyl group, isobutyl group, tert-butyl group, neopentyl group, 2-ethylhexyl group, branched saturated hydrocarbon groups such as 2-hexyl octyl group, cyclopentyl group, cyclohexyl group, cyclooctyl group
- saturated alicyclic hydrocarbon groups such as , 4-butylcyclohexyl group, and 4-dodecylcyclohexyl group.
- the substituent is bonded to a carbon atom or a heteroatom constituting an aromatic ring.
- Ar 3 and Ar 4 each independently represent a substituted or unsubstituted diarylamino group having 12 to 30 carbon atoms, a substituted or unsubstituted arylheteroarylamino group having 12 to 30 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted arylheteroarylamino group having 12 to 30 carbon atoms; ⁇ 30 diheteroarylamino group, a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group having 6 to 30 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted heteroaromatic group having 4 to 18 carbon atoms.
- Ar 3 and Ar 4 are substituted or unsubstituted heteroaromatic groups, the number of carbon atoms is preferably 6 to 18.
- a and b represent the number of substitutions, each independently from 0 to 3, preferably from 0 to 2.
- Y is each independently represented by a single bond, Si(Rb) 2 , C(Rb) 2 , O, S, Se, or N-Rb; Si(Rb) 2 , C(Rb) 2 , O, Or preferably represented by S.
- Ra and Rb each independently represent an alkyl group having 1 to 20 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group having 6 to 30 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted heteroaromatic group having 4 to 18 carbon atoms. represents.
- unsubstituted alkyl groups having 1 to 20 carbon atoms are the same as those described for substituents, such as unsubstituted aromatic hydrocarbon groups having 6 to 30 carbon atoms, and unsubstituted aromatic hydrocarbon groups having 4 to 30 carbon atoms.
- Examples of the heteroaromatic group of 18 are the same as those described for Ar 1 , Ar 2 , Ar 5 and Ar 6 .
- it is an alkyl group having 1 to 10 carbon atoms, a substituted or unsubstituted aromatic hydrocarbon group having 6 to 18 carbon atoms, or a substituted or unsubstituted heteroaromatic group having 6 to 18 carbon atoms.
- the material for photoelectric conversion elements of the present invention is an organic material that includes coupling reactions such as Suzuki coupling, Stille coupling, Grignard coupling, Ullmann coupling, Buchwald-Hartwig reaction, and Heck reaction using commercially available reagents as raw materials. It can be obtained by synthesis using various organic synthesis reactions established in the field of synthetic chemistry, and then purification using known methods such as recrystallization, column chromatography, and sublimation purification. It is not limited.
- the photoelectric conversion element material of the present invention has a highest occupied orbital (HOMO) energy level of -4.5 eV or less obtained by structure optimization calculation using density functional calculation B3LYP/6-31G (D). is preferably in the range of ⁇ 4.8 eV to ⁇ 6.0 eV.
- HOMO highest occupied orbital
- the energy level of the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) obtained in the above structure optimization calculation is -2.5 eV or more, more preferably in the range of -2.5 eV to -0.5 eV, and Preferably it is in the range of -1.8eV to -0.8eV.
- the difference (absolute value) between the HOMO energy level and the LUMO energy level is preferably in the range of 2.0 to 5.0 eV, more preferably 2.5 to 4.0 eV. It is within the range of 0 eV.
- the photoelectric conversion element material of the present invention preferably has a hole mobility of 1 ⁇ 10 ⁇ 6 cm 2 / Vs to 1 cm 2 /Vs, more preferably 2 ⁇ 10 ⁇ 5 cm 2 /Vs to 1 ⁇ It has a hole mobility of 10 ⁇ 1 cm 2 /Vs.
- Hole mobility can be evaluated by a known method such as a method using an FET transistor element, a time-of-flight method, or an SCLC method.
- the material for photoelectric conversion elements of the present invention is preferably amorphous.
- the fact that it is amorphous can be confirmed by various methods, for example, by not detecting a peak in the XRD method or by not detecting an endothermic peak in the DSC method.
- FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing the structure of a photoelectric conversion element for imaging using the material for an imaging photoelectric conversion element of the present invention, in which 1 is an electrode, 2 is a hole blocking layer, 3 is a photoelectric conversion layer, and 4 5 represents an electron block layer, 5 represents an electrode, and 6 represents a substrate.
- the structure is not limited to the structure shown in FIG. 1, and layers can be added or omitted as necessary. It is also possible to have a structure opposite to that shown in FIG. 1, that is, to stack the electrode 5, hole blocking layer 4, photoelectric conversion layer 3, electron blocking layer 2, and electrode 1 on the substrate 6 in this order. It is possible to add or omit.
- the layers constituting the laminated structure on the substrate other than the electrodes such as the anode and the cathode may be collectively referred to as organic layers.
- the photoelectric conversion element is supported by a substrate.
- a substrate there are no particular limitations on this substrate, and for example, one made of glass, transparent plastic, quartz, etc. can be used.
- the electrode has a function of collecting holes and electrons generated in the photoelectric conversion layer. Additionally, a function for allowing light to enter the photoelectric conversion layer is also required. Therefore, it is desirable that at least one of the two electrodes be transparent or semitransparent.
- the material used for the electrode is not particularly limited as long as it has conductivity, but examples include ITO, IZO, SnO 2 , ATO (antimony-doped tin oxide), ZnO, AZO (Al-doped zinc oxide), and GZO ( conductive transparent materials such as gallium-doped zinc oxide), TiO2 and FTO ; metals such as gold, silver, platinum, chromium, aluminium, iron, cobalt, nickel and tungsten; inorganic conductive substances such as copper iodide and copper sulfide; Examples include conductive polymers such as polythiophene, polypyrrole, and polyaniline. These materials may be used in combination if necessary. Moreover, two or more layers may be laminated.
- the photoelectric conversion layer is a layer in which holes and electrons are generated by charge separation of excitons generated by incident light. Although it may be formed of a single photoelectric conversion material, it may be formed in combination with a P-type organic semiconductor material that is a hole-transporting material or an N-type organic semiconductor material that is an electron-transporting material. Moreover, two or more types of P-type organic semiconductors may be used, and two or more types of N-type organic semiconductors may be used. As one or more of these P-type organic semiconductors and/or N-type semiconductors, it is desirable to use a dye material having a function of absorbing light of a desired wavelength in the visible region.
- the photoelectric conversion element material of the present invention can be used as a P-type organic semiconductor material that is a hole transporting material.
- the P-type organic semiconductor material may be any material as long as it has hole transport properties, and it is preferable to use the photoelectric conversion element material of the present invention, but other P-type organic semiconductor materials may be used. Moreover, two or more kinds of compounds represented by the above general formula (1) or general formula (2) (the photoelectric conversion element material of the present invention) may be used in combination. Furthermore, the above compound and other P-type organic semiconductor materials may be mixed and used.
- P-type organic semiconductor materials may be materials having hole transport properties, such as naphthalene derivatives, anthracene derivatives, phenanthrene derivatives, pyrene derivatives, chrysene derivatives, naphthacene derivatives, triphenylene derivatives, perylene derivatives, and fluoranthene derivatives.
- fluorene derivatives fluorene derivatives, cyclopentadiene derivatives, furan derivatives, thiophene derivatives, pyrrole derivatives, benzofuran derivatives, benzothiophene derivatives, dinaphthothienothiophene derivatives, indole derivatives, pyrazoline derivatives, dibenzofuran derivatives, dibenzothiophene derivatives, carbazole derivatives, indolocarbazole, etc. aromatic compounds, aromatic amine derivatives, styrylamine derivatives, benzidine derivatives, porphyrin derivatives, phthalocyanine derivatives, or quinacridone derivatives.
- a polymer type material may be used as the P-type organic semiconductor material.
- the polymer type P-type organic semiconductor material include polyphenylene vinylene derivatives, polyparaphenylene derivatives, polyfluorene derivatives, polyvinylcarbazole derivatives, and polythiophene derivatives.
- a mixture of two or more selected from compounds represented by the general formula (1) or general formula (2) of the present invention, P-type organic semiconductor materials, and polymeric P-type organic semiconductor materials may be used. .
- the N-type organic semiconductor material may be any material that has electron transport properties, such as naphthalenetetracarboxylic acid diimide, perylenetetracarboxylic acid diimide, fullerenes (fullerene derivatives), imidazole, thiazole, thiadiazole, oxazole, oxadiazole, etc. Examples include azole derivatives such as azole and triazole. Furthermore, two or more materials selected from N-type organic semiconductor materials may be used in combination.
- the electron blocking layer is provided in order to suppress dark current caused by electrons being injected from one electrode into the photoelectric conversion layer when a bias voltage is applied between two electrodes. It also has a hole transporting function of transporting holes generated by charge separation in the photoelectric conversion layer to the electrode, and a single layer or multiple layers can be arranged as necessary.
- a P-type organic semiconductor material which is a hole-transporting material, can be used for the electron block layer.
- the P-type organic semiconductor material may be any material that has hole transport properties, and it is preferable to use a compound represented by the above general formula (1) or general formula (2), but other P-type organic semiconductors may be used. Materials may also be used. Further, the compound represented by the general formula (1) or the general formula (2) and other P-type organic semiconductor materials or polymeric P-type organic semiconductor materials as described above may be mixed and used.
- the hole blocking layer is provided in order to suppress dark current caused by holes being injected from one electrode into the photoelectric conversion layer when a bias voltage is applied between two electrodes. It also has an electron transporting function of transporting electrons generated by charge separation in the photoelectric conversion layer to the electrode, and a single layer or multiple layers can be arranged as necessary.
- the hole blocking layer an N-type organic semiconductor having electron transporting properties can be used.
- the N-type organic semiconductor material may be any material that has electron transport properties, such as polycyclic aromatic polycarboxylic acid anhydrides such as naphthalenetetracarboxylic acid diimide and perylenetetracarboxylic acid diimide, imidized products thereof, C60 and C70, azole derivatives such as imidazole, thiazole, thiadiazole, oxazole, oxadiazole, and triazole, tris(8-quinolinolato)aluminum(III) derivatives, phosphine oxide derivatives, nitro-substituted fluorene derivatives, Examples include diphenylquinone derivatives, thiopyrane dioxide derivatives, carbodiimides, fluorenylidenemethane derivatives, anthraquinodimethane and anthrone derivatives, bipyridine derivatives, quinoline derivatives, and indolocarbazole derivatives. Furthermore, two or more materials selected from
- Hydrogen in the materials of the invention may be deuterium. That is, in addition to hydrogen on the aromatic ring in the general formulas (1), (2), (3a) to (3d), Ar 1 , Ar 2 , Ra, Ar 3 , Ar 4 , Rb, Ar 5 , Ar Some or all of the hydrogens on the aromatic ring, including substituents such as 6 , may be deuterium. Furthermore, part or all of the hydrogen contained in the compounds used as the N-type organic semiconductor material and the P-type organic semiconductor material may be deuterium.
- each layer is not particularly limited, and may be produced by either a dry process or a wet process. If necessary, a plurality of organic layers containing the photoelectric conversion element material of the present invention can be formed.
- Synthesis example 1 (synthesis of compound B1) A 200 ml three-neck flask that had been degassed and replaced with nitrogen was equipped with T1 (17.2 mmol), T2 (7.8 mmol), copper iodide (2.3 mmol), potassium carbonate (23.4 mmol), and 8-quinolinol (2.3 mmol). After adding 40 ml of 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone (DMI) to the mixture, the mixture was stirred at 190°C for 16 hours. Once cooled to room temperature, 100 ml of water was added, and the resulting white precipitate was collected by filtration. The obtained residue was reprecipitated with xylene to obtain compound B1 (white solid). The yield was 31%. The obtained solid was evaluated by XRD method, but no peak was detected. (APCI-TOFMS, m/z 895[M+H] + )
- Synthesis example 2 (synthesis of compound B2) Compound B2 (white solid) was obtained in the same manner as Synthesis Example 1 except that T1 was changed to T3. The yield was 45%. The obtained solid was evaluated by XRD method, but no peak was detected. (APCI-TOFMS, m/z 995[M+H] + )
- Synthesis example 3 (synthesis of compound B3) Compound B3 (white solid) was obtained in the same manner as Synthesis Example 1 except that T1 was changed to T4. The yield was 53%. The obtained solid was evaluated by XRD method, but no peak was detected. (APCI-TOFMS, m/z 975[M+H] + )
- Synthesis example 4 (synthesis of compound B61) A 200 ml three-necked flask that had been degassed and replaced with nitrogen was equipped with T5 (12.0 mmol), T6 (6.0 mmol), copper iodide (1.8 mmol), potassium carbonate (18.1 mmol), and 8-quinolinol (1.8 mmol). After adding 30 ml of 1,3-dimethyl-2-imidazolidinone (DMI) to the mixture, the mixture was stirred at 190°C for 48 hours. Once cooled to room temperature, 100 ml of water was added, and the resulting white precipitate was collected by filtration. The obtained residue was purified by column chromatography to obtain compound B61 (white solid). The yield was 66%. The obtained solid was evaluated by XRD method, but no peak was detected. (APCI-TOFMS, m/z 741[M+H] + )
- Charge Mobility Compound B1 was formed as an organic layer by vacuum evaporation on an electrode made of ITO with a thickness of 110 nm formed on a glass substrate under conditions such that the film thickness was about 3 ⁇ m.
- charge mobility was measured by a time-of-flight method using an element in which aluminum (Al) was formed to a thickness of 70 nm as an electrode.
- the hole mobility was 6.4 ⁇ 10 ⁇ 4 cm 2 /Vs.
- Example 1 Compound B1 was formed into a 100 nm thick film as an electron blocking layer at a vacuum degree of 4.0 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa on a 70 nm thick ITO electrode formed on a glass substrate. Next, a thin film of quinacridone was formed to a thickness of 100 nm as a photoelectric conversion layer. Finally, a 70 nm thick aluminum film was formed as an electrode to create a photoelectric conversion element. A voltage of 2V was applied between the ITO electrode and the aluminum electrode. At this time, the current in the dark was 1.5 ⁇ 10 ⁇ 10 A/cm 2 .
- the current was 1.4 ⁇ 10 ⁇ 7 A/cm 2 .
- the contrast ratio is calculated to be 9.3 ⁇ 10 2 .
- Comparative example 1 Compound H1 was formed to a thickness of 100 nm as an electron blocking layer at a vacuum degree of 4.0 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa on an electrode made of ITO with a thickness of 70 nm formed on a glass substrate. Next, a film of quinacridone was formed to a thickness of 100 nm as a photoelectric conversion layer. Finally, a 70 nm thick aluminum film was formed as an electrode to create a photoelectric conversion element. Regarding this photoelectric conversion element, the current in the dark when a voltage of 2 V was applied and the current during light irradiation were measured in the same manner as in Example 1. The current in the dark was 5.6 ⁇ 10 ⁇ 9 A/cm 2 , and the current during light irradiation was 1.2 ⁇ 10 ⁇ 7 A/cm 2 . The contrast ratio is calculated to be 0.21 ⁇ 10 2 .
- Table 3 shows the evaluation results of Example 1 and Comparative Example 1.
- Example 2 Compound B1 was formed to a thickness of 10 nm as an electron blocking layer at a degree of vacuum of 2.5 ⁇ 10 ⁇ 5 Pa on an electrode made of ITO with a thickness of 70 nm formed on a glass substrate.
- 2Ph-BTBT, F6-SubPc-OC6F5, and fullerene (C60) were codeposited to a thickness of 200 nm at a deposition rate ratio of 4:4:2 to form a film.
- dpy-NDI was deposited to a thickness of 10 nm to form a hole blocking layer.
- aluminum was formed into a film with a thickness of 70 nm as an electrode to produce a photoelectric conversion element.
- Examples 3-5 A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 2 except that the compounds shown in Table 4 were used as the electron block layer.
- Comparative examples 2-3 A photoelectric conversion element was produced in the same manner as in Example 2 except that the compounds shown in Table 4 were used as the electron block layer. Table 4 shows the results of Examples 3 to 5 and Comparative Examples 2 to 3.
- the compound of the present invention has an excellent contrast ratio compared to the comparative example compound, and it is clear that it is useful as a material for a photoelectric conversion element for imaging.
- Electrode 2 Hole blocking layer 3 Photoelectric conversion layer 4 Electronic blocking layer 5 Electrode 6 Substrate
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Abstract
高感度、高解像度化を実現する撮像用の光電変換素子用材料、及び撮像用の光電変換素子を提供する。 一般式（１）又は（２）で表される光電変換素子用材料であり、また、２枚の電極の間に光電変換層と電子ブロック層を有して、これらの層の少なくとも一つに上記材料を含んだ撮像用の光電変換素子である。環Ｅは独立に、隣接環と任意の位置で縮合する式（１ａ）で表される複素環を表す。Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５及びＡｒ６はそれぞれ独立に、炭素数１２～３０のジアリールアミノ基、炭素数１２～３０のアリールヘテロアリールアミノ基、炭素数１２～３０のジヘテロアリールアミノ基、炭素数６～３０の芳香族炭化水素基、又は炭素数４～１８の複素芳香族基であり、Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５又はＡｒ６の少なくとも１つが前記アミノ基又は該アミノ基が更に縮環したものである。
Description
本発明は、光電変換素子用材料とそれを用いた光電変換素子に関し、特に撮像デバイスに有用な光電変換素子用材料に関する。
近年、有機半導体によって形成された薄膜を用いる有機エレクトロニクスデバイスの開発が進んでいる。例えば、電界発光素子、太陽電池、トランジスタ素子、光電変換素子などが例示できる。特に、これらの中でも、有機物による電界発光素子である有機ＥＬ素子の開発が最も進んでおり、スマートフォンやＴＶなどへの応用が進むと共に、さらなる高機能化を指向する開発が継続的に行われている。
光電変換素子では、従来、シリコンなどの無機半導体のＰ－Ｎ接合を用いた素子の開発・実用化が進んでおり、デジタルカメラ、スマートフォン用カメラの高機能化検討、監視用カメラ、自動車用センサーなどへの応用検討が行われているが、これら様々な用途に応じていくための課題として、高感度化、画素微細化（高解像度化）が挙げられている。無機半導体を用いる光電変換素子では、カラー画像を得るために、光電変換素子の受光部上に光の三原色であるＲＧＢに対応したカラーフィルターを配置する方式が主に採用されている。この方式では、ＲＧＢのカラーフィルターを平面上に配置するため、入射光の利用効率や解像度の点で課題があった（非特許文献１，２）。
このような光電変換素子の課題の解決策の一つとして、無機半導体の替わりに有機半導体を用いる光電変換素子の開発が行われている（非特許文献１，２）。これは有機半導体が持つ、特定の波長域の光のみを選択的に高感度で吸収できる性質を利用するものであり、光の三原色に対応した有機半導体による光電変換素子を積層することによる高感度化、高解像度化の課題解決が提案されている。また、有機半導体からなる光電変換素子と無機半導体からなる光電変換素子を積層した素子も提案されている（非特許文献３）。
ここで、有機半導体を用いる光電変換素子は、２枚の電極の間に、有機半導体の薄膜からなる光電変換層を有し、必要に応じて光電変換層と２枚の電極の間に正孔ブロック層及び／又は電子ブロック層が配置されることにより構成される素子である。光電変換素子では、光電変換層にて所望の波長を有する光を吸収することにより励起子が生成し、次いで、励起子の電荷分離により正孔と電子が生じる。その後、正孔と電子が各電極に移動することにより、光を電気信号に変換している。この過程を促進することを目的に、両電極間にはバイアス電圧を印加する手法が一般的に用いられているが、バイアス電圧を印加することにより生じる両電極からのリーク電流の低減が課題の一つとなる。このようなことから、光電変換素子内での正孔や電子の移動を制御することが、光電変換素子の特性発現の鍵となっていると言える。
光電変換素子の各層に用いられる有機半導体はＰ型有機半導体とＮ型有機半導体に大別でき、Ｐ型有機半導体は正孔輸送性材料、Ｎ型有機半導体は電子輸送性材料として用いられる。上述した光電変換素子内での正孔と電子の移動を制御するため、適切な物性、例えば、正孔移動度、電子移動度、最高被占電子軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギー値、最低空軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギー値を有する有機半導体の開発が種々行われているが、十分な特性を有しているとは言えない状況であり、商業的に活用されるには至っていない。
ここで、特許文献１では、光電変換層と電極との間に配置される電子ブロック層にインドロカルバゾール誘導体を用いる素子が提案されている。
一方で、特許文献２では、含窒素６員環構造が置換したインドロカルバゾール化合物を用いた有機ＥＬ素子が開示されている。
特許文献３では、カルバゾール構造が置換したインドロカルバゾール化合物を用いた有機ＥＬ素子が開示されているが、いずれも光電変換素子用材料として優れた特性を示すことを具体的に示していない。
特許文献３では、カルバゾール構造が置換したインドロカルバゾール化合物を用いた有機ＥＬ素子が開示されているが、いずれも光電変換素子用材料として優れた特性を示すことを具体的に示していない。
ＮＨＫ技研Ｒ＆Ｄ No．132， pp．4-11（2012.3）
ＮＨＫ技研Ｒ＆Ｄ No．174， pp．4-17（2019.3）
２０１９ ＩＥＥＥ International Electron Devices Meeting （IEDM）， pp．16.6．1-16.6．4（2019）
撮像用の光電変換素子をデジタルカメラ、スマートフォン用カメラの高機能化や、監視用カメラ、自動車用センサーなどへの応用を進めていくためには、更なる高感度化、高解像度化が課題となる。本発明は、このような現状を踏まえ、撮像用の光電変換素子の高感度化、及び高解像度化を実現する材料、及びこれを用いた撮像用の光電変換素子を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記の課題に関して鋭意検討した結果、光電変換素子における光電変換層での励起子の電荷分離により正孔と電子が生じる過程、及び光電変換素子内での正孔と電子の移動の過程において、アミン骨格を有する特定の置換基を有するインドロカルバゾール化合物を用いることにより、これらが効率的に進むことを見出し、本発明を完成するに至った。特に、本発明の化合物を用いることで、光電変換素子内の電荷発生、移動の過程が制御され、光電変換素子の高感度化につながる明暗比が向上することを新たに見出した。
本発明は、下記一般式（１）又は（２）で表される撮像用の光電変換素子用材料である。
一般式（１）及び（２）において、環Ｅは独立に、隣接環と任意の位置で縮合する式（１ａ）で表される複素環を表す。
ここで、Ｘは、Ｏ、Ｓ、Ｃ（Ｒａ）２、又はＮ－（Ａｒ５）ｐ－（Ａｒ６）ｑで表され、Ｏ、Ｓ、又はＮ－（Ａｒ５）ｐ－（Ａｒ６）ｑで表されることが好ましい。
また、一般式（１）において、Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５及びＡｒ６はそれぞれ独立に、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のアリールヘテロアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジヘテロアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数６～３０の芳香族炭化水素基、又は置換若しくは未置換の炭素数４～１８の複素芳香族基を表す。Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５及びＡｒ６が置換若しくは未置換の複素芳香族基である場合、炭素数は６～１８であることが好ましい。このうち、Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５及びＡｒ６における上記の各アミノ基は、後述する式（３ａ）～（３ｄ）のように縮環してもよい。
なお、一般式（１）において繰り返し数ｎが複数である場合、ｎ個のＡｒ１は互いに同じであってもよく、異なるものであってもよい。繰り返し数ｐが複数ある場合のＡｒ５についても同様である。また、置換数ｍが複数である場合、ｍ個のＡｒ２は互いに同じものであってもよく、異なるものであってもよい。置換数ｑが複数ある場合のＡｒ６についても同様である。
なお、一般式（１）において繰り返し数ｎが複数である場合、ｎ個のＡｒ１は互いに同じであってもよく、異なるものであってもよい。繰り返し数ｐが複数ある場合のＡｒ５についても同様である。また、置換数ｍが複数である場合、ｍ個のＡｒ２は互いに同じものであってもよく、異なるものであってもよい。置換数ｑが複数ある場合のＡｒ６についても同様である。
一般式（２）におけるＡｒ１、Ａｒ５及びＡｒ６についても一般式（１）の場合と同様であり、それぞれ独立に、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のアリールヘテロアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジヘテロアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数６～３０の芳香族炭化水素基、又は置換若しくは未置換の炭素数４～１８の複素芳香族基を表す。Ａｒ１、Ａｒ５及びＡｒ６が置換若しくは未置換の複素芳香族基である場合、炭素数は６～１８であることが好ましい。このうち、Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５及びＡｒ６における上記の各アミノ基は、後述する式（３ａ）～（３ｄ）のように縮環してもよい。
なお、一般式（２）において繰り返し数ｎが複数である場合、ｎ個のＡｒ１は互いに同じもであってもよく、異なるものであってもよい。繰り返し数ｐが複数ある場合のＡｒ５についても同様である。また、置換数ｐが複数である場合、ｐ個のＡｒ６は互いに同じものであってもよく、異なるものであってもよい。
なお、一般式（２）において繰り返し数ｎが複数である場合、ｎ個のＡｒ１は互いに同じもであってもよく、異なるものであってもよい。繰り返し数ｐが複数ある場合のＡｒ５についても同様である。また、置換数ｐが複数である場合、ｐ個のＡｒ６は互いに同じものであってもよく、異なるものであってもよい。
ｎ、ｐ及びｓは繰り返し数を表し、ｎ及びｐは独立に０～４の整数を表し、ｓは１～４の整数を表す。ｎ及びｐは０～２であることが好ましく、ｓは１～３であることが好ましい。また、ｍ及びｑは置換数を表し、ｍ及びｑは独立に１～３の整数を表す。ｍ及びｑは１～２であることが好ましい。但し、ｎが０の時、ｍは１であり、ｐが０の時、ｑは１である。
Ｒａはそれぞれ独立に、炭素数１～２０のアルキル基、置換若しくは未置換の炭素数６～３０の芳香族炭化水素基、又は置換若しくは未置換の炭素数４～１８の複素芳香族基を表す。
一般式（１）及び（２）において、それぞれ少なくとも１つのＡｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５又はＡｒ６が置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のアリールヘテロアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジヘテロアリールアミノ基、又は該アミノ基が更に縮環した下記式（３ａ）～（３ｄ）のいずれかで表される。ただし、Ａｒ１又はＡｒ５における該アミノ基が更に縮環した基で表されるときは（３ａ）又は（３ｂ）で表され、Ａｒ２又はＡｒ６における該アミノ基が更に縮環した基で表されるときは下記式（３ｃ）又は（３ｄ）で表される。
Ｙはそれぞれ独立して、単結合、Ｓｉ（Ｒｂ）２、Ｃ（Ｒｂ）２、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、又はＮ－Ｒｂで表され、Ｓｉ（Ｒｂ）２、Ｃ（Ｒｂ）２、Ｏ、又はＳで表されることが好ましい。
Ｒｂはそれぞれ独立に、炭素数１～２０のアルキル基、置換若しくは未置換の炭素数６～３０の芳香族炭化水素基、又は置換若しくは未置換の炭素数４～１８の複素芳香族基を表す。
Ａｒ３及びＡｒ４はそれぞれ独立に、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のアリールヘテロアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジヘテロアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数６～３０の芳香族炭化水素基、又は置換若しくは未置換の炭素数４～１８の複素芳香族基を表す。Ａｒ３及びＡｒ４が置換若しくは未置換の複素芳香族基である場合、炭素数は６～１８であることが好ましい。
一般式（１）及び（２）において、それぞれＡｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５及びＡｒ６のうち、少なくとも1つが置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のアリールヘテロアリールアミノ基、又は置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジヘテロアリールアミノ基で表されることが好ましい。
なかでも、Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５及びＡｒ６のうち、少なくとも１つ若しくは２つが置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基であるか、又は、置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基で表されることが好ましい。
なかでも、Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５及びＡｒ６のうち、少なくとも１つ若しくは２つが置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基であるか、又は、置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基で表されることが好ましい。
ここで、一般式（１）において、次の（ｉ）、（ii）、（iii）、(iv)、(ｖ)、(vi)、(vii)、又は（viii）の何れかの条件を少なくとも１つ満たすことが好ましく、少なくとも２つ満たすことがより好ましい。
すなわち、
（ｉ）ｎ＝２～４の場合に互いに隣接するＡｒ１の少なくとも１組がそれぞれフェニル基であり、ビフェニル基を形成する。
（ii）互いに隣接するＡｒ１とＡｒ２とがそれぞれフェニル基であり、ビフェニル基を形成する。
（iii）p＝２～４の場合に互いに隣接するＡｒ5の少なくとも１組がそれぞれフェニル基であり、ビフェニル基を形成する。
（iv）互いに隣接するＡｒ5とＡｒ6とがそれぞれフェニル基であり、ビフェニル基を形成する。
（ｖ）少なくとも１つのＡｒ１が、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基又は置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基であり、かつ該アミノ基のアリール基としてビフェニル基を少なくとも１つ有する。
（vi）少なくとも１つのＡｒ２が、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基又は置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基であり、かつ該アミノ基のアリール基としてビフェニル基を少なくとも１つ有する。
（vii）少なくとも１つのＡｒ５が、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基又は置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基であり、かつ該アミノ基のアリール基としてビフェニル基を少なくとも１つ有する。
（viii）少なくとも1つのＡｒ６が、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基又は置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基であり、かつ該アミノ基のアリール基がビフェニル基を少なくとも１つ有する。
すなわち、
（ｉ）ｎ＝２～４の場合に互いに隣接するＡｒ１の少なくとも１組がそれぞれフェニル基であり、ビフェニル基を形成する。
（ii）互いに隣接するＡｒ１とＡｒ２とがそれぞれフェニル基であり、ビフェニル基を形成する。
（iii）p＝２～４の場合に互いに隣接するＡｒ5の少なくとも１組がそれぞれフェニル基であり、ビフェニル基を形成する。
（iv）互いに隣接するＡｒ5とＡｒ6とがそれぞれフェニル基であり、ビフェニル基を形成する。
（ｖ）少なくとも１つのＡｒ１が、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基又は置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基であり、かつ該アミノ基のアリール基としてビフェニル基を少なくとも１つ有する。
（vi）少なくとも１つのＡｒ２が、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基又は置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基であり、かつ該アミノ基のアリール基としてビフェニル基を少なくとも１つ有する。
（vii）少なくとも１つのＡｒ５が、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基又は置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基であり、かつ該アミノ基のアリール基としてビフェニル基を少なくとも１つ有する。
（viii）少なくとも1つのＡｒ６が、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基又は置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基であり、かつ該アミノ基のアリール基がビフェニル基を少なくとも１つ有する。
Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５及びＡｒ６のうち少なくとも１つ若しくは２つが、上記式（３ａ）～（３ｄ）の何れかで表されることが好ましい。ただし、Ａｒ１又はＡｒ５は上記式（３ａ）又は（３ｂ）から選ばれ、Ａｒ２又はＡｒ６は上記式（３ｃ）又は（３ｄ）から選ばれる。
Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５又はＡｒ６のうち、さらに少なくとも一つがカルバゾリル基、ジベンゾフラン基、又はジベンゾチオフェン基で表されることが好ましい。
ａ及びｂは置換数を表し、それぞれ独立に０～３である。ａ及びｂは０～２であることが好ましい。なお、式（３ａ）～（３ｄ）における＊は、一般式（１）におけるピロール環でのＮとの結合点や、隣接するＡｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５又はＡｒ６との結合点を示す。
上記の光電変換素子用材料は、密度汎関数計算Ｂ３ＬＹＰ／６－３１Ｇ（ｄ）による構造最適化計算で得られる最高被占軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギー準位が－４．５ｅＶ以下であること、前記構造最適化計算で得られる最低空軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギー準位が－２．５ｅＶ以上であること、１×１０－６ｃｍ２／Ｖｓ以上の正孔移動度を有すること、又は非晶質であることのいずれかを満足することが好ましい。
上記の光電変換素子用材料は、撮像用の光電変換素子の正孔輸送性材料として使用されることができる。
また、本発明は、２枚の電極の間に、光電変換層と電子ブロック層を有する撮像用の光電変換素子において、光電変換層、及び電子ブロック層の少なくとも一つの層に上記の光電変換素子用材料を含むことを特徴とする撮像用の光電変換素子である。
上記の光電変換素子用材料は、光電変換素子の電子ブロック層又は光電変換層に含まれるのがよく、その際に正孔輸送性材料として含まれるのが好ましい。また、上記の光電変換素子用材料が電子ブロック層に含まれる場合、光電変換層には電子輸送性材料であるか、又はフラーレン誘導体を含むことがよい。
本発明の撮像用の光電変換素子用材料は、光電変換素子内での正孔や電子の適切な移動を実現できるため、光を電気エネルギーに変換する際のバイアス電圧の印加により生じるリーク電流の低減が可能となり、その結果、低い暗電流値と高い明暗比を実現する光電変換素子を得ることができる。本発明の材料は、光電変換膜積層型撮像デバイスの光電変換素子用材料として有用である。
本発明の撮像用光電変換素子は、２枚の電極の間に、少なくとも１層の有機層を有する。その有機層に上記一般式（１）または（２）のいずれかで表される撮像用の光電変換素子用材料を含有する。詳しくは、２枚の電極の間に、光電変換層と電子ブロック層を有する撮像用の光電変換素子において、光電変換層、及び電子ブロック層の少なくとも一つの層に上記一般式（１）または（２）のいずれかで表される撮像用の光電変換素子用材料を含有する。
以下、上記一般式（１）または（２）のいずれかで表される撮像用の光電変換素子用材料を、光電変換素子用材料、本発明の材料、又は一般式（１）または（２）で表される化合物ともいう。
以下、上記一般式（１）または（２）のいずれかで表される撮像用の光電変換素子用材料を、光電変換素子用材料、本発明の材料、又は一般式（１）または（２）で表される化合物ともいう。
上記一般式（１）または（２）で表される化合物について、以下に説明する。
一般式（１）及び（２）において、それぞれ環Ｅは独立に、隣接環と任意の位置で縮合する式（１ａ）で表される複素環を表す。本発明の材料は一般式（１）で表されることが好ましい。
一般式（１）及び（２）において、それぞれ環Ｅは独立に、隣接環と任意の位置で縮合する式（１ａ）で表される複素環を表す。本発明の材料は一般式（１）で表されることが好ましい。
Ｘは、Ｏ、Ｓ、Ｃ（Ｒａ）２、又はＮ－（Ａｒ５）ｐ－（Ａｒ６）ｑで表され、Ｏ、Ｓ、又はＮ－（Ａｒ５）ｐ－（Ａｒ６）ｑで表されることが好ましい。
ｎ、ｐ及びｓは繰り返し数を表し、ｎ及びｐは独立に０～４の整数を表し、ｓは１～４の整数を表す。ｎは０～２であることが好ましく、ｓは１～３であることが好ましい。ｍ及びｑは独立に置換数を表し、ｍ及びｑは独立に１～３の整数を表す。ｍ及びｑは１～２であることが好ましい。但し、ｎが０の時、ｍは１であり、ｐが０の時、ｑは１である。
Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５及びＡｒ６はそれぞれ独立に、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のアリールヘテロアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジヘテロアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数６～３０の芳香族炭化水素基、又は置換若しくは未置換の炭素数４～１８の複素芳香族基を表す。但し、Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５又はＡｒ６のうち少なくとも１つ、好ましくはＡｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５及びＡｒ６の中から少なくとも２つが置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のアリールヘテロアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジヘテロアリールアミノ基、又は該アミノ基が更に縮環した式（３ａ）～（３ｄ）のいずれかで表される。Ａｒ１又はＡｒ５における該アミノ基が更に縮環した基で表されるときは式（３ａ）又は（３ｂ）で表され、Ａｒ２又はＡｒ６における該アミノ基が更に縮環した基で表されるときは式（３ｃ）又は（３ｄ）で表される。なお、一般式（１）において、Ａｒ１が複数ある場合、Ａｒ２が複数ある場合、Ａｒ５が複数ある場合、及びＡｒ６が複数ある場合の考え方は上述したとおりである。一般式（２）におけるＡｒ１、Ａｒ５及びＡｒ６についても同様である。
一般式（１）については、ビフェニル基を有するのが好ましい。ビフェニル基はオルト、メタ、又はパラ連結のいずれでもよいが、好ましくはパラビフェニルである。詳しくは、一般式（１）において、次の(ｉ)、（ii）、（iii）、(iv)、(ｖ)、(vi)、(vii)、又は(viii)の何れかの条件を少なくとも１つ満たすことが好ましく、少なくとも２つ満たすことがより好ましい。
すなわち、
（ｉ）ｎ＝２～４の場合に互いに隣接するＡｒ１の少なくとも１組がそれぞれフェニル基であり、ビフェニル基を形成する。
（ii）互いに隣接するＡｒ１とＡｒ２とがそれぞれフェニル基であり、ビフェニル基を形成する。
（iii）ｐ＝２～４の場合に互いに隣接するＡｒ５の少なくとも１組がそれぞれフェニル基であり、ビフェニル基を形成する。
（iv）互いに隣接するＡｒ５とＡｒ６とがそれぞれフェニル基であり、ビフェニル基を形成する。
（ｖ）少なくとも１つのＡｒ１が、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基又は置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基であり、かつ該アミノ基のアリール基としてビフェニル基を少なくとも１つ有する。
（vi）少なくとも１つのＡｒ２が、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基又は置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基であり、かつ該アミノ基のアリール基としてビフェニル基を少なくとも１つ有する。
（vii）少なくとも１つのＡｒ５が、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基又は置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基であり、かつ該アミノ基のアリール基としてビフェニル基を少なくとも１つ有する。
（viii）少なくとも1つのＡｒ６が、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基又は置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基であり、かつ該アミノ基のアリール基がビフェニル基を少なくとも１つ有する。
すなわち、
（ｉ）ｎ＝２～４の場合に互いに隣接するＡｒ１の少なくとも１組がそれぞれフェニル基であり、ビフェニル基を形成する。
（ii）互いに隣接するＡｒ１とＡｒ２とがそれぞれフェニル基であり、ビフェニル基を形成する。
（iii）ｐ＝２～４の場合に互いに隣接するＡｒ５の少なくとも１組がそれぞれフェニル基であり、ビフェニル基を形成する。
（iv）互いに隣接するＡｒ５とＡｒ６とがそれぞれフェニル基であり、ビフェニル基を形成する。
（ｖ）少なくとも１つのＡｒ１が、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基又は置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基であり、かつ該アミノ基のアリール基としてビフェニル基を少なくとも１つ有する。
（vi）少なくとも１つのＡｒ２が、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基又は置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基であり、かつ該アミノ基のアリール基としてビフェニル基を少なくとも１つ有する。
（vii）少なくとも１つのＡｒ５が、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基又は置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基であり、かつ該アミノ基のアリール基としてビフェニル基を少なくとも１つ有する。
（viii）少なくとも1つのＡｒ６が、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基又は置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基であり、かつ該アミノ基のアリール基がビフェニル基を少なくとも１つ有する。
上記（ｉ）や（iii）の条件を満たす化合物は、例えば（Ｂ１）、（Ｂ２）であり、上記（ii）や（iv）の条件を満たす化合物は、例えば（Ｂ４０）、（Ｂ１０２）であり、上記（ｖ）や（vii）の条件を満たす化合物は、例えば（Ｂ４１）、（Ｂ１０３）であり、上記（vi）や（viii）の条件を満たす化合物は、例えば（Ｂ２９）、（Ｂ１０４）であるが、これらに限定されるものではない。上記（ｉ）、（ii）、（iii）、（iv）、（ｖ）、（vi）、（vii）、又は（viii）の何れかの条件を少なくとも１つ満たす化合物は、例えば（Ｂ１）～（Ｂ５）、（Ｂ２５）～（Ｂ３０）、（Ｂ３１）、（Ｂ３２）、（Ｂ３７）、（Ｂ３８）、（Ｂ４０）、（Ｂ４１）、（Ｂ４５）～（Ｂ４９）、（Ｂ５０）～（Ｂ５２）、（Ｂ５９）、（Ｂ６０）、（Ｂ６２）、（Ｂ６３）、（Ｂ６６）、（Ｂ６９）～（Ｂ７４）、（Ｂ７５）、（Ｂ７６）、（Ｂ８１）、（Ｂ８２）、（Ｂ８４）、（Ｂ８５）、（Ｂ８９）、（Ｂ９０）、（Ｂ９６）、（Ｂ９７）、又は（Ｂ１０２）～（Ｂ１０４）であり、上記（ｉ）、（ii）、（iii）、（iv）、（ｖ）、（vi）、（vii）、又は（viii）の何れかの条件を少なくとも２つ満たす化合物は例えば（Ｂ１）～（Ｂ５）、（Ｂ２１）、（Ｂ２２）、（Ｂ２９）～（Ｂ３０）、（Ｂ４９）、（Ｂ７３）、（Ｂ７４）、又は（Ｂ１０２）～（Ｂ１０４）であるが、これらに限定されるものではない。
未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基、未置換の炭素数１２～３０のアリールヘテロアリールアミノ基、又は未置換の炭素数１２～３０のジヘテロアリールアミノ基を表す場合の具体例としては、ジフェニルアミノ、ジビフェニルアミノ、フェニルビフェニルアミノ、フェニルターフェニルアミノ、ビフェニルターフェニルアミノ、ナフチルフェニルアミノ、ジナフチルアミノ、ジアントラセニルアミノ、ジフェナンスレニルアミノ、フェニルトリフェニレニルアミノ、ビフェニルトリフェニレニルアミノ、フェニルカルバゾリルフェニルアミノ、フェニルカルバゾリルビフェニルアミノ、ビフェニルカルバゾリルフェニルアミノ、ビスフェニルカルバゾリルアミノ、ジベンゾフラニルフェニルアミノ、ジベンゾフラニルビフェニルアミノ、又はビスジベンゾフラニルアミノ等が挙げられる。好ましくは、ジフェニルアミノ、ジビフェニルアミノ、フェニルビフェニルアミノ、ナフチルフェニルアミノ、ジナフチルアミノ、フェニルカルバゾリルフェニルアミノ、フェニルカルバゾリルビフェニルアミノ、ジベンゾフラニルフェニルアミノ、ジベンゾフラニルビフェニルアミノが挙げられる。より好ましくは、ジフェニルアミノ、フェニルビフェニルアミノ、カルバゾリルフェニルアミノ、カルバゾリルビフェニルアミノ、ジベンゾフラニルフェニルアミノ、又はジベンゾフラニルビフェニルアミノが挙げられる。上記アミノ基を構成するアリール基としては、炭素数６～１８のアリール基が好ましく、ヘテロアリール基としては、炭素数６～１５のヘテロアリール基が好ましい。これらアミノ基の炭素数は１２～２７が好ましい。また、ヘテロアリール基中のヘテロ原子としては、Ｎ、Ｓ又はＯが好ましい。
本明細書において、ジアリールアミノ基、アリールヘテロアリールアミノ基、及びジヘテロアリールアミノ基が、Ａｒ１等のように結合手を２つ有する場合、アミノ基のＮ、及びアリール基やヘテロアリール基の炭素が結合点となる。
未置換の炭素数６～３０の芳香族炭化水素化合物としては、例えば、ベンゼンの如き単環式芳香族炭化水素、ナフタレンの如き２環式芳香族炭化水素、インダセン、ビフェニレン、フェナレン、アントラセン、フェナンスレン、フルオレンの如き３環式芳香族炭化水素、フルオランテン、アセフェナントリレン、アセアントリレン、トリフェニレン、ピレン、クリセン、テトラフェン、テトラセン、プレイアデンの如き４環式芳香族炭化水素、ピセン、ペリレン、ペンタフェン、ペンタセン、テトラフェニレン、ナフトアントラセンの如き５環式芳香族炭化水素などから生じる基を挙げることができる。好ましくはベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナンスレン、トリフェニレン、又はピレンであり、より好ましくはベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナンスレンから生じる基である。
未置換の炭素数４～１８の複素芳香族基としては、例えば、ピロール、ピロロピロール、インドール、イソインドール、ピロロイソインドール、カルボリンの如きピロール環を有する含窒素芳香族化合物、チオフェン、ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、フラン、ベンゾフラン、ジベンゾフラン、カルバゾール、フェニルカルバゾール、インドロカルバゾール、ピリジン、ピリミジン、キノリン、イソキノリン、キナゾリン、又はキノキサリンなどから生じる基を例として示すことができる。好ましくはチオフェン、ベンゾチオフェン、ジベンゾチオフェン、フラン、ベンゾフラン、ジベンゾフラン、カルバゾール、フェニルカルバゾール、又はインドロカルバゾールであり、より好ましくはジベンゾチオフェン、ジベンゾフラン、カルバゾール又はフェニルカルバゾールから生じる基である。但し、Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５及びＡｒ６が置換若しくは未置換の複素芳香族基である場合、炭素数は６～１８であることが好ましい。少なくとも一つのＡｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５又はＡｒ６のうち、さらに少なくとも一つがジベンゾチオフェン基、ジベンゾフラン基、又はカルバゾリル基で表されることが好ましい。
本明細書において、置換基としては、重水素、シアノ基、又は炭素数１～２０のアルキル基を挙げることができる。
置換基が、炭素数１～２０のアルキル基である場合、アルキル基としては、直鎖、分岐鎖、環状のいずれのアルキル基でもよく、好ましくは、炭素数１～１０の直鎖、分岐鎖、又は環状のアルキル基である。その具体例として、メチル基、エチル基、ｎ－プロピル基、ｎ－ブチル基、ｎ－ペンチル基、ｎ－ヘキシル基、ｎ－オクチル基、ｎ－ドデシル基、ｎ－テトラデシル基、ｎ－オクタデシル基の如き直鎖飽和炭化水素基、イソプロピル基、イソブチル基、tert-ブチル基、ネオペンチル基、２－エチルヘキシル基、２－ヘキシルオクチル基等の分岐飽和炭化水素基、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロオクチル基、４－ブチルシクロヘキシル基、４－ドデシルシクロヘキシル基等の飽和脂環炭化水素基を例示できる。
なお、本発明において、置換基は芳香族環を構成する炭素原子又は異種原子に結合する。
なお、本発明において、置換基は芳香族環を構成する炭素原子又は異種原子に結合する。
Ａｒ３及びＡｒ４はそれぞれ独立に、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のアリールヘテロアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジヘテロアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数６～３０の芳香族炭化水素基、又は置換若しくは未置換の炭素数４～１８の複素芳香族基を表す。未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基、炭素数１２～３０のアリールヘテロアリールアミノ基、炭素数１２～３０のジヘテロアリールアミノ基、炭素数６～３０の芳香族炭化水素基、及び炭素数４～１８の複素芳香族基の例としては、Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５及びＡｒ６で述べた場合と同様である。好ましくはベンゼン、ナフタレン、アントラセン、フェナンスレン、ジベンゾチオフェン、ジベンゾフラン、カルバゾール、又はフェニルカルバゾールである。但し、Ａｒ３及びＡｒ４が置換若しくは未置換の複素芳香族基である場合、炭素数は６～１８であることが好ましい。
ａ及びｂは置換数を表し、それぞれ独立に０～３であり、０～２であることが好ましい。
Ｙはそれぞれ独立して、単結合、Ｓｉ（Ｒｂ）２、Ｃ（Ｒｂ）２、Ｏ、Ｓ、Ｓｅ、又はＮ－Ｒｂで表され、Ｓｉ（Ｒｂ）２、Ｃ（Ｒｂ）２、Ｏ、又はＳで表されることが好ましい。
Ｒａ及びＲｂはそれぞれ独立に、炭素数１～２０のアルキル基、置換若しくは未置換の炭素数６～３０の芳香族炭化水素基、又は置換若しくは未置換の炭素数４～１８の複素芳香族基を表す。未置換の炭素数１～２０のアルキル基の例としては、置換基で述べた場合と同様であり、未置換の炭素数６～３０の芳香族炭化水素基、及び未置換の炭素数４～１８の複素芳香族基の例としては、Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５及びＡｒ６で述べた場合と同様である。好ましくは、炭素数１～１０のアルキル基、置換若しくは未置換の炭素数６～１８の芳香族炭化水素基、又は置換若しくは未置換の炭素数６～１８の複素芳香族基である。
本発明の一般式（１）または一般式（２）で表される光電変換素子用材料の好ましい具体例を以下に示すが、これらに限定するものではない。
本発明の光電変換素子用材料は、市販の試薬類を原料とするスズキカップリング、スティルカップリング、グリニャールカップリング、ウルマンカップリング、ブッフヴァルト・ハートウィッグ反応、ヘック反応などカップリング反応を含む有機合成化学分野で確立されている種々の有機合成反応による方法で合成した後に、再結晶、カラムクロマトグラフィー、昇華精製等の公知の方法を用いて精製することにより得ることができるが、この方法に限定されるものではない。
本発明の光電変換素子用材料は、密度汎関数計算Ｂ３ＬＹＰ／６－３１Ｇ（Ｄ）による構造最適化計算で得られる最高被占軌道（ＨＯＭＯ）のエネルギー準位が－４．５ｅＶ以下であることが好ましく、より好ましくは－４．８ｅＶ～－６．０ｅＶの範囲である。
また、上記構造最適化計算で得られる最低空軌道（ＬＵＭＯ）のエネルギー準位が－２．５ｅＶ以上であることが好ましく、より好ましくは－２．５ｅＶ～－０．５ｅＶの範囲であり、さらに好ましくは－１．８ｅＶ～－０．８ｅＶの範囲である。
本発明の光電変換素子用材料は、ＨＯＭＯエネルギー準位とＬＵＭＯエネルギー準位との差（絶対値）が、好ましくは２．０～５．０ｅＶの範囲内、より好ましくは２．５～４．０ｅＶの範囲内である。
本発明の光電変換素子用材料は、好ましくは１×１０－６ｃｍ２／Ｖｓ～１ｃｍ２／Ｖｓの正孔移動度を有し、より好ましくは２×１０－５ｃｍ２／Ｖｓ～１×１０－１ｃｍ２／Ｖｓの正孔移動度を有する。正孔移動度は、ＦＥＴ型トランジスタ素子による方法、タイムオブフライト法による方法、ＳＣＬＣ法など公知の方法によって評価できる。
本発明の光電変換素子用材料は非晶質であることが好ましい。非晶質であることは、種々の方法により確認可能だが、例えば、ＸＲＤ法にてピークが検出されないことや、ＤＳＣ法にて吸熱ピークが検出されないことにより確認できる。
次に、本発明の光電変換素子用材料を用いる撮像用光電変換素子について説明するが、本発明の撮像用光電変換素子の構造はこれに限定されない。図面を参照しながら説明する。
図１は本発明の撮像用光電変換素子用材料を用いる撮像用光電変換素子の構造を模式的に示す断面図であり、１は電極、２は正孔ブロック層、３は光電変換層、４は電子ブロック層、５は電極、６は基板を表わす。図１の構造に限定されるものではなく、必要に応じて層を追加もしくは、省略することが可能である。図１とは逆の構造、すなわち基板６上に電極５、正孔ブロック層４、光電変換層３、電子ブロック層２、電極１の順に積層することも可能であり、この場合も必要により層を追加、省略することが可能である。なお、上述したような撮像用光電変換素子において、陽極や陰極のような電極以外に基板上で積層構造を構成する層をまとめて有機層という場合がある。
以下に、本発明の光電変換素子の各部材及び各層について説明する。
－基板－
光電変換素子は、基板に支持されていることが好ましい。この基板については、特に制限はなく、例えば、ガラス、透明プラスチック、石英などからなるものを用いることができる。
光電変換素子は、基板に支持されていることが好ましい。この基板については、特に制限はなく、例えば、ガラス、透明プラスチック、石英などからなるものを用いることができる。
－電極－
電極は、光電変換層にて生成する正孔及び電子を捕集する機能を有する。また、光を光電変換層に入射させる機能も必要となる。よって、２枚の電極の内の少なくとも１枚は透明又は半透明であることが望ましい。また、電極として用いる材料は、導電性を有するものであれば特に限定されないが、例えば、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及びＦＴＯ等の導電性透明材料、金、銀、白金、クロム、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル及びタングステン等の金属、ヨウ化銅及び硫化銅等の無機導電性物質、ポリチオフェン、ポリピロール及びポリアニリン等の導電性ポリマーなどが例示できる。これらの材料は必要により複数を混合して使用してもよい。また、２層以上を積層してもよい。
電極は、光電変換層にて生成する正孔及び電子を捕集する機能を有する。また、光を光電変換層に入射させる機能も必要となる。よって、２枚の電極の内の少なくとも１枚は透明又は半透明であることが望ましい。また、電極として用いる材料は、導電性を有するものであれば特に限定されないが、例えば、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及びＦＴＯ等の導電性透明材料、金、銀、白金、クロム、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル及びタングステン等の金属、ヨウ化銅及び硫化銅等の無機導電性物質、ポリチオフェン、ポリピロール及びポリアニリン等の導電性ポリマーなどが例示できる。これらの材料は必要により複数を混合して使用してもよい。また、２層以上を積層してもよい。
－光電変換層－
光電変換層は、入射光により生成した励起子の電荷分離により正孔と電子が生成する層である。単独の光電変換材料で形成されてもよいが、正孔輸送性材料であるＰ型有機半導体材料や、電子輸送性材料であるＮ型有機半導体材料と組み合わせて形成されてもよい。また、２種以上のＰ型有機半導体を用いてもよく、２種以上のＮ型有機半導体を用いてもよい。これらＰ型有機半導体及び／又はＮ型半導体の１種以上は、可視領域での所望の波長の光を吸収する機能を有する色素材料を用いることが望ましい。正孔輸送性材料であるＰ型有機半導体材料として、本発明の光電変換素子用材料を用いることができる。
光電変換層は、入射光により生成した励起子の電荷分離により正孔と電子が生成する層である。単独の光電変換材料で形成されてもよいが、正孔輸送性材料であるＰ型有機半導体材料や、電子輸送性材料であるＮ型有機半導体材料と組み合わせて形成されてもよい。また、２種以上のＰ型有機半導体を用いてもよく、２種以上のＮ型有機半導体を用いてもよい。これらＰ型有機半導体及び／又はＮ型半導体の１種以上は、可視領域での所望の波長の光を吸収する機能を有する色素材料を用いることが望ましい。正孔輸送性材料であるＰ型有機半導体材料として、本発明の光電変換素子用材料を用いることができる。
Ｐ型有機半導体材料としては、正孔輸送性を有する材料であればよく、本発明の光電変換素子用材料を用いることが好ましいが、他のＰ型有機半導体材料を用いてもよい。また、２種以上の上記一般式（１）又は一般式（２）で表される化合物（本発明の光電変換素子用材料）を混合して用いてもよい。さらに上記化合物と他のＰ型有機半導体材料を混合して用いてもよい。
他のＰ型有機半導体材料としては、正孔輸送性を有する材料であればよく、例えば、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナンスレン誘導体、ピレン誘導体、クリセン誘導体、ナフタセン誘導体、トリフェニレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体、フルオレン誘導体、シクロペンタジエン誘導体、フラン誘導体、チオフェン誘導体、ピロール誘導体、ベンゾフラン誘導体、ベンゾチオフェン誘導体、ジナフトチエノチオフェン誘導体、インドール誘導体、ピラゾリン誘導体、ジベンゾフラン誘導体、ジベンゾチオフェン誘導体、カルバゾール誘導体、インドロカルバゾールなどの芳香族化合物、芳香族アミン誘導体、スチリルアミン誘導体、ベンジジン誘導体、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導体、又はキナクリドン誘導体を挙げることができる。
また、Ｐ型有機半導体材料として、高分子型のものを用いてもよい。この高分子型Ｐ型有機半導体材料としてポリフェニレンビニレン誘導体、ポリパラフェニレン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリビニルカルバゾール誘導体、ポリチオフェン誘導体を例示できる。また、本発明の一般式（１）または一般式（２）で表される化合物、Ｐ型有機半導体材料や高分子型Ｐ型有機半導体材料から選ばれる２種以上を混合して用いてもよい。
Ｎ型有機半導体材料としては、電子輸送性を有する材料であればよく、例えば、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミドやペリレンテトラカルボン酸ジイミド、フラーレン類（フラーレン誘導体）、イミダゾール、チアゾール、チアジアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾールなどのアゾール誘導体などが例示できる。また、Ｎ型有機半導体材料から選ばれる２種以上の材料を混合して用いてもよい。
－電子ブロック層－
電子ブロック層は、２枚の電極の間にバイアス電圧を印加した際に、片方の電極から光電変換層に電子が注入されることにより生じる暗電流を抑制するために設けられる。また、光電変換層での電荷分離により生じる正孔を電極に輸送する正孔輸送としての機能も有しており、必要に応じて単層又は複数層を配置することができる。電子ブロック層には、正孔輸送性材料であるＰ型有機半導体材料を用いることができる。Ｐ型有機半導体材料としては、正孔輸送性を有する材料であればよく、上記一般式（１）または一般式（２）に表される化合物を用いることが好ましいが、他のＰ型有機半導体材料を用いてもよい。また、一般式（１）または一般式（２）で表される化合物と、上記のような他のＰ型有機半導体材料や高分子型Ｐ型有機半導体材料を混合して用いてもよい。
電子ブロック層は、２枚の電極の間にバイアス電圧を印加した際に、片方の電極から光電変換層に電子が注入されることにより生じる暗電流を抑制するために設けられる。また、光電変換層での電荷分離により生じる正孔を電極に輸送する正孔輸送としての機能も有しており、必要に応じて単層又は複数層を配置することができる。電子ブロック層には、正孔輸送性材料であるＰ型有機半導体材料を用いることができる。Ｐ型有機半導体材料としては、正孔輸送性を有する材料であればよく、上記一般式（１）または一般式（２）に表される化合物を用いることが好ましいが、他のＰ型有機半導体材料を用いてもよい。また、一般式（１）または一般式（２）で表される化合物と、上記のような他のＰ型有機半導体材料や高分子型Ｐ型有機半導体材料を混合して用いてもよい。
－正孔ブロック層－
正孔ブロック層は、２枚の電極の間にバイアス電圧を印加した際に、片方の電極から光電変換層に正孔が注入されることにより生じる暗電流を抑制するために設けられる。また、光電変換層での電荷分離により生じる電子を電極に輸送する電子輸送としての機能も有しており、必要に応じて単層又は複数層を配置することができる。正孔ブロック層には、電子輸送性を有するＮ型有機半導体を用いることができる。Ｎ型有機半導体材料としては、電子輸送性を有する材料であればよく、例えば、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミドやペリレンテトラカルボン酸ジイミドの如き多環芳香族多価カルボン酸無水物やそのイミド化物、Ｃ６０やＣ７０の如きフラーレン類（フラーレン誘導体）、イミダゾール、チアゾール、チアジアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾールなどのアゾール誘導体、トリス（８－キノリノラート）アルミニウム（III）誘導体、ホスフィンオキサイド誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド、フルオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン及びアントロン誘導体、ビピリジン誘導体、キノリン誘導体、インドロカルバゾール誘導体などが例示できる。また、Ｎ型有機半導体材料から選ばれる２種以上の材料を混合して用いてもよい。
正孔ブロック層は、２枚の電極の間にバイアス電圧を印加した際に、片方の電極から光電変換層に正孔が注入されることにより生じる暗電流を抑制するために設けられる。また、光電変換層での電荷分離により生じる電子を電極に輸送する電子輸送としての機能も有しており、必要に応じて単層又は複数層を配置することができる。正孔ブロック層には、電子輸送性を有するＮ型有機半導体を用いることができる。Ｎ型有機半導体材料としては、電子輸送性を有する材料であればよく、例えば、ナフタレンテトラカルボン酸ジイミドやペリレンテトラカルボン酸ジイミドの如き多環芳香族多価カルボン酸無水物やそのイミド化物、Ｃ６０やＣ７０の如きフラーレン類（フラーレン誘導体）、イミダゾール、チアゾール、チアジアゾール、オキサゾール、オキサジアゾール、トリアゾールなどのアゾール誘導体、トリス（８－キノリノラート）アルミニウム（III）誘導体、ホスフィンオキサイド誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、カルボジイミド、フルオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン及びアントロン誘導体、ビピリジン誘導体、キノリン誘導体、インドロカルバゾール誘導体などが例示できる。また、Ｎ型有機半導体材料から選ばれる２種以上の材料を混合して用いてもよい。
本発明の材料中の水素は重水素であってもよい。すなわち、前記一般式（１）、（２）、（３ａ）～（３ｄ）における芳香族環上の水素のほか、Ａｒ１、Ａｒ２、Ｒａ、Ａｒ３、Ａｒ４、Ｒｂ、Ａｒ５、Ａｒ６といった置換基を含めて、芳香族環上の水素の一部又は全部が重水素であってもよい。
更には、上記Ｎ型有機半導体材料、及びＰ型有機半導体材料として使用される化合物が有する水素の一部又は全部が重水素であってもよい。
更には、上記Ｎ型有機半導体材料、及びＰ型有機半導体材料として使用される化合物が有する水素の一部又は全部が重水素であってもよい。
本発明の撮像用光電変換素子を作製する際の、各層の製膜方法は特に限定されず、ドライプロセス、ウェットプロセスのどちらで作製してもよい。
必要に応じて、本発明の光電変換素子用材料を含有する有機層を複数層とすることもできる。
必要に応じて、本発明の光電変換素子用材料を含有する有機層を複数層とすることもできる。
以下、本発明を実施例によって更に詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
計算例
ＨＯＭＯ及びＬＵＭＯ値の計算
上記化合物Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ９、Ｂ６１、Ｂ６５及びＢ９４について、ＨＯＭＯ及びＬＵＭＯを計算した。なお、計算は、密度汎関数法（ＤＦＴ：Density Functional Theory）による計算を用い、計算プログラムとしては、Ｇａｕｓｓｉａｎを用い、密度汎関数計算Ｂ３ＬＹＰ／６－３１Ｇ（ｄ）による構造最適化計算により計算した。結果を表１に示す。本発明の材料のいずれもが、好ましいＨＯＭＯ及びＬＵＭＯ値を有していると言える。
ＨＯＭＯ及びＬＵＭＯ値の計算
上記化合物Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ９、Ｂ６１、Ｂ６５及びＢ９４について、ＨＯＭＯ及びＬＵＭＯを計算した。なお、計算は、密度汎関数法（ＤＦＴ：Density Functional Theory）による計算を用い、計算プログラムとしては、Ｇａｕｓｓｉａｎを用い、密度汎関数計算Ｂ３ＬＹＰ／６－３１Ｇ（ｄ）による構造最適化計算により計算した。結果を表１に示す。本発明の材料のいずれもが、好ましいＨＯＭＯ及びＬＵＭＯ値を有していると言える。
比較として化合物Ｈ１、化合物Ｈ２、化合物Ｈ３、及び化合物Ｈ４について、ＨＯＭＯ及びＬＵＭＯを上記と同様の方法で計算した。結果を表１に示す。
以下、代表例として、化合物Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、及びＢ６１の合成例を示す。他の化合物についても、類似の方法で合成した。
合成例１（化合物Ｂ１の合成）
脱気窒素置換した２００ｍｌ三口フラスコにＴ１（１７．２ｍｍｏｌ）、Ｔ２（７．８ｍｍｏｌ）、よう化銅（２．３ｍｍｏｌ）、炭酸カリウム（２３．４ｍｍｏｌ）、８－キノリノール（２．３ｍｍｏｌ）を装入し、これに１，３－ジメチル－２－イミダゾリジノン（ＤＭＩ）４０ｍｌを加えた後、１９０℃にて１６時間撹拌した。一旦、室温まで冷却した後、水１００ｍｌを加え、生じた白色沈殿物を濾取した。得られた残渣を、キシレンで再沈殿して化合物Ｂ１（白色固体）を得た。収率は３１％であった。得られた固体をＸＲＤ法にて評価したがピークが検出されなかった。（APCI-TOFMS, m/z 895[M+H]+）
合成例２（化合物Ｂ２の合成）
Ｔ１をＴ３に変更したこと以外は合成例１と同様にして、化合物Ｂ２（白色固体）を得た。収率は４５％であった。得られた固体をＸＲＤ法にて評価したがピークは検出されなかった。（APCI-TOFMS, m/z 995[M+H]+）
合成例３（化合物Ｂ３の合成）
Ｔ１をＴ４に変更したこと以外は合成例１と同様にして、化合物Ｂ３（白色固体）を得た。収率は５３％であった。得られた固体をＸＲＤ法にて評価したがピークは検出されなかった。（APCI-TOFMS, m/z 975[M+H]+）
合成例４（化合物Ｂ６１の合成）
脱気窒素置換した２００ｍｌ三口フラスコにＴ５（１２．０ｍｍｏｌ）、Ｔ６（６．０ｍｍｏｌ）、よう化銅（１．８ｍｍｏｌ）、炭酸カリウム（１８．１ｍｍｏｌ）、８－キノリノール（１．８ｍｍｏｌ）を装入し、これに１，３－ジメチル－２－イミダゾリジノン（ＤＭＩ）３０ｍｌを加えた後、１９０℃にて４８時間撹拌した。一旦、室温まで冷却した後、水１００ｍｌを加え、生じた白色沈殿物を濾取した。得られた残渣を、カラムクロマトグラフィーで精製して化合物Ｂ６１（白色固体）を得た。収率は６６％であった。得られた固体をＸＲＤ法にて評価したがピークが検出されなかった。（APCI-TOFMS, m/z 741[M+H]+）
電荷移動度の測定
ガラス基板上に形成された膜厚１１０ｎｍのＩＴＯからなる電極の上に、真空蒸着法にて有機層として化合物Ｂ１を膜厚が約３μｍとなる条件で製膜した。ついで、電極としてアルミニウム（Ａｌ）を７０ｎｍの厚さに形成した素子を用いて、タイムオブフライト法による電荷移動度測定を行った。正孔移動度は、６．４×１０－４ｃｍ２／Ｖｓであった。
ガラス基板上に形成された膜厚１１０ｎｍのＩＴＯからなる電極の上に、真空蒸着法にて有機層として化合物Ｂ１を膜厚が約３μｍとなる条件で製膜した。ついで、電極としてアルミニウム（Ａｌ）を７０ｎｍの厚さに形成した素子を用いて、タイムオブフライト法による電荷移動度測定を行った。正孔移動度は、６．４×１０－４ｃｍ２／Ｖｓであった。
化合物Ｂ１を、表２に示す化合物に代えたほかは上記と同様にして、正孔移動度の測定を行った。
結果を表２に示す。
結果を表２に示す。
実施例１
ガラス基板上に形成された膜厚７０ｎｍのＩＴＯからなる電極の上に、真空度４．０×１０－５Ｐａにて電子ブロック層として化合物Ｂ１を１００ｎｍ厚みに成膜した。次いで、光電変換層として、キナクリドンの薄膜を１００ｎｍ厚みに成膜した。最後に、電極としてアルミニウムを７０ｎｍ厚みに成膜し、光電変換素子を作成した。
ＩＴＯ電極とアルミニウム電極間に２Ｖの電圧を印加した。この際の、暗所での電流は１．５×１０－１０Ａ／ｃｍ２であった。また、２Ｖの電圧を印加し、ＩＴＯ電極側に照射光波長５００ｎｍ、１．６μＷ／ｃｍ２で光照射を行った場合の電流は１．４×１０－７Ａ／ｃｍ２であった。明暗比は９．３×１０２と計算される。
ガラス基板上に形成された膜厚７０ｎｍのＩＴＯからなる電極の上に、真空度４．０×１０－５Ｐａにて電子ブロック層として化合物Ｂ１を１００ｎｍ厚みに成膜した。次いで、光電変換層として、キナクリドンの薄膜を１００ｎｍ厚みに成膜した。最後に、電極としてアルミニウムを７０ｎｍ厚みに成膜し、光電変換素子を作成した。
ＩＴＯ電極とアルミニウム電極間に２Ｖの電圧を印加した。この際の、暗所での電流は１．５×１０－１０Ａ／ｃｍ２であった。また、２Ｖの電圧を印加し、ＩＴＯ電極側に照射光波長５００ｎｍ、１．６μＷ／ｃｍ２で光照射を行った場合の電流は１．４×１０－７Ａ／ｃｍ２であった。明暗比は９．３×１０２と計算される。
比較例１
ガラス基板上に形成された膜厚７０ｎｍのＩＴＯからなる電極の上に、真空度４．０×１０－５Ｐａにて電子ブロック層として化合物Ｈ１を１００ｎｍ厚みに成膜した。次いで、光電変換層として、キナクリドンを１００ｎｍ厚みに成膜した。最後に、電極としてアルミニウムを７０ｎｍ厚みに成膜し、光電変換素子を作成した。
この光電変換素子について、実施例１と同様にして、２Ｖの電圧を印加した際の暗所での電流と、光照射時の電流を測定した。暗所での電流は、５．６×１０－９Ａ／ｃｍ２で、光照射時の電流は１．２×１０－７Ａ／ｃｍ２であった。明暗比は０．２１×１０２と計算される。
ガラス基板上に形成された膜厚７０ｎｍのＩＴＯからなる電極の上に、真空度４．０×１０－５Ｐａにて電子ブロック層として化合物Ｈ１を１００ｎｍ厚みに成膜した。次いで、光電変換層として、キナクリドンを１００ｎｍ厚みに成膜した。最後に、電極としてアルミニウムを７０ｎｍ厚みに成膜し、光電変換素子を作成した。
この光電変換素子について、実施例１と同様にして、２Ｖの電圧を印加した際の暗所での電流と、光照射時の電流を測定した。暗所での電流は、５．６×１０－９Ａ／ｃｍ２で、光照射時の電流は１．２×１０－７Ａ／ｃｍ２であった。明暗比は０．２１×１０２と計算される。
実施例１、及び比較例１の評価結果を表３に示す。
実施例２
ガラス基板上に形成された膜厚７０ｎｍのＩＴＯからなる電極の上に、真空度２．５×１０－５Ｐａにて電子ブロック層として化合物Ｂ１を１０ｎｍの厚みに成膜した。次いで、光電変換層として、２Ｐｈ－ＢＴＢＴ、Ｆ６－ＳｕｂＰｃ－ＯＣ６Ｆ５、フラーレン（Ｃ６０）を蒸着速度比４：４：２で２００ｎｍ共蒸着し、成膜した。引き続き、ｄｐｙ－ＮＤＩを１０ｎｍ蒸着し、正孔ブロック層を形成した。最後に、電極としてアルミニウムを７０ｎｍの厚みに成膜して、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２．６Ｖの電圧を印加した際の、暗所での電流（暗電流）は６．６×１０－１０Ａ／ｃｍ２であった。また、２．６Ｖの電圧を印加し、ＩＴＯ電極側に照射光波長５００ｎｍ、１．６μＷに調整したＬＥＤで１０ｃｍの高さから光照射を行った場合の電流（明電流）は３．４×１０－７Ａ／ｃｍ２であった。２．６Ｖ電圧印加したときの明暗比は５．２×１０２であった。これらの結果を表４に示す。
ガラス基板上に形成された膜厚７０ｎｍのＩＴＯからなる電極の上に、真空度２．５×１０－５Ｐａにて電子ブロック層として化合物Ｂ１を１０ｎｍの厚みに成膜した。次いで、光電変換層として、２Ｐｈ－ＢＴＢＴ、Ｆ６－ＳｕｂＰｃ－ＯＣ６Ｆ５、フラーレン（Ｃ６０）を蒸着速度比４：４：２で２００ｎｍ共蒸着し、成膜した。引き続き、ｄｐｙ－ＮＤＩを１０ｎｍ蒸着し、正孔ブロック層を形成した。最後に、電極としてアルミニウムを７０ｎｍの厚みに成膜して、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２．６Ｖの電圧を印加した際の、暗所での電流（暗電流）は６．６×１０－１０Ａ／ｃｍ２であった。また、２．６Ｖの電圧を印加し、ＩＴＯ電極側に照射光波長５００ｎｍ、１．６μＷに調整したＬＥＤで１０ｃｍの高さから光照射を行った場合の電流（明電流）は３．４×１０－７Ａ／ｃｍ２であった。２．６Ｖ電圧印加したときの明暗比は５．２×１０２であった。これらの結果を表４に示す。
実施例３～５
電子ブロック層として表４に示す化合物を使用した以外は実施例２と同様にして光電変換素子を作製した。
電子ブロック層として表４に示す化合物を使用した以外は実施例２と同様にして光電変換素子を作製した。
比較例２～３
電子ブロック層として表４に示す化合物を使用した以外は実施例２と同様にして光電変換素子を作製した。
実施例３～５、及び比較例２～３の結果を表４に示す。
電子ブロック層として表４に示す化合物を使用した以外は実施例２と同様にして光電変換素子を作製した。
実施例３～５、及び比較例２～３の結果を表４に示す。
実施例及び比較例で使用した化合物を次に示す。
上記結果より、本発明の化合物は比較例化合物に対して明暗比に優れていることが分かり、撮像用の光電変換素子用材料として有用であることが明らかである。
１ 電極
２ 正孔ブロック層
３ 光電変換層
４ 電子ブロック層
５ 電極
６ 基板
２ 正孔ブロック層
３ 光電変換層
４ 電子ブロック層
５ 電極
６ 基板
Claims (17)
- 下記一般式（１）又は（２）で表される撮像用の光電変換素子用材料。
Ｘは、Ｏ、Ｓ、Ｃ（Ｒａ）２、又はＮ－（Ａｒ５）ｐ－（Ａｒ６）ｑを表す。
Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５及びＡｒ６はそれぞれ独立に、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のアリールヘテロアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジヘテロアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数６～３０の芳香族炭化水素基、又は置換若しくは未置換の炭素数４～１８の複素芳香族基を表す。
ｎ、ｐ及びｓは繰り返し数を表し、ｎ及びｐは独立に０～４の整数を表し、ｓは１～４の整数を表す。ｍ及びｑは独立に置換数を表し、１～３の整数を表す。但し、ｎが０の時、ｍは１であり、ｐが０の時、ｑは１である。
Ｒａはそれぞれ独立に、炭素数１～２０のアルキル基、置換若しくは未置換の炭素数６～３０の芳香族炭化水素基、又は置換若しくは未置換の炭素数４～１８の複素芳香族基を表す。
少なくとも1つのＡｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５又はＡｒ６が置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のアリールヘテロアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジヘテロアリールアミノ基、又は該アミノ基が更に縮環した下記式（３ａ）～（３ｄ）のいずれかで表される。ただし、Ａｒ１又はＡｒ５における該アミノ基が更に縮環した基で表されるときは下記式（３ａ）又は（３ｂ）で表され、Ａｒ２又はＡｒ６における該アミノ基が更に縮環した基で表されるときは下記式（３ｃ）又は（３ｄ）で表される。
- ＸがＯ、Ｓ、又はＮ－（Ａｒ５）ｐ－（Ａｒ６）ｑで表される請求項１に記載の撮像用の光電変換素子用材料。
- Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５及びＡｒ６のうち、少なくとも1つが置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のアリールヘテロアリールアミノ基、又は置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジヘテロアリールアミノ基で表される請求項２に記載の撮像用の光電変換素子用材料。
- Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５及びＡｒ６のうち、少なくとも１つが置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基で表される請求項３に記載の撮像用の光電変換素子用材料。
- Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５及びＡｒ６のうち、少なくとも２つが置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基、置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基で表される請求項４に記載の撮像用の光電変換素子用材料。
- Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５及びＡｒ６のうち、少なくとも一つが、上記式（３ａ）～（３ｄ）の何れかで表される請求項１に記載の撮像用の光電変換素子用材料。ただし、Ａｒ１及びＡｒ５は上記式（３ａ）又は（３ｂ）から選ばれ、Ａｒ２及びＡｒ６は上記式（３ｃ）又は（３ｄ）から選ばれる。
- ＹがＳｉ（Ｒｂ）２、Ｃ（Ｒｂ）２、Ｏ、又はＳの何れかで表される請求項１に記載の撮像用の光電変換素子用材料。
- Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５及びＡｒ６のうち、少なくとも２つが上記式（３ａ）～（３ｄ）の何れかで表される請求項１に記載の撮像用の光電変換素子用材料。ただし、Ａｒ１は上記式（３ａ）又は（３ｂ）から独立に選ばれ、Ａｒ２は上記式（３ｃ）又は（３ｄ）から選ばれる。
- 一般式（１）において、次の（ｉ）、（ii）、（iii）、(iv)、(ｖ)、(vi)、(vii)、又は(viii)の何れかの条件を少なくとも１つ満たす請求項１に記載の撮像用の光電変換素子用材料。
（ｉ）ｎ＝２～４の場合に互いに隣接するＡｒ１の少なくとも１組がそれぞれフェニル基であり、ビフェニル基を形成する。
（ii）互いに隣接するＡｒ１とＡｒ２とがそれぞれフェニル基であり、ビフェニル基を形成する。
（iii）p＝２～４の場合に互いに隣接するＡｒ5の少なくとも１組がそれぞれフェニル基であり、ビフェニル基を形成する。
（iv）互いに隣接するＡｒ5とＡｒ6とがそれぞれフェニル基であり、ビフェニル基を形成する。
（ｖ）少なくとも１つのＡｒ１が、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基又は置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基であり、かつ該アミノ基のアリール基としてビフェニル基を少なくとも１つ有する。
（vi）少なくとも１つのＡｒ２が、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基又は置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基であり、かつ該アミノ基のアリール基としてビフェニル基を少なくとも１つ有する。
（vii）少なくとも１つのＡｒ５が、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基又は置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基であり、かつ該アミノ基のアリール基としてビフェニル基を少なくとも１つ有する。
（viii）少なくとも1つのＡｒ６が、置換若しくは未置換の炭素数１２～３０のジアリールアミノ基又は置換若しくは未置換の炭素数１２～２７のアリールヘテロアリールアミノ基であり、かつ該アミノ基のアリール基がビフェニル基を少なくとも１つ有する。 - 一般式（１）において、前記（ｉ）～（viii）の条件のうち、少なくとも２つを満たす請求項９に記載の撮像用の光電変換素子用材料。
- Ａｒ１、Ａｒ２、Ａｒ５又はＡｒ６のうち、さらに少なくとも一つがカルバゾリル基、ジベンゾフラン基、又はジベンゾチオフェン基である請求項１に記載の撮像用の光電変換素子用材料。
- 密度汎関数計算B3LYP/6-31G(d)による構造最適化計算で得られる最高被占軌道（HOMO)のエネルギー準位が－４．５ｅＶ以下であることを特徴とする請求項１に記載の撮像用の光電変換素子用材料。
- 密度汎関数計算B3LYP/6-31G(d)による構造最適化計算で得られる最低空軌道（LUMO)のエネルギー準位が－２．５ｅＶ以上であることを特徴とする請求項１に記載の撮像用の光電変換素子用材料。
- １×１０－６cm2/Vs以上の正孔移動度を有することを特徴とする請求項１に記載の撮像用の光電変換素子用材料。
- 非晶質であることを特徴とする請求項１に記載の撮像用の光電変換素子用材料。
- 撮像用の光電変換素子の正孔輸送性材料として使用されることを特徴とする請求項１に記載の撮像用の光電変換素子用材料。
- ２枚の電極の間に、光電変換層と電子ブロック層を有する撮像用の光電変換素子において、光電変換層、及び電子ブロック層の少なくとも一つの層に請求項１に記載の撮像用の光電変換素子用材料を含むことを特徴とする撮像用の光電変換素子。
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022-084995 | 2022-05-25 | ||
| JP2022084995 | 2022-05-25 |
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|---|---|
| WO2023228922A1 true WO2023228922A1 (ja) | 2023-11-30 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/JP2023/019042 WO2023228922A1 (ja) | 2022-05-25 | 2023-05-23 | 撮像用の光電変換素子用材料及び光電変換素子 |
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|---|---|
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| WO (1) | WO2023228922A1 (ja) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH11162650A (ja) * | 1997-10-02 | 1999-06-18 | Xerox Corp | エレクトロルミネセントデバイス |
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| CN110590782A (zh) * | 2019-08-29 | 2019-12-20 | 武汉华星光电半导体显示技术有限公司 | 空穴传输材料、电致发光器件及空穴传输材料的制备方法 |
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-
2023
- 2023-05-18 TW TW112118564A patent/TW202404063A/zh unknown
- 2023-05-23 WO PCT/JP2023/019042 patent/WO2023228922A1/ja unknown
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