JP6572473B2 - Organic compounds and their uses - Google Patents

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Description

本発明は、有機半導体材料として有用な新規な有機化合物及びその用途に関する。さらに詳しくは、本発明は、有機半導体材料として有用な特定の有機化合物、並びに、これを利用した有機半導体材料、有機薄膜、及び薄膜トランジスタ素子、有機光電変換素子、有機太陽電池、有機EL(エレクトロルミネッセンス)素子、有機発光トランジスタ素子又は有機半導体レーザー素子等の有機エレクトロニクスデバイスに関する。   The present invention relates to a novel organic compound useful as an organic semiconductor material and use thereof. More specifically, the present invention relates to a specific organic compound useful as an organic semiconductor material, and an organic semiconductor material, an organic thin film, a thin film transistor element, an organic photoelectric conversion element, an organic solar cell, and an organic EL (electroluminescence) using the organic compound. The present invention relates to an organic electronic device such as an element, an organic light emitting transistor element, or an organic semiconductor laser element.

近年、有機エレクトロニクスデバイスヘの関心が高まっている。その特徴としては、従来のアモルファスシリコンや多結晶シリコンを用いた無機エレクトロニクスデバイスとは異なり、デバイス自体がフレキシビリティを有する事や、デバイスの大面積化が可能である事等が挙げられる。また、有機エレクトロニクスデバイスの製造方法として知られている真空蒸着法や塗布法等の成膜方法によれば、製造コストの上昇を抑えることが可能であり、更には、成膜時に必要となるプロセス温度を比較的低温にすることができるため、基板に用いる材料の選択の幅が広がるといった利点があり、その実用化に向けて盛んに研究報告がなされている。   In recent years, interest in organic electronics devices has increased. As its characteristics, unlike conventional inorganic electronic devices using amorphous silicon or polycrystalline silicon, the device itself has flexibility, and the device can have a large area. Further, according to a film forming method known as a method for manufacturing an organic electronic device, such as a vacuum deposition method or a coating method, it is possible to suppress an increase in manufacturing cost, and further, a process required at the time of film forming Since the temperature can be made relatively low, there is an advantage that the range of selection of materials used for the substrate is widened, and research reports have been actively made for its practical use.

代表的な有機エレクトロニクスデバイスとしては有機EL素子、有機太陽電池素子、有機光電変換素子、有機(薄膜)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やTV(テレビ受像機)などに応用されており、更に高機能化を目指した開発が継続されている。有機太陽電池素子等は、安価なエネルギー源として、また、有機トランジスタ素子は、フレキシビリティを有するディスプレイや安価なIC(集積回路)への応用を目的として研究開発がなされている。   Typical organic electronic devices include organic EL elements, organic solar cell elements, organic photoelectric conversion elements, organic (thin film) transistor elements, and the like. Organic EL elements are expected as main targets for next-generation display applications as flat panel displays, and are applied to mobile phone displays, TVs (TV receivers), etc., and development aimed at further enhancement of functionality continues. . Organic solar cell elements and the like have been researched and developed for inexpensive energy sources, and organic transistor elements have been studied for the purpose of application to flexible displays and inexpensive ICs (integrated circuits).

これら有機エレクトロニクスデバイスにおいては、デバイスを構成する半導体材料の開発が非常に重要であり、例えば低分子系の半導体材料(有機トランジスタ材料)としては、アセン系の有機半導体化合物であるペンタセン等が盛んに検討されている。また、複素環を有するヘテロアセン系化合物としては、主に硫黄やセレン等の原子を含んだ材料が検討されている。そのようなヘテロアセン系化合物の具体例としては、ベンゾジチオフェン系化合物(特許文献1や非特許文献1に記載の2,6−ジフェニルベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジチオフェン(DPh−BDT))、特許文献2や非特許文献4に記載のナフトジチオフェン系化合物(NDT)、ベンゾチエノベンゾチオフェン系化合物(特許文献3や非特許文献2に記載の2,7−ジフェニル[1]ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(DPh−BTBT)、特許文献4や非特許文献3に記載の2,7−ジアルキル[1]ベンゾチエノ[3,2−b][1]ベンゾチオフェン(AlkylBTBT))、ジナフトチエノチオフェン系化合物(特許文献5や非特許文献5に記載のジナフト[2,3−b:2’,3’−f]チエノ[2,3−b:2’,3’−f]チエノ[2,3−b]チオフェン(AlkylDNTT)など、大気中で安定な高性能の材料が挙げられる。また、特許文献6に記載の、無置換のヘテロアセン系化合物の中では最高クラスの移動度を有するビスベンゾチエノナフトジチオフェン(BBTNDT)のように、ペンタセンよりも半導体特性や大気安定性などに優れた化合物が開発されているが、未だ市場の要求を満足するものはなく、移動度や大気安定性が高い、様々なデバイスに有用な半導体材料の開発が求められている。   In these organic electronic devices, it is very important to develop semiconductor materials constituting the devices. For example, as a low molecular weight semiconductor material (organic transistor material), acene-based organic semiconductor compounds such as pentacene are actively used. It is being considered. As heteroacene compounds having a heterocyclic ring, materials mainly containing atoms such as sulfur and selenium have been studied. Specific examples of such heteroacene compounds include benzodithiophene compounds (2,6-diphenylbenzo [1,2-b: 4,5-b ′] dithiophenes described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1). (DPh-BDT)), naphthodithiophene compounds (NDT) described in Patent Document 2 and Non-patent Document 4, benzothienobenzothiophene compounds (2,7-diphenyl described in Patent Document 3 and Non-Patent Document 2) [1] benzothieno [3,2-b] [1] benzothiophene (DPh-BTBT), 2,7-dialkyl [1] benzothieno [3,2-b] [ 1] benzothiophene (AlkylBTBT)), dinaphthothienothiophene compound (dinaphtho [2,3-b: 2 ′, 3′-f] thie described in Patent Document 5 and Non-Patent Document 5) Examples include [2,3-b: 2 ′, 3′-f] thieno [2,3-b] thiophene (AlkylDNTT), and other high-performance materials that are stable in the air. Among the unsubstituted heteroacene-based compounds, compounds having better semiconductor properties and atmospheric stability than pentacene have been developed, such as bisbenzothienonaphthodithiophene (BBTNDT), which has the highest mobility. However, there is still nothing satisfying market demand, and there is a demand for the development of semiconductor materials useful for various devices with high mobility and atmospheric stability.

特開2005−154371号公報JP 2005-154371 A 国際公開第2010/058692号International Publication No. 2010/058692 国際公開第2006/077888号International Publication No. 2006/077788 国際公開第2008/047896号International Publication No. 2008/047896 国際公開第2008/050726号International Publication No. 2008/050726 国際公開第2014/027581号International Publication No. 2014/027581

「米国化学会誌(Journal of the American Chemical Society)」、(米国)、2004年、第126号、p.5084−5085“Journal of the American Chemical Society” (USA), 2004, No. 126, p. 5084-5085 「米国化学会誌(Journal of the American Chemical Society)」、(米国)、2006年、第128号、p.12604−12605“Journal of the American Chemical Society” (USA), 2006, No. 128, p. 12604-12605 「米国化学会誌(Journal of the American Chemical Society)」、(米国)、2007年、第129号、p.15732−15733“Journal of the American Chemical Society” (USA), 2007, No. 129, p. 15732-15733 「米国化学会誌(Journal of the American Chemical Society)」、(米国)、2011年、第133号、p.5024−5035“Journal of the American Chemical Society” (USA), 2011, No. 133, p. 5024-5035 「米国化学会誌(Journal of the American Chemical Society)」、(米国)、2007年、第129号、p.2224−2225“Journal of the American Chemical Society” (USA), 2007, No. 129, p. 2224-2225

本発明の目的は、有機エレクトロニクスデバイスに使用可能な新規な有機化合物を提供することにあり、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、有機半導体レーザー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新規な有機化合物を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a novel organic compound that can be used in an organic electronic device, and more specifically, to an organic electronic device such as an organic EL element, an organic solar cell element, an organic transistor element, and an organic semiconductor laser element. The object is to provide a novel organic compound that can be applied.

本発明者らは、種々の有機化合物を検討した結果、特定の構造を有する有機化合物を用いることにより上記の課題が解決されることを見出し、本発明を完成させるに至った。
即ち、本発明は、下記の通りである。
[1]下記式(1)

Figure 0006572473
(式中、R乃至R16はそれぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換のアリール基、置換若しくは無置換のアルキル基、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のアルコキシ基、置換若しくは無置換のアルキルチオ基、置換若しくは無置換のアルキルアミノ基、置換若しくは無置換のジアルキルアミノ基(アルキル基は互いに結合して窒素原子を含む環状構造を形成してもよい)、置換若しくは無置換のアルキルスルホニル基、置換若しくは無置換のトリアルキルシリル基、置換若しくは無置換のトリアルキルシリルエチニル基、置換若しくは無置換のアリールアミノ基、置換若しくは無置換のジアリールアミノ基、又はシアノ基を表す。)
で表される有機化合物、
[2]前項[1]に記載の有機化合物であって、R乃至R及びR乃至R12がそれぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換のアリール基、又は置換若しくは無置換のアルキル基であり、R乃至R及びR13乃至R16が水素原子である有機化合物、
[3]前項[2]に記載の有機化合物であって、R乃至R及びR乃至R12がそれぞれ独立に水素原子又は置換若しくは無置換のアルキル基である有機化合物、
[4]前項[3]に記載の有機化合物であって、R乃至R及びR乃至R12がそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1乃至3の無置換のアルキル基である有機化合物、
[5]前項[4]に記載の有機化合物であって、R乃至R及びR乃至R12が水素原子である有機化合物、
[6]前項[4]に記載の有機化合物であって、
及びR10の一方が炭素数1乃至3の無置換のアルキル基であって他方が水素原子又は炭素数1乃至3の無置換のアルキル基であり、かつR、R、R、R、R11及びR12が水素原子であるか、若しくは
及びR11の一方が炭素数1乃至3の無置換のアルキル基であって他方が水素原子又は炭素数1乃至3の無置換のアルキル基であり、かつR、R、R、R、R10及びR12が水素原子である有機化合物、
[7]前項[1]乃至[6]の何れか一項に記載の有機化合物を含有する有機半導体材料、
[8]前項[7]に記載の有機半導体材料からなる有機薄膜、
[9]前項[7]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、
[10]前項[9]に記載の有機エレクトロニクスデバイスであって、薄膜トランジスタ素子、有機光電変換素子、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、又は有機半導体レーザー素子である有機エレクトロニクスデバイス、
[11]前項[10]に記載の有機エレクトロニクスデバイスであって、薄膜トランジスタ素子、有機光電変換素子、又は有機太陽電池素子である有機エレクトロニクスデバイス、
[12]前項[10]又は[11]に記載の有機エレクトロニクスデバイスであって、薄膜トランジスタ素子である有機エレクトロニクスデバイス。 As a result of studying various organic compounds, the present inventors have found that the above problems can be solved by using an organic compound having a specific structure, and have completed the present invention.
That is, the present invention is as follows.
[1] The following formula (1)
Figure 0006572473
Wherein R 1 to R 16 are each independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted aryl group, a substituted or unsubstituted alkyl group, a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkoxy group, a substituted or unsubstituted alkylthio; A group, a substituted or unsubstituted alkylamino group, a substituted or unsubstituted dialkylamino group (the alkyl groups may be bonded to each other to form a cyclic structure containing a nitrogen atom), a substituted or unsubstituted alkylsulfonyl group, A substituted or unsubstituted trialkylsilyl group, a substituted or unsubstituted trialkylsilylethynyl group, a substituted or unsubstituted arylamino group, a substituted or unsubstituted diarylamino group, or a cyano group.
An organic compound represented by
[2] The organic compound according to [1], wherein R 1 to R 4 and R 9 to R 12 are each independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted aryl group, or a substituted or unsubstituted alkyl An organic compound in which R 5 to R 8 and R 13 to R 16 are hydrogen atoms,
[3] The organic compound according to [2], wherein R 1 to R 4 and R 9 to R 12 are each independently a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group,
[4] The organic compound according to [3], wherein R 1 to R 4 and R 9 to R 12 are each independently a hydrogen atom or an unsubstituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms,
[5] The organic compound according to [4], wherein R 1 to R 4 and R 9 to R 12 are hydrogen atoms,
[6] The organic compound according to [4] above,
One of R 2 and R 10 is an unsubstituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, the other is a hydrogen atom or an unsubstituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and R 1 , R 3 , R 4 , R 9 , R 11 and R 12 are hydrogen atoms, or one of R 3 and R 11 is an unsubstituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms and the other is a hydrogen atom or 1 to 3 carbon atoms An organic compound which is an unsubstituted alkyl group and R 1 , R 2 , R 4 , R 9 , R 10 and R 12 are hydrogen atoms,
[7] An organic semiconductor material containing the organic compound according to any one of [1] to [6],
[8] An organic thin film comprising the organic semiconductor material according to [7] above,
[9] An organic electronic device comprising the organic semiconductor material according to [7] above,
[10] The organic electronic device according to [9], wherein the organic electronic device is a thin film transistor element, an organic photoelectric conversion element, an organic solar cell element, an organic EL element, an organic light emitting transistor element, or an organic semiconductor laser element.
[11] The organic electronic device according to [10], wherein the organic electronic device is a thin film transistor element, an organic photoelectric conversion element, or an organic solar cell element.
[12] The organic electronic device according to [10] or [11], which is a thin film transistor element.

本発明によれば、有機エレクトロニクスデバイスに使用可能な新規な有機化合物を提供することができる。さらに、本発明によれば、新規な有機化合物を有機半導体材料として用いることにより、閾値電圧、キャリア移動度、オン/オフ比等の半導体特性に優れ、しかも高い大気安定性を有する有機エレクトロニクスデバイスを提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the novel organic compound which can be used for an organic electronics device can be provided. Furthermore, according to the present invention, by using a novel organic compound as an organic semiconductor material, an organic electronic device having excellent semiconductor characteristics such as threshold voltage, carrier mobility, on / off ratio and the like, and having high atmospheric stability can be obtained. Can be provided.

本発明の薄膜トランジスタ素子の構造のいくつかの態様例を示す概略断面図であり、(a)はボトムコンタクト−ボトムゲート型薄膜トランジスタ素子、(b)はトップコンタクト−ボトムゲート型薄膜トランジスタ素子、(c)はトップコンタクト−トップゲート型薄膜トランジスタ素子、(d)はトップ&ボトムゲート型薄膜トランジスタ素子、(e)は静電誘導トランジスタ素子、(f)はボトムコンタクト−トップゲート型薄膜トランジスタ素子を示す。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a schematic sectional drawing which shows some example of a structure of the thin-film transistor element of this invention, (a) is a bottom contact-bottom gate type thin-film transistor element, (b) is a top contact-bottom gate type thin-film transistor element, (c). Is a top contact-top gate type thin film transistor element, (d) is a top & bottom gate type thin film transistor element, (e) is an electrostatic induction transistor element, and (f) is a bottom contact-top gate type thin film transistor element. 本発明の薄膜トランジスタ素子の一態様例としてのトップコンタクト−ボトムゲート型薄膜トランジスタ素子の製造工程を説明するための説明図であり、(a)〜(f)は各製造工程を示す概略断面図である。It is explanatory drawing for demonstrating the manufacturing process of the top contact-bottom gate type thin-film transistor element as an example of the thin-film transistor element of this invention, (a)-(f) is a schematic sectional drawing which shows each manufacturing process. . 本発明の有機エレクトロニクスデバイスの一態様としての有機太陽電池素子の構造の一例を示す概略断面図である。It is a schematic sectional drawing which shows an example of the structure of the organic solar cell element as one aspect | mode of the organic electronics device of this invention. 実施例1で得られた式(11)で表される有機化合物からなる薄膜の、紫外可視吸収スペクトルを示すグラフである。2 is a graph showing an ultraviolet-visible absorption spectrum of a thin film made of an organic compound represented by formula (11) obtained in Example 1. FIG. 実施例2で得られた薄膜トランジスタ素子の、作製直後及び1ヶ月後の伝達特性を示すグラフである。It is a graph which shows the transfer characteristic immediately after preparation of the thin-film transistor element obtained in Example 2, and one month later. 比較例1で得られた薄膜トランジスタ素子の、作製直後及び1ヶ月後の伝達特性を示すグラフである。It is a graph which shows the transmission characteristic of the thin film transistor element obtained by the comparative example 1 immediately after preparation and one month later.

以下に本発明を詳細に説明する。
〔有機化合物〕
本発明の有機化合物は、下記式(1)

Figure 0006572473
で表される。 The present invention is described in detail below.
[Organic compounds]
The organic compound of the present invention has the following formula (1)
Figure 0006572473
It is represented by

式(1)中、R乃至R16はそれぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換のアリール基、置換若しくは無置換のアルキル基、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のアルコキシ基、置換若しくは無置換のアルキルチオ基、置換若しくは無置換のアルキルアミノ基、置換若しくは無置換のジアルキルアミノ基(2つのアルキル基が互いに結合して窒素原子を含む環状構造を形成してもよい)、置換若しくは無置換のアルキルスルホニル基、置換若しくは無置換のトリアルキルシリル基、置換若しくは無置換のトリアルキルシリルエチニル基、置換若しくは無置換のアリールアミノ基、置換若しくは無置換のジアリールアミノ基又はシアノ基を表す。なお、ここで、「置換の」とは、母体の基(例えばアルキル基)が有する水素原子の少なくとも1つが置換基で置換されていることを意味し、「無置換の」とは、母体の基が有する水素原子が置換基で置換されていないことを意味する。したがって、例えば、ここでいう「無置換のアルキル基」とは、アルキル基上の水素原子が置換基で置換されていないアルキル基、即ち、炭素原子及び水素原子のみからなる飽和炭化水素基を意味する。 In formula (1), R 1 to R 16 are each independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted aryl group, a substituted or unsubstituted alkyl group, a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkoxy group, substituted or unsubstituted Alkylthio group, substituted or unsubstituted alkylamino group, substituted or unsubstituted dialkylamino group (two alkyl groups may be bonded to each other to form a cyclic structure containing a nitrogen atom), substituted or unsubstituted It represents an alkylsulfonyl group, a substituted or unsubstituted trialkylsilyl group, a substituted or unsubstituted trialkylsilylethynyl group, a substituted or unsubstituted arylamino group, a substituted or unsubstituted diarylamino group, or a cyano group. Here, “substituted” means that at least one hydrogen atom of the base group (eg, alkyl group) is substituted with a substituent, and “unsubstituted” means that the base group is not substituted. It means that the hydrogen atom of the group is not substituted with a substituent. Therefore, for example, the term “unsubstituted alkyl group” as used herein means an alkyl group in which a hydrogen atom on the alkyl group is not substituted with a substituent, that is, a saturated hydrocarbon group consisting of only a carbon atom and a hydrogen atom. To do.

式(1)のR乃至R16が表す置換若しくは無置換のアリール基としては、例えば、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、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、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、ベンゾチエニル基及びベンゾフリル基等の縮合系複素環基等が挙げられる。これらのうち、フェニル基、ナフチル基、ピリジル基、及びチエニル基が好ましく、フェニル基が特に好ましい。上記置換若しくは無置換のアリール基の炭素数は3乃至60であることが好ましい。 Examples of the substituted or unsubstituted aryl group represented by R 1 to R 16 in the formula (1) include aromatic hydrocarbon groups such as a phenyl group, a naphthyl group, an anthryl group, a phenanthryl group, a pyrenyl group, and a benzopyrenyl group; Group, pyrazyl group, pyrimidyl group, quinolyl group, isoquinolyl group, pyrrolyl group, indolenyl group, imidazolyl group, carbazolyl group, thienyl group, furyl group, pyranyl group, pyridonyl group and other heterocyclic groups; benzoquinolyl group, anthraquinolyl group, benzo Examples thereof include condensed heterocyclic groups such as thienyl group and benzofuryl group. Among these, a phenyl group, a naphthyl group, a pyridyl group, and a thienyl group are preferable, and a phenyl group is particularly preferable. The substituted or unsubstituted aryl group preferably has 3 to 60 carbon atoms.

式(1)のR乃至R16が置換のアリール基を表す場合における、置換のアリール基が有する置換基としては、特に制限はないが、例えば、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のアルキル基等が挙げられる。置換のアリール基が有する置換基としての置換若しくは無置換のアルキル基としては、式(1)のR乃至R16が表す置換若しくは無置換のアルキル基の例として後段で挙げる各基が挙げられる。置換のアリール基が有する置換基としてのハロゲン原子としては、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る。置換のアリール基が有する置換基としては、これらの中でも炭素数1乃至3の置換若しくは無置換のアルキル基が好ましい。 In the case where R 1 to R 16 in Formula (1) represent a substituted aryl group, the substituent that the substituted aryl group has is not particularly limited, and examples thereof include a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkyl group, and the like. Is mentioned. Examples of the substituted or unsubstituted alkyl group as the substituent of the substituted aryl group include the groups listed below as examples of the substituted or unsubstituted alkyl group represented by R 1 to R 16 in Formula (1). . Examples of the halogen atom as a substituent that the substituted aryl group has include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom. Of these, the substituted aryl group preferably has a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.

式(1)のR乃至R16が表す置換若しくは無置換のアルキル基としては、置換若しくは無置換の飽和又は不飽和の直鎖、分岐鎖、又は環状のアルキル基が挙げられる。上記置換若しくは無置換のアルキル基の炭素数は1乃至20であることが好ましい。ここで、無置換の飽和又は不飽和の直鎖又は分岐鎖のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、アリル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、n−ヘキシル基、n−オクチル基、n−デシル基、n−ドデシル基、n−ステアリル基、n−ブテニル基等が挙げられる。また、無置換の環状のアルキル基としては、例えば、シクロヘキシル基、シクロペンチル基、アダマンチル基、ノルボルニル基等の炭素数3乃至12のシクロアルキル基が挙げられる。 Examples of the substituted or unsubstituted alkyl group represented by R 1 to R 16 in Formula (1) include a substituted or unsubstituted saturated or unsaturated linear, branched, or cyclic alkyl group. The substituted or unsubstituted alkyl group preferably has 1 to 20 carbon atoms. Here, as the unsubstituted saturated or unsaturated linear or branched alkyl group, for example, methyl group, ethyl group, n-propyl group, isopropyl group, n-butyl group, isobutyl group, allyl group, t -Butyl group, n-pentyl group, n-hexyl group, n-octyl group, n-decyl group, n-dodecyl group, n-stearyl group, n-butenyl group and the like can be mentioned. In addition, examples of the unsubstituted cyclic alkyl group include cycloalkyl groups having 3 to 12 carbon atoms such as a cyclohexyl group, a cyclopentyl group, an adamantyl group, and a norbornyl group.

式(1)のR乃至R16が置換のアルキル基を表す場合における、置換のアルキル基が有する置換基としては、特に制限はないが、例えば、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のアリール基等が挙げられる。置換のアルキル基が有する置換基としての置換若しくは無置換のアリール基としては、式(1)のR乃至R16が表す置換若しくは無置換のアリール基の例として先に挙げた各基が挙げられる。置換のアルキル基が有する置換基としてのハロゲン原子としては、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る。 In the case where R 1 to R 16 in Formula (1) represent a substituted alkyl group, the substituent that the substituted alkyl group has is not particularly limited, and examples thereof include a halogen atom, a substituted or unsubstituted aryl group, and the like. Is mentioned. Examples of the substituted or unsubstituted aryl group as the substituent of the substituted alkyl group include the groups listed above as examples of the substituted or unsubstituted aryl group represented by R 1 to R 16 in Formula (1). It is done. Examples of the halogen atom as a substituent that the substituted alkyl group has include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.

置換基としてハロゲン原子を有する置換のアルキル基(ハロアルキル基)としては、例えば、クロロメチル基、1−クロロエチル基、2−クロロエチル基、2−クロロイソブチル基、1,2−ジクロロエチル基、1,3−ジクロロイソプロピル基、2,3−ジクロロ−t−ブチル基、1,2,3−トリクロロプロピル基、ブロモメチル基、1−ブロモエチル基、2−ブロモエチル基、2−ブロモイソブチル基、1,2−ジブロモエチル基、1,3−ジブロモイソプロピル基、2,3−ジブロモ−t−ブチル基、1,2,3−トリブロモプロピル基、ヨードメチル基、1−ヨードエチル基、2−ヨードエチル基、2−ヨードイソブチル基、1,2−ジヨードエチル基、1,3−ジヨードイソプロピル基、2,3−ジヨード−t−ブチル基、1,2,3−トリヨードプロピル基、フルオロメチル基、1−フルオロエチル基,2−フルオロエチル基、2−フルオロイソブチル基、1,2−ジフロロエチル基、ジフルオロメチル基、トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、パーフルオロイソプロピル基、パーフルオロブチル基、パーフルオロシクロヘキシル基等の基が挙げられる。   Examples of the substituted alkyl group having a halogen atom as a substituent (haloalkyl group) include a chloromethyl group, 1-chloroethyl group, 2-chloroethyl group, 2-chloroisobutyl group, 1,2-dichloroethyl group, 1, 3-dichloroisopropyl group, 2,3-dichloro-t-butyl group, 1,2,3-trichloropropyl group, bromomethyl group, 1-bromoethyl group, 2-bromoethyl group, 2-bromoisobutyl group, 1,2- Dibromoethyl group, 1,3-dibromoisopropyl group, 2,3-dibromo-t-butyl group, 1,2,3-tribromopropyl group, iodomethyl group, 1-iodoethyl group, 2-iodoethyl group, 2-iodo Isobutyl group, 1,2-diiodoethyl group, 1,3-diiodoisopropyl group, 2,3-diiodo-t-butyl group, 1, , 3-triiodopropyl group, fluoromethyl group, 1-fluoroethyl group, 2-fluoroethyl group, 2-fluoroisobutyl group, 1,2-difluoroethyl group, difluoromethyl group, trifluoromethyl group, pentafluoroethyl group , Perfluoroisopropyl group, perfluorobutyl group, perfluorocyclohexyl group and the like.

上記置換若しくは無置換のアルキル基は、好ましくは置換若しくは無置換の飽和の直鎖アルキル基であり、より好ましくは炭素数1乃至3の置換若しくは無置換の飽和の直鎖アルキル基であり、さらに好ましくは炭素数1乃至3の無置換の飽和の直鎖アルキル基である。また、上記置換若しくは無置換のアルキル基は、好ましくは炭素数1乃至3の置換若しくは無置換のアルキル基であり、より好ましくは炭素数1乃至3の無置換のアルキル基である。   The substituted or unsubstituted alkyl group is preferably a substituted or unsubstituted saturated linear alkyl group, more preferably a substituted or unsubstituted saturated linear alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, An unsubstituted saturated linear alkyl group having 1 to 3 carbon atoms is preferred. The substituted or unsubstituted alkyl group is preferably a substituted or unsubstituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and more preferably an unsubstituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.

式(1)R乃至R16が表す上記ハロゲン原子としては、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る。 Examples of the halogen atom represented by the formula (1) R 1 to R 16 include a fluorine atom, a chlorine atom, a bromine atom, and an iodine atom.

上記置換若しくは無置換のアルコキシ基は、−OZ(Zは上述した置換若しくは無置換のアルキル基を表す)で表される基であり、Zの例としては、上述した置換若しくは無置換のアルキル基の例として挙げた各基が挙げられる。 The substituted or unsubstituted alkoxy group is a group represented by —OZ 1 (Z 1 represents the above-described substituted or unsubstituted alkyl group). Examples of Z 1 include the above-described substituted or unsubstituted groups. Each group mentioned as an example of the alkyl group of is mentioned.

上記置換若しくは無置換のアルキルチオ基は、−SZ(Zは上述した置換又は無置換のアルキル基を表す)で表される基であり、Zの例としては、上述した置換若しくは無置換のアルキル基の例として挙げた各基が挙げられる。 The substituted or unsubstituted alkylthio group is a group represented by —SZ 1 (Z 1 represents the above-described substituted or unsubstituted alkyl group), and examples of Z 1 include the above-described substituted or unsubstituted group. Each group mentioned as an example of the alkyl group of is mentioned.

上記置換若しくは無置換のアルキルアミノ基は、−NHZ(Zは上述した置換又は無置換のアルキル基を表す)で表される基である。上記置換若しくは無置換のジアルキルアミノ基は−NZ(Z及びZはそれぞれ独立に、上述した置換又は無置換のアルキル基を表す)で表される基である。これらのアルキルアミノ基及びジアルキルアミノ基において、Z及びZの例としては、それぞれ上述した置換若しくは無置換のアルキル基の例として挙げた各基が挙げられる。なお、ジアルキルアミノ基が有する2つのアルキル基は互いに結合して窒素原子を含む環構造を形成してもよく、上記環構造としては、例えば、ピロリジン環、ピペリジン環等が挙げられる。 The substituted or unsubstituted alkylamino group is a group represented by —NHZ 1 (Z 1 represents the above-described substituted or unsubstituted alkyl group). The substituted or unsubstituted dialkylamino group is a group represented by —NZ 1 Z 2 (Z 1 and Z 2 each independently represents the above-described substituted or unsubstituted alkyl group). In these alkylamino groups and dialkylamino groups, examples of Z 1 and Z 2 include the groups listed as examples of the substituted or unsubstituted alkyl group described above. The two alkyl groups of the dialkylamino group may be bonded to each other to form a ring structure containing a nitrogen atom. Examples of the ring structure include a pyrrolidine ring and a piperidine ring.

上記置換若しくは無置換のアルキルスルホニル基は、−SO(Zは上述した置換又は無置換のアルキル基を表す)で表される基であり、Zの例としては、上述した置換若しくは無置換のアルキル基の例として挙げた各基が挙げられる。 The substituted or unsubstituted alkylsulfonyl group is a group represented by —SO 2 Z 1 (Z 1 represents the above-described substituted or unsubstituted alkyl group), and examples of Z 1 include the above-mentioned substituted Or each group mentioned as an example of an unsubstituted alkyl group is mentioned.

上記置換若しくは無置換のトリアルキルシリル基は、−SiZ(Z、Z、及びZはそれぞれ独立に、上述した置換又は無置換のアルキル基を表す)で表される基である。Z、Z、及びZの例としては、それぞれ上述した置換若しくは無置換のアルキル基の例として挙げた各基が挙げられる。上記置換若しくは無置換のトリアルキルシリル基としては、例えば、トリメチルシリル基等が挙げられる。 The substituted or unsubstituted trialkylsilyl group is represented by —SiZ 1 Z 2 Z 3 (Z 1 , Z 2 , and Z 3 each independently represents the above-described substituted or unsubstituted alkyl group). It is a group. Examples of Z 1 , Z 2 , and Z 3 include the groups listed as examples of the substituted or unsubstituted alkyl group described above. Examples of the substituted or unsubstituted trialkylsilyl group include a trimethylsilyl group.

上記置換若しくは無置換のトリアルキルシリルエチニル基は、−C≡C−SiZ(Z、Z、及びZはそれぞれ独立に、上述した置換又は無置換のアルキル基を表す)で表される基である。Z、Z、及びZの例としては、それぞれ上述した置換若しくは無置換のアルキル基の例として挙げた各基が挙げられる。上記置換若しくは無置換のトリアルキルシリルエチニル基としては、例えば、トリメチルシリルエチニル基、トリエチルシリルエチニル基、トリイソプロピルシリルエチニル基等が挙げられる。 The substituted or unsubstituted trialkylsilylethynyl group is —C≡C—SiZ 1 Z 2 Z 3 (Z 1 , Z 2 and Z 3 each independently represents the above-mentioned substituted or unsubstituted alkyl group. ). Examples of Z 1 , Z 2 , and Z 3 include the groups listed as examples of the substituted or unsubstituted alkyl group described above. Examples of the substituted or unsubstituted trialkylsilylethynyl group include a trimethylsilylethynyl group, a triethylsilylethynyl group, a triisopropylsilylethynyl group, and the like.

上記アリールアミノ基とは、−NHZ(Zは上述した置換又は無置換のアリール基を表す)で表される基である。上記ジアリールアミノ基は−NZ(Z及びZはそれぞれ独立に、上述した置換又は無置換のアリール基を表す)で表される基である。Z及びZの例としては、それぞれ上述した置換若しくは無置換のアリール基の例として挙げた各基が挙げられる。 The arylamino group is a group represented by —NHZ 4 (Z 4 represents the above-described substituted or unsubstituted aryl group). The diarylamino group is a group represented by —NZ 5 Z 6 (Z 5 and Z 6 each independently represents the above-described substituted or unsubstituted aryl group). Examples of Z 5 and Z 6 include the groups listed as examples of the substituted or unsubstituted aryl group described above.

式(1)で表される有機化合物のうち、R乃至R及びR乃至R12がそれぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換のアリール基、又は置換若しくは無置換のアルキル基であり、R乃至R及びR13乃至R16が水素原子である有機化合物、すなわち下記式(1−1)で表される有機化合物が好ましい。

Figure 0006572473
(式中、R乃至R及びR乃至R12はそれぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換のアリール基、又は置換若しくは無置換のアルキル基を表す) Among the organic compounds represented by the formula (1), R 1 to R 4 and R 9 to R 12 are each independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted aryl group, or a substituted or unsubstituted alkyl group. , R 5 to R 8 and R 13 to R 16 are each a hydrogen atom, that is, an organic compound represented by the following formula (1-1) is preferable.
Figure 0006572473
(Wherein R 1 to R 4 and R 9 to R 12 each independently represent a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted aryl group, or a substituted or unsubstituted alkyl group)

式(1−1)におけるR乃至R及びR乃至R12は、それぞれ独立に水素原子又は置換若しくは無置換のアルキル基であることが好ましく、それぞれ独立に水素原子又は炭素数1乃至3の無置換のアルキル基であることがより好ましく、R乃至R及びR乃至R12の全てが水素原子であることがさらに好ましい。 R 1 to R 4 and R 9 to R 12 in the formula (1-1) are preferably each independently a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group, and each independently represents a hydrogen atom or 1 to 3 carbon atoms. The unsubstituted alkyl group is more preferable, and it is more preferable that all of R 1 to R 4 and R 9 to R 12 are hydrogen atoms.

本発明の式(1)で表される有機化合物を有機エレクトロニクスデバイス、例えば薄膜トランジスタ素子に用いる場合、式(1)で表される有機化合物の中でも下記式(1−2)及び(1−3)のような、より棒状に近い分子構造を有する有機化合物を用いて有機薄膜を形成することにより、式(1)で表される有機化合物がその構造中に有する縮環構造(6つのベンゼン環と4つのチオフェン環が縮合した構造部分)のπ共役平面が配列して電荷輸送に高効率な結晶構造をとることにより、高い移動度が達成される。   When the organic compound represented by the formula (1) of the present invention is used in an organic electronic device, for example, a thin film transistor element, among the organic compounds represented by the formula (1), the following formulas (1-2) and (1-3) By forming an organic thin film using an organic compound having a molecular structure closer to a rod shape, the organic compound represented by the formula (1) has a condensed ring structure (six benzene rings and A high mobility is achieved by arranging the π-conjugated plane of the structural portion in which four thiophene rings are condensed to form a highly efficient crystal structure for charge transport.

Figure 0006572473
(式中、R、R、R10及びR11はそれぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換のアリール基、又は置換若しくは無置換のアルキル基を表す)
Figure 0006572473
(Wherein R 2 , R 3 , R 10 and R 11 each independently represents a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted aryl group, or a substituted or unsubstituted alkyl group)

即ち、式(1)で表される有機化合物としては、上記式(1−2)で表される有機化合物(式(1)で表される有機化合物において、R、R乃至R、及びR11乃至R16が水素原子である有機化合物)、及び上記式(1−3)で表される有機化合物(式(1)で表される有機化合物において、R、R、R乃至R10、及びR12乃至R16が水素原子である有機化合物)が好ましい。さらに、これら式(1−2)で表される有機化合物及び式(1−3)で表される有機化合物のうち、式(1−2)におけるR及びR10がそれぞれ独立に水素原子又は置換若しくは無置換のアルキル基である有機化合物、並びに式(1−3)におけるR及びR11がそれぞれ独立に水素原子又は置換若しくは無置換のアルキル基である有機化合物が好ましく、式(1−2)におけるR及びR10がそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1乃至3の無置換のアルキル基である有機化合物、並びに式(1−3)におけるR及びR11がそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1乃至3の無置換のアルキル基である有機化合物がより好ましく、式(1−2)におけるR及びR10が水素原子である有機化合物、並びに式(1−3)におけるR及びR11が水素原子である有機化合物がさらに好ましい。また、式(1−2)におけるR及びR10の一方がアリール基であり他方がアリール基又は水素原子である有機化合物、並びに式(1−3)におけるR及びR11の一方がアリール基であり他方がアリール基又は水素原子である有機化合物も好ましい。 That is, as the organic compound represented by the formula (1), the organic compound represented by the above formula (1-2) (in the organic compound represented by the formula (1), R 1 , R 3 to R 9 , And an organic compound in which R 11 to R 16 are hydrogen atoms) and an organic compound represented by the above formula (1-3) (in the organic compound represented by the formula (1), R 1 , R 2 , R 4 To R 10 , and organic compounds in which R 12 to R 16 are hydrogen atoms) are preferable. Furthermore, among the organic compound represented by Formula (1-2) and the organic compound represented by Formula (1-3), R 2 and R 10 in Formula (1-2) are each independently a hydrogen atom or Organic compounds that are substituted or unsubstituted alkyl groups and organic compounds in which R 3 and R 11 in formula (1-3) are each independently a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group are preferred, 2) R 2 and R 10 are each independently a hydrogen atom or an unsubstituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and R 3 and R 11 in formula (1-3) are each independently a hydrogen atom. Alternatively, an organic compound that is an unsubstituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms is more preferable. In the formula (1-2), an organic compound in which R 2 and R 10 are hydrogen atoms, and a formula (1-3) An organic compound in which R 3 and R 11 are hydrogen atoms is more preferable. In addition, one of R 2 and R 10 in Formula (1-2) is an aryl group and the other is an aryl group or a hydrogen atom, and one of R 3 and R 11 in Formula (1-3) is aryl. Organic compounds in which the other is an aryl group or a hydrogen atom are also preferred.

本発明の式(1)で表される有機化合物は、例えば下記の反応工程で得られる。下記の反応工程では、まず、式(2)で示される中間体化合物(特許文献2参照)をスズ化合物と反応させ式(3)で示される中間体化合物を得る。さらに、式(3)で示される中間体化合物と、式(4)及び式(5)で示されるトリフラート化ベンゼン誘導体とのスティルカップリング反応により、式(6)で示される閉環前駆体を合成する。この閉環前駆体の分子内環化及び脱メチル反応を行うことにより、目的とする式(1)で表される有機化合物を得ることができる。   The organic compound represented by the formula (1) of the present invention is obtained, for example, in the following reaction step. In the following reaction step, first, an intermediate compound represented by the formula (2) (see Patent Document 2) is reacted with a tin compound to obtain an intermediate compound represented by the formula (3). Further, a ring-closing precursor represented by the formula (6) is synthesized by a Still coupling reaction between the intermediate compound represented by the formula (3) and the triflated benzene derivative represented by the formula (4) and the formula (5). To do. The target organic compound represented by the formula (1) can be obtained by carrying out the intramolecular cyclization and demethylation reaction of this ring-closing precursor.

Figure 0006572473
Figure 0006572473

式(1)で表される有機化合物の精製方法は、特に限定されず、再結晶、カラムグロマトグラフィー、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よい。   The purification method of the organic compound represented by the formula (1) is not particularly limited, and known methods such as recrystallization, column chromatography, and vacuum sublimation purification can be employed. Moreover, you may use these methods in combination as needed.

式(1)で表される有機化合物の具体例を下記するが、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。   Specific examples of the organic compound represented by the formula (1) are described below, but the present invention is not limited to these specific examples.

Figure 0006572473
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Figure 0006572473
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Figure 0006572473
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Figure 0006572473
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Figure 0006572473
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Figure 0006572473
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Figure 0006572473
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〔有機半導体材料、有機薄膜〕
本発明の有機半導体材料は、本発明の式(1)で表される有機化合物を含有する。本発明の式(1)で表される有機化合物を含有する有機半導体材料を用いて有機薄膜を作製することができる。該有機薄膜の膜厚は、その用途によって異なるが、通常0.1nm〜10μmであり、好ましくは0.5nm〜3μmであり、より好ましくは1nm〜1μmである。
[Organic semiconductor materials, organic thin films]
The organic semiconductor material of the present invention contains an organic compound represented by the formula (1) of the present invention. An organic thin film can be produced using an organic semiconductor material containing an organic compound represented by the formula (1) of the present invention. The thickness of the organic thin film varies depending on the application, but is usually 0.1 nm to 10 μm, preferably 0.5 nm to 3 μm, more preferably 1 nm to 1 μm.

有機薄膜の形成方法としては、一般的に、真空プロセスである、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、分子積層法などの方法;溶液プロセスである、スピンコート法、ドロップキャスト法、ディップコート法、スプレー法、フレキソ印刷法、樹脂凸版印刷などの凸版印刷法、オフセット印刷法、ドライオフセット印刷法、パッド印刷法などの平板印刷法、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法、謄写版印刷法、リングラフ印刷法などの孔版印刷法、インクジェット印刷法、マイクロコンタクトプリント法などの方法;これらの手法を複数組み合わせた方法等が挙げられる。これらの中でも、真空プロセスである抵抗加熱蒸着法が好ましい。   As a method for forming an organic thin film, generally, a vacuum process, a resistance heating vapor deposition method, an electron beam vapor deposition method, a sputtering method, a molecular lamination method, or the like; a solution process, a spin coating method, a drop cast method, Dip coating method, spray method, flexographic printing method, relief printing method such as resin relief printing, offset printing method, dry offset printing method, flat printing method such as pad printing method, intaglio printing method such as gravure printing method, silk screen printing Methods such as stencil printing, stencil printing, stencil printing, stencil printing, ink jet printing, microcontact printing, and the like; and combinations of these techniques. Among these, the resistance heating vapor deposition method which is a vacuum process is preferable.

〔有機エレクトロニクスデバイス〕
本発明の式(1)で表される有機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素子、有機光電変換素子、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及び有機半導体レーザー素子等が挙げられる。次に、これらについて詳細に説明する。
[Organic electronics devices]
An organic electronic device can be produced using the organic compound represented by the formula (1) of the present invention as a material for electronics applications. Examples of the organic electronics device include a thin film transistor element, an organic photoelectric conversion element, an organic solar cell element, an organic EL element, an organic light emitting transistor element, and an organic semiconductor laser element. Next, these will be described in detail.

〔薄膜トランジスタ素子〕
まず、薄膜トランジスタ素子について詳しく説明する。
薄膜トランジスタ素子は、半導体薄膜に接して2つの電極(ソース電極及びドレイン電極)があり、それら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。
[Thin film transistor element]
First, the thin film transistor element will be described in detail.
A thin film transistor element has two electrodes (a source electrode and a drain electrode) in contact with a semiconductor thin film, and controls a current flowing between these electrodes 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−InsuIator−Semiconductor MIS構造)がよく用いられる。MIS構造のうちで絶縁膜に金属酸化膜を用いるものはMOS(Metal−Oxide−Semiconductor)構造と呼ばれる。他の構造の薄膜トランジスタ素子としては、半導体薄膜に対して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素子の場合、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. A MIS structure using a metal oxide film as an insulating film is called a MOS (Metal-Oxide-Semiconductor) structure. As a thin film transistor element having another structure, there is a structure in which a gate electrode is formed on a semiconductor thin film through a Schottky barrier (that is, an MES structure). In the case of a thin film transistor element using an organic semiconductor material, the MIS structure is used. Is often used.

以下、図を用いて本発明の有機化合物を含有する半導体薄膜を備える有機系の薄膜トランジスタ素子についてより詳細に説明するが、本発明の薄膜トランジスタ素子は、本発明の有機化合物を含有する有機半導体材料を用いたものであれば、これらの構造には限定されない。   Hereinafter, the organic thin film transistor element including the semiconductor thin film containing the organic compound of the present invention will be described in more detail with reference to the drawings. The thin film transistor element of the present invention is an organic semiconductor material containing the organic compound of the present invention. As long as it is used, it is not limited to these structures.

図1に、薄膜トランジスタ素子のいくつかの態様例を示す。図1(a)〜図1(f)及び図2において同じ機能を有する部材には同じ番号を付すものとする。
図1(a)〜(f)に示す各態様例の薄膜トランジスタ素子10A乃至10Fは、ソース電極1、有機半導体層2、ドレイン電極3、絶縁体層4、ゲート電極5、及び基板6を備えている。尚、各層や電極の配置は、薄膜トランジスタ素子の用途により適宜選択できる。薄膜トランジスタ素子10A〜10D及び10Fは、基板6と平行な方向に電流が流れるので、横型トランジスタと呼ばれる。薄膜トランジスタ素子10Aは、ゲート電極5上に絶縁体層4を介してソース電極1及びドレイン電極3を設け、さらにその上に有機半導体層2を形成しており、ボトムコンタクト−ボトムゲート構造と呼ばれる。薄膜トランジスタ素子10Bは、ゲート電極5上に絶縁体層4を介して有機半導体層2を設け、さらにその上にソース電極1及びドレイン電極3を形成しており、トップコンタクト−ボトムゲート構造と呼ばれる。また、薄膜トランジスタ素子10Cは、有機半導体層2上に、ソース電極1及びドレイン電極3を設け、さらにその上に絶縁体層4を介してゲート電極5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。薄膜トランジスタ素子10Dは、ゲート電極5上に、絶縁体層4を介してソース電極1を設け、さらにその上に有機半導体層2を形成し、さらにその上にドレイン電極3を形成しており、トップ&ボトムコンタクトボトムゲート型トランジスタと呼ばれる構造である。薄膜トランジスタ素子10Fは、基板6上にソース電極1及びドレイン電極3を設け、さらにその上に有機半導体層2を設け、さらにその上に絶縁体層4を介してゲート電極5を形成しており、ボトムコンタクト−トップゲート構造である。
FIG. 1 shows some examples of thin film transistor elements. In FIG. 1A to FIG. 1F and FIG. 2, members having the same function are denoted by the same reference numerals.
The thin film transistor elements 10A to 10F of each embodiment shown in FIGS. 1A to 1F include a source electrode 1, an organic semiconductor layer 2, a drain electrode 3, an insulator layer 4, a gate electrode 5, and a substrate 6. Yes. In addition, arrangement | positioning of each layer and an electrode can be suitably selected according to the use of a thin-film transistor element. The thin film transistor elements 10 </ b> A to 10 </ b> D and 10 </ b> F are called horizontal transistors because current flows in a direction parallel to the substrate 6. In the thin film transistor element 10A, a source electrode 1 and a drain electrode 3 are provided on a gate electrode 5 via an insulator layer 4, and an organic semiconductor layer 2 is further formed thereon, which is called a bottom contact-bottom gate structure. In the thin film transistor element 10B, an organic semiconductor layer 2 is provided on a gate electrode 5 with an insulator layer 4 interposed therebetween, and a source electrode 1 and a drain electrode 3 are further formed thereon, which is called a top contact-bottom gate structure. The thin film transistor element 10C has a source electrode 1 and a drain electrode 3 on an organic semiconductor layer 2, and further a gate electrode 5 formed thereon via an insulator layer 4, and has a top contact-top gate structure. is called. In the thin film transistor element 10D, a source electrode 1 is provided on a gate electrode 5 via an insulator layer 4, an organic semiconductor layer 2 is further formed thereon, and a drain electrode 3 is further formed thereon. & Bottom contact A structure called a bottom gate type transistor. In the thin film transistor element 10F, a source electrode 1 and a drain electrode 3 are provided on a substrate 6, an organic semiconductor layer 2 is further provided thereon, and a gate electrode 5 is formed thereon via an insulator layer 4. Bottom contact-top gate structure.

薄膜トランジスタ素子10E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)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8が移動できる。また、SITは、ソース電極1とドレイン電極3とが縦に配されているので、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、SITは、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1(e)には、基板を示していないが、通常の場合、図1(e)中のソース電極1又はドレイン電極3の外側には基板が設けられる。以下、この基板についても併せて「基板6」と呼ぶ。   The thin film transistor element 10E is a transistor having a vertical structure, that is, an electrostatic induction transistor (SIT). In this SIT, since a current flow spreads in a plane, a large amount of carriers 8 can move at a time. In addition, since the source electrode 1 and the drain electrode 3 are arranged vertically in the SIT, the distance between the electrodes can be reduced, so that the response is fast. Therefore, SIT can be preferably applied to applications such as flowing a large current and performing high-speed switching. Although FIG. 1E does not show the substrate, in the normal case, the substrate is provided outside the source electrode 1 or the drain electrode 3 in FIG. Hereinafter, this substrate is also referred to as “substrate 6”.

次に図1の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。基板6としては、例えば、樹脂板、樹脂フィルム、紙、ガラス板、石英板、セラミック板などの絶縁性基板;金属や合金などからなる導電性基板上にコーティング等により絶縁層を形成してなる多層基板;樹脂と無機材料との組合せなどの各種組合せからなる複合基板;等が使用できる。基板6に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フィルムが挙げられる。基板6として樹脂フィルム又は紙を用いると、薄膜トランジスタ素子10A〜10Fに可撓性を持たせることができ、薄膜トランジスタ素子10A〜10Fがフレキシブルで、軽量となり、実用性が向上する。基板6の厚さは、通常1μm〜10mmであり、好ましくは5μm〜5mmである。
Next, each component in each embodiment shown in FIG. 1 will be described.
The substrate 6 needs to be able to hold each layer formed thereon without peeling off. As the substrate 6, for example, an insulating substrate such as a resin plate, a resin film, paper, a glass plate, a quartz plate, or a ceramic plate; an insulating layer is formed by coating or the like on a conductive substrate made of metal, an alloy, or the like. A multilayer substrate; a composite substrate composed of various combinations such as a combination of a resin and an inorganic material; and the like can be used. Examples of the resin film that can be used for the substrate 6 include films of polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyethersulfone, polyamide, polyimide, polycarbonate, cellulose triacetate, polyetherimide, and the like. When a resin film or paper is used as the substrate 6, the thin film transistor elements 10A to 10F can be made flexible, and the thin film transistor elements 10A to 10F are flexible and light in weight, thereby improving practicality. The thickness of the substrate 6 is usually 1 μm to 10 mm, preferably 5 μm to 5 mm.

ソース電極1、ドレイン電極3、及びゲート電極5には、導電性を有する材料が用いられる。上記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、グラフェン等の炭素材料;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。ドーピングに用いるドーパントとしては、例えば、塩酸、硫酸等の無機酸;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。また、上記のドーパント中にカーボンブラックや金属粒子などの導電性分子を分散した導電性の複合材料も上記導電性を有する材料として用いられる。直接、有機半導体層2と接触するソース電極1およびドレイン電極3では、コンタクト抵抗を低減するために、適切な仕事関数の選択や、表面処理などが大切になる。 A conductive material is used for the source electrode 1, the drain electrode 3, and the gate electrode 5. Examples of the conductive material include platinum, gold, silver, aluminum, chromium, tungsten, tantalum, nickel, cobalt, copper, iron, lead, tin, titanium, indium, palladium, molybdenum, magnesium, calcium, and barium. Metals such as lithium, potassium, sodium and alloys containing them; conductive oxides such as InO 2 , ZnO 2 , SnO 2 , ITO; polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyacetylene, polyparaphenylene, vinylene, polydiacetylene, etc. Conductive polymer compounds; semiconductors such as silicon, germanium, and gallium arsenide; carbon materials such as carbon black, fullerene, carbon nanotubes, graphite, and graphene; In addition, the conductive polymer compound or the semiconductor may be doped. Examples of the dopant used for doping include inorganic acids such as hydrochloric acid and sulfuric acid; organic acids having an acidic functional group such as sulfonic acid; Lewis acids such as PF 5 , AsF 5 and FeCl 3 ; halogen atoms such as iodine; lithium, Metal atoms such as sodium and potassium; and the like. Boron, phosphorus, arsenic and the like are also frequently used as dopants for inorganic semiconductors such as silicon. A conductive composite material in which conductive molecules such as carbon black and metal particles are dispersed in the dopant is also used as the conductive material. In the source electrode 1 and the drain electrode 3 that are in direct contact with the organic semiconductor layer 2, selection of an appropriate work function, surface treatment, and the like are important in order to reduce contact resistance.

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)や、ソース電極1とドレイン電極3との間のチャネル領域の幅(チャネル幅)等の構造が薄膜トランジスタ素子10A〜10F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0.01〜300μm、好ましくは0.1〜100μm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との間のチャネル領域の幅(チャネル幅)は、通常10〜10000μm、好ましくは100〜5000μmである。また、このチャネル幅は、ソース電極1及びドレイン電極3の構造をくし型構造とすることなどにより、さらに長くすることが可能で、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。   Further, the structure of the thin film transistor elements 10A to 10F is a structure such as a distance (channel length) between the source electrode 1 and the drain electrode 3 and a width of the channel region (channel width) between the source electrode 1 and the drain electrode 3. It becomes an important factor that decides. The channel length is usually 0.01 to 300 μm, preferably 0.1 to 100 μm. If the channel length is short, the amount of current that can be extracted increases, but conversely, short channel effects such as the influence of contact resistance occur and control becomes difficult, so an appropriate channel length is required. The width (channel width) of the channel region between the source electrode 1 and the drain electrode 3 is usually 10 to 10000 μm, preferably 100 to 5000 μm. Further, the channel width can be further increased by making the structure of the source electrode 1 and the drain electrode 3 into a comb structure, etc., and can be set to an appropriate length depending on the required amount of current and the structure of the element. There is a need to.

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、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には、一般的には、リソグラフィー法を用いてソース電極1及びドレイン電極3を作製し、またソース電極1及びドレイン電極3を直方体の形状に形成するのが好ましい。最近は各種印刷方法による印刷精度が向上してきており、インクジェット印刷法、グラビア印刷法、又はスクリーン印刷法等の手法を用いて精度よくソース電極1及びドレイン電極3を作製することが可能となってきている。有機半導体層2上にソース電極1及びドレイン電極3のあるトップコンタクト構造の場合には、シャドウマスクなどを用いて蒸着することによってソース電極1及びドレイン電極3を作製することができる。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することによってソース電極1及びドレイン電極3を形成することも可能となってきている。ソース電極1及びドレイン電極3の長さは、前記のチャネル幅と同じでよい。ソース電極1及びドレイン電極3の幅は、特に規定は無いが、電気的特性を安定化できる範囲で、薄膜トランジスタ素子10A〜10Fの面積を小さくするためには短い方が好ましい。ソース電極1及びドレイン電極3の幅は、通常0.1〜1000μmであり、好ましくは0.5〜100μmである。ソース電極1及びドレイン電極3の厚みは、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。ソース電極1、ドレイン電極3、及びゲート電極5には配線が連結されているが、配線も電極(ソース電極1、ドレイン電極3、及びゲート電極5)とほぼ同様の材料により作製される。
The structures (shapes) of the source electrode 1 and the drain electrode 3 will be described. The structure of the source electrode 1 and the structure of the drain electrode 3 may be the same or different.
In the case of the bottom contact structure, in general, it is preferable to form the source electrode 1 and the drain electrode 3 using a lithography method, and to form the source electrode 1 and the drain electrode 3 in a rectangular parallelepiped shape. Recently, the printing accuracy by various printing methods has been improved, and it has become possible to accurately produce the source electrode 1 and the drain electrode 3 by using a method such as an ink jet printing method, a gravure printing method, or a screen printing method. ing. In the case of a top contact structure having the source electrode 1 and the drain electrode 3 on the organic semiconductor layer 2, the source electrode 1 and the drain electrode 3 can be produced by vapor deposition using a shadow mask or the like. It has also become possible to form the source electrode 1 and the drain electrode 3 by directly printing an electrode pattern using a technique such as inkjet. The lengths of the source electrode 1 and the drain electrode 3 may be the same as the channel width. The widths of the source electrode 1 and the drain electrode 3 are not particularly limited, but are preferably shorter in order to reduce the area of the thin film transistor elements 10A to 10F within a range in which the electrical characteristics can be stabilized. The width | variety of the source electrode 1 and the drain electrode 3 is 0.1-1000 micrometers normally, Preferably it is 0.5-100 micrometers. The thickness of the source electrode 1 and the drain electrode 3 is 0.1-1000 nm normally, Preferably it is 1-500 nm, More preferably, it is 5-200 nm. Although wiring is connected to the source electrode 1, the drain electrode 3, and the gate electrode 5, the wiring is also made of substantially the same material as the electrodes (the source electrode 1, the drain electrode 3, and the gate electrode 5).

絶縁体層4としては、絶縁性を有する材料が用いられる。上記の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、ポリオレフィン、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、フッ素樹脂、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等の強誘電性金属酸化物;窒化珪素、窒化アルミニウム等の窒化物、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。この絶縁体層4は、リーク電流を少なくするために電気絶縁特性が高いものが好ましく使用できる。それにより、絶縁体層4の層厚を薄くして、絶縁体層4の絶縁容量を高くすることができ、薄膜トランジスタ素子10A〜10D及び10Fから取り出せる電流を多くすることができる。また、有機半導体層2の移動度を向上させるためには、絶縁体層4表面の表面エネルギーを低下させるために絶縁体層4表面が凹凸のないスムースな表面であることが好ましい。そのために、絶縁体層4として、自己組織化単分子膜や、2層の絶縁体層を形成させる場合がある。絶縁体層4の層厚は、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。 As the insulator layer 4, an insulating material is used. Examples of the insulating material include polyparaxylylene, polyacrylate, polymethyl methacrylate, polyolefin, polystyrene, polyvinylphenol, polyamide, polyimide, polycarbonate, polyester, polyvinyl alcohol, polyvinyl acetate, polyurethane, polysulfone, Polymers such as fluororesins, epoxy resins, phenol resins, and copolymers thereof, metal oxides such as silicon dioxide, aluminum oxide, titanium oxide, and tantalum oxide; ferroelectric metal oxides such as SrTiO 3 and BaTiO 3 A dielectric such as nitride such as silicon nitride or aluminum nitride, sulfide or fluoride; or a polymer in which particles of these dielectrics are dispersed; or the like can be used. As the insulator layer 4, a layer having high electrical insulation characteristics can be preferably used in order to reduce the leakage current. Thereby, the layer thickness of the insulator layer 4 can be reduced, the insulation capacity of the insulator layer 4 can be increased, and the current that can be extracted from the thin film transistor elements 10A to 10D and 10F can be increased. In order to improve the mobility of the organic semiconductor layer 2, it is preferable that the surface of the insulator layer 4 is a smooth surface without unevenness in order to reduce the surface energy of the surface of the insulator layer 4. Therefore, as the insulator layer 4, a self-assembled monolayer or two insulator layers may be formed. The layer thickness of the insulator layer 4 varies depending on the material, but is usually 0.1 nm to 100 μm, preferably 0.5 nm to 50 μm, more preferably 1 nm to 10 μm.

有機半導体層2の材料として、本発明の式(1)で表される有機化合物が用いられる。本発明の式(1)で表される有機化合物を用いて、先に示した有機薄膜の形成方法により、有機薄膜として有機半導体層2を形成する。薄膜トランジスタ素子10A〜10Fに対する特性の改善及び他の特性の付与等の目的のために、必要に応じて他の有機半導体材料や各種添加剤を本発明の式(1)で表される有機化合物に混合することも可能である。   As the material of the organic semiconductor layer 2, an organic compound represented by the formula (1) of the present invention is used. Using the organic compound represented by the formula (1) of the present invention, the organic semiconductor layer 2 is formed as an organic thin film by the method for forming an organic thin film described above. For the purpose of improving the characteristics of the thin film transistor elements 10A to 10F and imparting other characteristics, other organic semiconductor materials and various additives are added to the organic compound represented by the formula (1) of the present invention as necessary. It is also possible to mix.

薄膜トランジスタ素子10A〜10Fにおいては、本発明の式(1)で表される有機化合物の少なくとも1種の化合物が有機半導体層2を構成する有機半導体材料として用いられる。式(1)で表される有機化合物を含有する有機半導体層2の形成時にウェットプロセスで成膜を行った場合、すなわち溶剤を使用して有機半導体層2を形成した場合には、形成された有機半導体層2を、実質的に溶剤を蒸発させた後に使用することが好ましい。有機半導体層2は、ドライプロセスである蒸着方法によって形成することが好ましい。薄膜トランジスタ素子10A〜10Fの特性を改善する目的等のために、有機半導体層2を構成する有機半導体材料にドーパント等の添加剤を含有させることもできる。   In the thin film transistor elements 10A to 10F, at least one compound of the organic compounds represented by the formula (1) of the present invention is used as an organic semiconductor material constituting the organic semiconductor layer 2. When the organic semiconductor layer 2 containing the organic compound represented by the formula (1) is formed by a wet process, that is, when the organic semiconductor layer 2 is formed using a solvent, the organic semiconductor layer 2 is formed. It is preferable to use the organic semiconductor layer 2 after substantially evaporating the solvent. The organic semiconductor layer 2 is preferably formed by a vapor deposition method that is a dry process. For the purpose of improving the characteristics of the thin film transistor elements 10A to 10F, the organic semiconductor material constituting the organic semiconductor layer 2 may contain an additive such as a dopant.

上記添加剤は、有機半導体層2の材料の総量に対して、通常0.01〜10質量%、好ましくは0.05〜5質量%、より好ましくは0.1〜3質量%の範囲で添加される。   The additive is added in the range of usually 0.01 to 10% by mass, preferably 0.05 to 5% by mass, more preferably 0.1 to 3% by mass with respect to the total amount of the material of the organic semiconductor layer 2. Is done.

また、有機半導体層2についても、複数の層を形成してもよい。有機半導体層2の層厚は、必要な機能を失わない範囲で、薄いほど好ましい。横型の薄膜トランジスタ素子10A〜10D及び10Fにおいては、有機半導体層2に所定以上の層厚があれば素子の特性は有機半導体層2の層厚に依存しない一方、有機半導体層2の層厚が厚くなると、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有機半導体層2の層厚は、通常、1nm〜1μm、好ましくは5nm〜500nm、より好ましくは10nm〜300nmである。   Also, a plurality of layers may be formed for the organic semiconductor layer 2. The layer thickness of the organic semiconductor layer 2 is preferably as thin as possible without losing necessary functions. In the horizontal thin film transistor elements 10A to 10D and 10F, if the organic semiconductor layer 2 has a layer thickness equal to or larger than a predetermined thickness, the characteristics of the element do not depend on the layer thickness of the organic semiconductor layer 2, whereas the layer thickness of the organic semiconductor layer 2 is thick. This is because the leakage current often increases. The layer thickness of the organic semiconductor layer 2 for exhibiting a necessary function is usually 1 nm to 1 μm, preferably 5 nm to 500 nm, more preferably 10 nm to 300 nm.

薄膜トランジスタ素子10A〜10Fには、例えば、基板6と絶縁体層4との間や、絶縁体層4と有機半導体層2との間や、薄膜トランジスタ素子10A〜10F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、有機半導体層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る。また、保護層の形成には、薄膜トランジスタ素子10A〜10F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。   The thin film transistor elements 10A to 10F include, for example, between the substrate 6 and the insulator layer 4, between the insulator layer 4 and the organic semiconductor layer 2, or on the outer surface of the thin film transistor elements 10A to 10F as necessary. Can be provided. For example, when the protective layer is formed directly on the organic semiconductor layer 2 or via another layer, the influence of outside air such as humidity can be reduced. In addition, the formation of the protective layer has an advantage that the electrical characteristics can be stabilized, for example, the ON / OFF ratio of the thin film transistor elements 10A to 10F can be increased.

上記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;酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素等の無機酸化物;窒化膜等の誘電体;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ガスバリア性保護材料も上記保護層の材料として使用できる。保護層の層厚は、その目的に応じて任意の層厚を選択できるが、通常100nm〜1mmである。   The material for the protective layer is not particularly limited. For example, acrylic resins such as epoxy resin and polymethyl methacrylate, various resins such as polyurethane, polyimide, polyvinyl alcohol, fluororesin, and polyolefin; silicon oxide, aluminum oxide, silicon nitride Inorganic oxides such as nitrides, dielectrics such as nitride films, and the like are preferably used, and resins (polymers) having low oxygen and moisture permeability and low water absorption are particularly preferable. A gas barrier protective material developed for organic EL displays can also be used as the material of the protective layer. The layer thickness of the protective layer can be selected arbitrarily depending on the purpose, but is usually 100 nm to 1 mm.

また、有機半導体層2が積層される基板6又は絶縁体層4に予め表面改質や表面処理を行うことにより、薄膜トランジスタ素子10A〜10Fの特性を向上させることが可能である。例えば、基板6の表面改質や表面処理によって基板6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や成膜性を改良することができる。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6や絶縁体層4への表面処理によって、基板6や絶縁体層4の上に形成される有機半導体層2と基板6や絶縁体層4との界面部分の分子配向が制御されること、また、基板6や絶縁体層4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。   Moreover, it is possible to improve the characteristics of the thin film transistor elements 10A to 10F by performing surface modification or surface treatment in advance on the substrate 6 or the insulator layer 4 on which the organic semiconductor layer 2 is laminated. For example, by adjusting the degree of hydrophilicity / hydrophobicity of the surface of the substrate 6 by surface modification or surface treatment of the substrate 6, the film quality and film formability 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 molecular orientation of the interface portion between the organic semiconductor layer 2 formed on the substrate 6 or the insulator layer 4 and the substrate 6 or the insulator layer 4 is controlled by the surface treatment on the substrate 6 or the insulator layer 4. In addition, it is considered that characteristics such as carrier mobility are improved by reducing the trap sites on the substrate 6 and the insulator layer 4.

トラップ部位とは、未処理の基板6に存在する例えば水酸基のような官能基をさし、このような官能基が基板6に存在すると、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、基板6や絶縁体層4上の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。   The trap site refers to a functional group such as a hydroxyl group present in the untreated substrate 6. When such a functional group is present in the substrate 6, electrons are attracted to the functional group, and as a result, carrier movement occurs. The degree decreases. Therefore, reducing trap sites on the substrate 6 and the insulator layer 4 is often effective for improving characteristics such as carrier mobility.

上記のような特性改良のための表面処理としては、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、オクチルホスホン酸、オクタデシルホスホン酸、デシルチオール等による自己組織化単分子膜処理;ポリマーなどによる表面処理;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・ブロジェット膜を形成する処理;その他の絶縁体や半導体の薄膜を形成する処理;機械的処理;コロナ放電などの電気的処理;繊維等を利用したラビング処理;それらの組み合わせ等が挙げられる。   Examples of the surface treatment for improving the properties as described above include self-assembled monolayer treatment with hexamethyldisilazane, octyltrichlorosilane, octadecyltrichlorosilane, octylphosphonic acid, octadecylphosphonic acid, decylthiol, etc .; polymer Surface treatment with etc .; acid treatment with hydrochloric acid, sulfuric acid, acetic acid, etc .; alkali treatment with sodium hydroxide, potassium hydroxide, calcium hydroxide, ammonia, etc .; ozone treatment; fluorination treatment; plasma treatment with oxygen, argon, etc .; Examples include a process for forming a blow jet film; a process for forming a thin film of other insulator or semiconductor; a mechanical process; an electrical process such as corona discharge; a rubbing process using fibers or the like;

これらの態様において、例えば、基板6、絶縁体層4、有機半導体層2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。   In these embodiments, for example, as a method of providing each layer such as the substrate 6, the insulator layer 4, and the organic semiconductor layer 2, for example, a vacuum deposition method, a sputtering method, a coating method, a printing method, a sol-gel method, or the like can be appropriately employed. .

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1(b)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素子10B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素子10A,10C〜10F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 element 10B of the embodiment shown in FIG. 1B as an example. This manufacturing method can be similarly applied to the thin film transistor elements 10A, 10C to 10F of the other embodiments described above.

(基板6及び基板6の処理)
薄膜トランジスタ素子10B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(a)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の処理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。また、必要により、基板6に電極の機能を持たせるようにすることもできる。
(Processing of substrate 6 and substrate 6)
The thin film transistor element 10B is manufactured by providing various layers and electrodes necessary on the substrate 6 (see FIG. 2A). As the substrate 6, those described above can be used. It is also possible to perform the above-described surface treatment or the like on the substrate 6. The thickness of the substrate 6 is preferably thin as long as necessary functions are not hindered. Further, if necessary, the substrate 6 can have an electrode function.

(ゲート電極5の形成)
基板6上にゲート電極5を形成する(図2(b)参照)。ゲート電極5の材料としては、上記で説明したものが用いられる。ゲート電極5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と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、シャドウマスクを用いた蒸着法;スパッタ方法;インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、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;これら手法を複数組み合わせた手法等を利用して、パターニングすることも可能である。ゲート電極5の厚みは、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を兼ねるような場合には、ゲート電極5の厚みが上記の厚みの範囲より大きくてもよい。
(Formation of the gate electrode 5)
A gate electrode 5 is formed on the substrate 6 (see FIG. 2B). As the material of the gate electrode 5, those described above are used. As a method for forming the gate electrode 5, various methods can be used. For example, a vacuum deposition method, a sputtering method, a coating method, a thermal transfer method, a printing method, a sol-gel method, or the like is employed. It is preferable to perform patterning as necessary so as to obtain a desired shape during or after film formation. As a patterning method, various methods can be used. For example, a photolithography method combining photoresist patterning and etching can be used. In addition, evaporation methods using shadow masks; sputtering methods; ink-jet printing methods, screen printing methods, offset printing methods, letterpress printing and other printing methods; soft contact methods such as micro-contact printing methods; methods combining these methods It is also possible to perform patterning using the above. Although the thickness of the gate electrode 5 changes with materials, it is 0.1 nm-10 micrometers normally, Preferably it is 0.5 nm-5 micrometers, More preferably, it is 1 nm-3 micrometers. When the gate electrode 5 also serves as the substrate 6, the thickness of the gate electrode 5 may be larger than the above thickness range.

(絶縁体層4の形成)
次に、ゲート電極5上に絶縁体層4を形成する(図2(c)参照)。絶縁体層4の材料としては、上記で説明した材料が用いられる。絶縁体層4の形成方法としては、各種の方法を用いうる。絶縁体層4の形成方法としては、例えば、スピンコーティング法、スプレーコーティング法、ディップコーティング法、キャスト法、バーコート法、ブレードコーティング法などの塗布法;スクリーン印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法等の印刷法;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(化学気相成長)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、熱酸化法などにより金属(シリコン等の半金属を含む)上に金属の酸化物膜を形成する方法(アルミニウム上にアルマイト膜を形成する方法、シリコン上に二酸化シリコン膜を形成する方法等)等が採用される。なお、絶縁体層4と有機半導体層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。表面処理の手法としては、基板6の表面処理と同様の手法を用いることができる。絶縁体層4の層厚は、薄くすることでその電気容量を上げることで薄膜トランジスタ素子10Bから取り出す電気量を増やすことができるため、できるだけ薄いことが好ましい。このときに、絶縁体層4が薄い膜になるとリーク電流が増えるため、絶縁体層4は、その機能を損なわない範囲内で薄い方が好ましい。
(Formation of insulator layer 4)
Next, the insulator layer 4 is formed on the gate electrode 5 (see FIG. 2C). As the material of the insulator layer 4, the materials described above are used. Various methods can be used for forming the insulator layer 4. Examples of the method for forming the insulator layer 4 include spin coating, spray coating, dip coating, casting, bar coating, blade coating, and other coating methods; screen printing, offset printing, inkjet printing, and the like. Printing methods such as vacuum deposition methods, molecular beam epitaxial growth methods, ion cluster beam methods, ion plating methods, sputtering methods, atmospheric pressure plasma methods, and CVD (chemical vapor deposition) methods. In addition, a method of forming a metal oxide film on a metal (including a semimetal such as silicon) by a sol-gel method or a thermal oxidation method (a method of forming an alumite film on aluminum, a silicon dioxide film on silicon) And the like. In the portion where the insulator layer 4 and the organic semiconductor layer 2 are in contact with each other, in order to satisfactorily orient the molecules constituting the semiconductor at the interface between the two layers, for example, the molecules of the organic compound represented by the above formula (1). The insulator layer 4 can be subjected to a predetermined surface treatment. As a surface treatment method, the same method as the surface treatment of the substrate 6 can be used. The layer thickness of the insulator layer 4 is preferably as thin as possible since the amount of electricity taken out from the thin film transistor element 10B can be increased by increasing the electric capacity by reducing the thickness. At this time, since the leakage current increases when the insulator layer 4 is a thin film, the insulator layer 4 is preferably thin as long as its function is not impaired.

(有機半導体層2の形成)
次に、絶縁体層4上に有機半導体層2を形成する(図2(d)参照)。本発明の式(1)で表される有機化合物を含む有機半導体材料は、有機半導体層2の形成に使用される。有機半導体層2を形成するにあたっては、各種の方法を用いることができる。有機半導体層2を形成する方法としては、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による形成方法;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、インクジェット印刷法、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による形成方法;などが挙げられる。
(Formation of organic semiconductor layer 2)
Next, the organic semiconductor layer 2 is formed on the insulator layer 4 (see FIG. 2D). The organic semiconductor material containing the organic compound represented by the formula (1) of the present invention is used for forming the organic semiconductor layer 2. In forming the organic semiconductor layer 2, various methods can be used. As a method for forming the organic semiconductor layer 2, specifically, a forming method by a vacuum process such as a sputtering method, a CVD method, a molecular beam epitaxial growth method, a vacuum deposition method; a dip coating method, a die coater method, a roll coater method, Examples thereof include a coating method such as a bar coater method and a spin coat method, an ink jet printing method, a screen printing method, an offset printing method, and a forming method by a solution process such as a microcontact printing method.

まず、真空プロセスによって有機半導体材料を成膜し有機半導体層2を得る方法について説明する。真空プロセスによる有機半導体材料の成膜方法としては、本発明の式(1)で表される有機化合物を含む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、有機半導体層2がその上に形成される基板(基板6、絶縁体層4、ソース電極1及びドレイン電極3などの基材)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(基材)温度(蒸着温度)によって、有機半導体層2の特性、ひいては薄膜トランジスタ素子10B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0〜250℃であり、好ましくは5〜200℃であり、より好ましくは10〜180℃であり、さらに好ましくは15〜150℃であり、特に好ましくは20〜130℃である。 First, a method for obtaining an organic semiconductor layer 2 by forming an organic semiconductor material by a vacuum process will be described. As a method for forming an organic semiconductor material by a vacuum process, the organic semiconductor material containing the organic compound represented by the formula (1) of the present invention is heated in a crucible or a metal boat under vacuum to evaporate organic material. There is a method in which a semiconductor material is attached (deposited) to a substrate (substrate 6, insulating layer 4, source electrode 1, drain electrode 3, etc.) on which the organic semiconductor layer 2 is formed, that is, a vacuum deposition method. Preferably employed. Under the present circumstances, a vacuum degree is 1.0 * 10 < -1 > Pa or less normally, Preferably it is 1.0 * 10 < -3 > Pa or less. In addition, since the characteristics of the organic semiconductor layer 2 and thus the characteristics of the thin film transistor element 10B may change depending on the substrate (base material) temperature (deposition temperature) during the deposition, it is preferable to carefully select the substrate temperature. The substrate temperature at the time of vapor deposition is usually 0 to 250 ° C, preferably 5 to 200 ° C, more preferably 10 to 180 ° C, still more preferably 15 to 150 ° C, and particularly preferably 20 to 130 ° C. ° C.

また、蒸着速度は、通常0.001nm/秒〜10nm/秒であり、好ましくは0.01nm/秒〜1nm/秒である。   The deposition rate is usually 0.001 nm / second to 10 nm / second, preferably 0.01 nm / second to 1 nm / second.

なお、有機半導体層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(基材)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よい。   Other methods may be used instead of the vapor deposition method in which the organic semiconductor material for forming the organic semiconductor layer 2 is heated and evaporated to adhere to the substrate (base material).

次いで、溶液プロセスによって有機半導体材料を成膜し有機半導体層2を得る方法について説明する。本発明の式(1)で表される有機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することによって作製した組成物(インク)を、基板(基材)表面(絶縁体層4、ソース電極1、及びドレイン電極3の露出部の表面)に塗布する。塗布の方法としては、キャスティング法、スピンコーティング法、ディップコーティング法、ブレードコーティング法、ワイヤバーコーティング法、スプレーコーティング法等のコーティング法;インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、フレキソ印刷法、凸版印刷法等の印刷法;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;これらの手法を複数組み合わせた方法等が挙げられる。   Next, a method for obtaining an organic semiconductor layer 2 by forming an organic semiconductor material by a solution process will be described. A composition (ink) prepared by dissolving the organic compound represented by the formula (1) of the present invention in a solvent or the like and further adding an additive or the like if necessary is used as a substrate (base material) surface (insulation). It is applied to the exposed surface of the body layer 4, the source electrode 1, and the drain electrode 3). Coating methods include casting methods, spin coating methods, dip coating methods, blade coating methods, wire bar coating methods, spray coating methods, etc .; inkjet printing methods, screen printing methods, offset printing methods, flexographic printing methods, Examples thereof include a printing method such as a relief printing method; a soft lithography method such as a micro contact printing method; a method in which a plurality of these methods are combined.

さらに、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層の単分子膜を基板(基材)に移し積層するラングミュア−ブロジェット法、液晶や融液状態の材料を2枚の基板(基材)で挟んで毛管現象で基板(基材)間に導入する方法等も採用できる。   Furthermore, as a method similar to the coating method, the Langmuir-Blodgett method, in which a monomolecular film of an organic semiconductor layer produced by dropping the above ink on the water surface is transferred to a substrate (base material) and laminated, liquid crystal or melt state It is also possible to adopt a method in which the material is sandwiched between two substrates (base materials) and introduced between the substrates (base materials) by capillary action.

成膜時における基板(基材)や組成物の温度などの環境も重要で、基板(基材)や組成物の温度によって薄膜トランジスタ素子10B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。基板温度の選択は、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 (base material) and the composition at the time of film formation is also important, and the characteristics of the thin film transistor element 10B may change depending on the temperature of the substrate (base material) or the composition. Is preferably selected. The substrate temperature is usually from 0 to 200 ° C, preferably from 10 to 120 ° C, more preferably from 15 to 100 ° C. Since the selection of the substrate temperature largely depends on the solvent and the like in the composition to be used, care must be taken.

この方法により作製される有機半導体層2の層厚は、その機能を損なわない範囲で、薄い方が好ましい。有機半導体層2の層厚が厚くなると、漏れ電流が大きくなる懸念がある。有機半導体層2の層厚は、通常1nm〜1μm、好ましくは5nm〜500nm、より好ましくは10nm〜300nmである。   The layer thickness of the organic semiconductor layer 2 produced by this method is preferably as thin as possible without impairing its function. When the layer thickness of the organic semiconductor layer 2 is increased, there is a concern that the leakage current increases. The layer thickness of the organic semiconductor layer 2 is usually 1 nm to 1 μm, preferably 5 nm to 500 nm, more preferably 10 nm to 300 nm.

このように形成された有機半導体層2(図2(d)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、成膜時に生じた有機半導体層2中の歪みが緩和されること、有機半導体層2中のピンホール等が低減されること、有機半導体層2中の配列・配向が制御できる等の理由により、有機半導体層2の有機半導体特性の向上や安定化を図ることができる。本発明の一形態に係る薄膜トランジスタ素子10Bの作製時には、この熱処理を行うことが薄膜トランジスタ素子10Bの特性の向上のためには効果的である。当該熱処理は、有機半導体層2を形成した後に基板(基材)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200℃程度、好ましくは40〜150℃、より好ましくは45〜120℃である。このときの熱処理時間は、特に制限は無いが、通常10秒から24時間、好ましくは30秒から3時間程度である。熱処理のときの雰囲気は、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。その他の後処理として、溶媒蒸気による有機半導体層2の形状の制御などが可能である。   The organic semiconductor layer 2 (see FIG. 2D) thus formed can be further improved in characteristics by post-processing. For example, by heat treatment, distortion in the organic semiconductor layer 2 generated during film formation is reduced, pinholes in the organic semiconductor layer 2 are reduced, and arrangement / orientation in the organic semiconductor layer 2 can be controlled. For these reasons, the organic semiconductor characteristics of the organic semiconductor layer 2 can be improved and stabilized. In manufacturing the thin film transistor element 10B according to one embodiment of the present invention, this heat treatment is effective for improving the characteristics of the thin film transistor element 10B. The heat treatment is performed by heating the substrate (base material) after forming the organic semiconductor layer 2. The temperature of the heat treatment is not particularly limited, but is usually from room temperature to about 200 ° C, preferably 40 to 150 ° C, more preferably 45 to 120 ° C. The heat treatment time at this time is not particularly limited, but is usually about 10 seconds to 24 hours, preferably about 30 seconds to 3 hours. The atmosphere for the heat treatment may be air, but may be an inert atmosphere such as nitrogen or argon. As other post-processing, the shape of the organic semiconductor layer 2 can be controlled by solvent vapor.

また、その他の有機半導体層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を用いて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できる。   In addition, as another post-treatment method of the organic semiconductor layer 2, a characteristic change due to oxidation or reduction can be achieved by treating with an oxidizing or reducing gas such as oxygen or hydrogen, or an oxidizing or reducing liquid. Can also be induced. This can be used for the purpose of increasing or decreasing the carrier density in the film, for example.

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、又は高分子を有機半導体層2に加えることにより、有機半導体層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;PF、AsF、FeCl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;TCNQやフラーレン等のアクセプター化合物を有機半導体層2にドーピングすることができる。これらによる有機半導体層2のドーピングは、これらのガスを有機半導体層2に接触させたり、これらの溶液に有機半導体層2を浸したり、これらによる電気化学的なドーピング処理を有機半導体層2にしたりすることにより、達成できる。これらのドーピングに使用する材料は、有機半導体層2の作製後に添加しなくてもよく、本発明の式(1)で表される有機化合物の合成時に添加したり、組成物(インク)を用いて有機半導体層2を作製する溶液プロセスを用いる場合に組成物(インク)に添加したり、有機半導体層2を形成する工程段階などで添加したりすることもできる。また、蒸着によって有機半導体層2を形成する場合には、蒸着時に有機半導体層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、有機半導体層2を作製する時の周囲の雰囲気に混合(ドーピングに用いる材料を存在させた環境下で有機半導体層2を作製)したり、ドーピング用のイオンを真空中で加速して有機半導体層2に衝突させてドーピングしたりすることも可能である。 In addition, in a technique called doping, the characteristics of the organic semiconductor layer 2 can be changed by adding a trace amount of element, atomic group, molecule, or polymer to the organic semiconductor layer 2. For example, acids such as oxygen, hydrogen, hydrochloric acid, sulfuric acid and sulfonic acid; Lewis acids such as PF 5 , AsF 5 and FeCl 3 ; halogen atoms such as iodine; metal atoms such as sodium and potassium; acceptor compounds such as TCNQ and fullerene Can be doped into the organic semiconductor layer 2. Doping of the organic semiconductor layer 2 by these makes these gases contact the organic semiconductor layer 2, immerses the organic semiconductor layer 2 in these solutions, or makes the organic semiconductor layer 2 electrochemically doped by these. This can be achieved. The materials used for these dopings do not have to be added after the organic semiconductor layer 2 is produced. They can be added at the time of synthesizing the organic compound represented by the formula (1) of the present invention, or a composition (ink) can be used. In addition, when a solution process for producing the organic semiconductor layer 2 is used, it can be added to the composition (ink), or can be added in a process step for forming the organic semiconductor layer 2. Further, when the organic semiconductor layer 2 is formed by vapor deposition, a material used for doping is added to the material forming the organic semiconductor layer 2 at the time of vapor deposition, and co-evaporation is performed. Mixing in the atmosphere (producing the organic semiconductor layer 2 in an environment in which a material used for doping exists), or accelerating doping ions in vacuum and colliding with the organic semiconductor layer 2 for doping. Is possible.

これらのドーピングの効果としては、キャリア密度の増加又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.

(ソース電極1及びドレイン電極3の形成)
次に、有機半導体層2上にソース電極1及びドレイン電極3を形成する(図2(e)参照)。ソース電極1及びドレイン電極3の形成等の工程は、ゲート電極5の場合に準じて行うことができる。また、ソース電極1及びドレイン電極3においては、有機半導体層2との接触抵抗を低減するために、各種添加剤などを用いることが可能である。
(Formation of source electrode 1 and drain electrode 3)
Next, the source electrode 1 and the drain electrode 3 are formed on the organic semiconductor layer 2 (see FIG. 2E). Processes such as the formation of the source electrode 1 and the drain electrode 3 can be performed according to the case of the gate electrode 5. Further, in the source electrode 1 and the drain electrode 3, various additives can be used in order to reduce the contact resistance with the organic semiconductor layer 2.

(保護層7の形成)
次に、必要に応じて有機半導体層2上に保護層7を形成する(図2(f)参照)。有機半導体層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素子10Bの電気的特性を安定化できるという利点がある。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の層厚は、その目的に応じて任意の層厚を採用できるが、通常100nm〜1mmである。
(Formation of protective layer 7)
Next, a protective layer 7 is formed on the organic semiconductor layer 2 as necessary (see FIG. 2F). Forming the protective layer 7 on the organic semiconductor layer 2 has an advantage that the influence of outside air can be minimized and the electrical characteristics of the organic thin film transistor element 10B can be stabilized. As the material for the protective layer 7, those described above are used. The layer thickness of the protective layer 7 may be any layer thickness depending on the purpose, but is usually 100 nm to 1 mm.

保護層7を形成するための成膜方法としては、各種の方法を採用しうるが、保護層が樹脂からなる場合には、例えば、樹脂溶液を塗布後に乾燥させて樹脂膜とする方法;樹脂モノマーを塗布又は蒸着した後に重合することによって樹脂膜とする方法;などが挙げられる。樹脂膜の成膜後に架橋処理を行ってもよい。保護層7が無機物からなる場合には、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保護層7の形成に用いることができる。   As a film forming method for forming the protective layer 7, various methods can be adopted. When the protective layer is made of a resin, for example, a method of drying a resin solution after application to form a resin film; And a method of forming a resin film by polymerizing after applying or depositing a monomer. Cross-linking treatment may be performed after the resin film is formed. When the protective layer 7 is made of an inorganic material, for example, a formation method using a vacuum process such as a sputtering method or a vapor deposition method or a formation method using a solution process such as a sol-gel method can be used for forming the protective layer 7.

薄膜トランジスタ素子10Bにおいては、有機半導体層2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。それらの位置に設けられた保護層は、薄膜トランジスタ素子10Bの電気的特性の安定化に役立つ場合がある。   In the thin film transistor element 10B, in addition to the organic semiconductor layer 2, a protective layer can be provided between the layers as necessary. The protective layers provided at these positions may help to stabilize the electrical characteristics of the thin film transistor element 10B.

薄膜トランジスタ素子10Bは、有機半導体材料として式(1)で表される有機化合物を用いているため、比較的低温プロセスで製造することができる。従って、高温にさら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の基板も基板6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薄膜トランジスタ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薄膜トランジスタ素子を利用することができる。   Since the thin film transistor element 10B uses the organic compound represented by the formula (1) as the organic semiconductor material, it can be manufactured by a relatively low temperature process. Accordingly, a substrate made of a flexible material such as a plastic plate or a plastic film that could not be used under conditions exposed to a high temperature can be used as the substrate 6. As a result, it is possible to manufacture a light-weight and flexible thin-film transistor element that is difficult to break, and the thin-film transistor element can be used as a switching element for an active matrix of a display.

(電極上の自己組織化単分子膜の形成)
薄膜トランジスタ素子10Aのように、ソース電極1及びドレイン電極3の上に有機半導体層2を形成する場合、ソース電極1及びドレイン電極3をあらかじめ表面処理することができる。このような表面処理は、移動度や閾値電圧等の特性改良には有効な場合が多い。
(Formation of self-assembled monolayer on electrode)
When the organic semiconductor layer 2 is formed on the source electrode 1 and the drain electrode 3 as in the thin film transistor element 10A, the source electrode 1 and the drain electrode 3 can be surface-treated in advance. Such surface treatment is often effective for improving characteristics such as mobility and threshold voltage.

上記のような特性改良のための表面処理としては、ベンゼンチオール、ペンタフルオロベンゼンチオール、アルカンチオール等のチオール誘導体による自己組織化単分子膜処理が挙げられる。   Examples of the surface treatment for improving properties as described above include self-assembled monolayer treatment with thiol derivatives such as benzenethiol, pentafluorobenzenethiol, and alkanethiol.

本発明の薄膜トランジスタ素子は、メモリー回路、信号ドライバー回路、信号処理回路などの、デジタル又はアナログの回路を構成する素子として利用できる。さらにこれら回路を組み合わせることにより、ディスプレイ、ICカードやICタグ等の作製が可能となる。さらに、本発明の薄膜トランジスタ素子は、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(電界効果トランジスタ)センサーとしての利用も可能である。   The thin film transistor element of the present invention can be used as an element constituting a digital or analog circuit such as a memory circuit, a signal driver circuit, or a signal processing circuit. Further, by combining these circuits, a display, an IC card, an IC tag, or the like can be manufactured. Furthermore, since the thin film transistor element of the present invention can change its characteristics by an external stimulus such as a chemical substance, it can be used as an FET (field effect transistor) sensor.

〔有機EL素子〕
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。有機EL素子の構成としては、陰極と陽極と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;対向電極の間に、3層以上の層を有する構造のもの;等が知られており、また、発光層が単層であるもの等も知られている。
[Organic EL device]
Next, the organic EL element will be described.
Organic EL elements have attracted attention because they can be used in applications such as solid, self-luminous large-area color display and illumination, and many developments have been made. The organic EL device has a structure having a light emitting layer and a charge transport layer between a counter electrode composed of a cathode and an anode; an electron transport layer and a light emitting layer stacked between the counter electrodes. And a structure having three layers of hole transport layers; a structure having three or more layers between the counter electrodes; and the like, and a light emitting layer having a single layer Is also known.

ここで、上記正孔輸送層は、正孔を陽極から注入させ、正孔を発光層へ輸送し、発光層への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、上記電子輸送層は、電子を陰極から注入させ、電子を発光層へ輸送し、発光層への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とを有する。さらに、上記発光層においては、それぞれ注入された電子と正孔と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 a function of blocking holes. Furthermore, in the light emitting layer, excitons are generated by recombination of the injected electrons and holes, and energy emitted in the process of radiation deactivation of the excitons is detected as light emission.
Below, the preferable aspect of an organic EL element is described.

有機EL素子は、陽極と陰極との間に、1層または複数層の有機薄膜が形成された、電気エネルギーにより発光する素子である。
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、及び発光層に注入する機能を有する電極である。陽極の材料としては、一般的に、仕事関数が4.5eV以上の、金属酸化物、金属、合金、導電性材料などが適している。陽極の材料としては、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;炭素などが挙げられる。それらの中でも、ITOやNESAを陽極の材料として用いることが好ましい。
An organic EL element is an element that emits light by electric energy in which an organic thin film having one or more layers is formed between an anode and a cathode.
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, a metal oxide, metal, alloy, conductive material, or the like having a work function of 4.5 eV or more is suitable as a material for the anode. The material of the anode is not particularly limited, but is a conductive metal oxide such as tin oxide (NESA), indium oxide, indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO); gold Metals such as silver, platinum, chromium, 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 as a material for the anode.

陽極は、必要であれば、複数の材料を用いて構成してもよく、また2層以上で構成してもよい。陽極の抵抗は、有機EL素子の発光に十分な電流を供給できるものであれば限定されないが、有機EL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/□以下の導電性基板(例えばITO基板)であれば有機EL素子の陽極として機能するが、シート抵抗値が数Ω/□程度の導電性基板の供給も可能になっていることから、低抵抗で、かつ透過率の高い導電性基板を陽極として使用することが望ましい。ITO基板等の陽極の厚みは、抵抗値に合わせて任意に選択することができるが、通常5〜1000nm、好ましくは10〜500nmである。ITOなどの陽極材料を成膜する方法としては、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 composed 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 organic EL element, but it is preferably low resistance from the viewpoint of power consumption of the organic EL element. For example, a conductive substrate (for example, an ITO substrate) having a sheet resistance value of 300Ω / □ or less functions as an anode of an organic EL element. However, a conductive substrate having a sheet resistance value of about several Ω / □ can be supplied. Therefore, it is desirable to use a conductive substrate having low resistance and high transmittance as the anode. The thickness of the anode such as the ITO substrate can be arbitrarily selected according to the resistance value, but is usually 5 to 1000 nm, preferably 10 to 500 nm. Examples of the method for forming an anode material 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、及び発光層に注入する機能を有する電極である。陰極の材料としては、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。陰極に使用されうる金属としては、具体的には、特に限定されないが、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、マグネシウムなどが挙げられる。電子注入効率を上げて有機EL素子の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、及びマグネシウムが好ましい。合金を使用した陰極としては、これら低仕事関数の金属とアルミニウムもしくは銀等の金属との合金からなる電極、又は、これら低仕事関数の金属とアルミニウムもしくは銀等の金属とを積層した構造の電極等が使用できる。積層構造の陰極には、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、できるだけ低温で製膜可能なITOなどの透明電極を陰極に使用することもできる。陰極の形成方法としては、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、有機EL素子の発光に十分な電流を供給できるものであれば限定されないが、有機EL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。陰極の厚みは、通常5〜1000nm、好ましくは10〜500nmの範囲内である。   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. As a material for the cathode, a metal or alloy having a small work function (approximately 4 eV or less) is generally suitable. Specific examples of metals that can be used for the cathode include, but are not limited to, platinum, gold, silver, copper, iron, tin, zinc, aluminum, indium, chromium, lithium, sodium, potassium, calcium, magnesium, and the like. Can be mentioned. Lithium, sodium, potassium, calcium, and magnesium are preferable for increasing the electron injection efficiency and improving the characteristics of the organic EL element. As a cathode using an alloy, an electrode made of an alloy of these low work function metals and a metal such as aluminum or silver, or an electrode having a structure in which these low work function metals and a metal such as aluminum or silver are laminated. Etc. can be used. An inorganic salt such as lithium fluoride can be used for the cathode having a laminated structure. Moreover, when taking out light emission not to the anode side but to the cathode side, a transparent electrode such as ITO that can be formed at as low a temperature as possible can be used for the cathode. Examples of the method for forming the cathode 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 sufficient current for light emission of the organic EL element, but it is preferably low resistance from the viewpoint of power consumption of the organic EL element, and several hundred to several Ω / □. The degree is preferred. The thickness of the cathode is usually 5 to 1000 nm, preferably 10 to 500 nm.

さらに、封止及び保護のために、保護用材料で陰極を保護し、脱水剤と共に封止することができる。上記保護用材料としては、例えば、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、ポリ塩化ビニル、炭化水素系高分子、フッ素系高分子などの高分子などが挙げられる。上記脱水剤としては、例えば、酸化バリウム、五酸化リン、酸化カルシウムなどが挙げられる。   Furthermore, for sealing and protection, the cathode can be protected with a protective material and sealed with a dehydrating agent. Examples of the protective material include oxides, nitrides, or mixtures thereof such as titanium oxide, silicon nitride, silicon oxide, silicon nitride oxide, and germanium oxide; polyvinyl alcohol, polyvinyl chloride, and hydrocarbon polymers. And polymers such as fluorine-based polymers. Examples of the dehydrating agent include barium oxide, phosphorus pentoxide, and calcium oxide.

また、有機EL素子から発光を取り出すために、一般的には、有機EL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(陽極、陰極)を作製することが好ましい。そのような透明性の基板としては、ガラス基板やポリマー基板などが挙げられる。上記ガラス基板は、機械的・熱的強度を保つのに十分な厚みを有していればよく、0.5mm以上の厚みを有することが好ましい。上記ガラス基板を構成するガラスとしては、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る。上記ガラスは、ガラスからの溶出イオンが少ない方がよく、無アルカリガラスであることが好ましい。このようなガラスとして、SiO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、ポリマー基板を構成するポリマーとしては、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、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、ポリイミド、ポリアミド、アクリル樹脂などが挙げられる。 Moreover, in order to take out light emission from an organic EL element, it is generally preferable to produce an electrode (anode, cathode) on a substrate that is sufficiently transparent in the emission wavelength region of the organic EL element. Examples of such a transparent substrate include a glass substrate and a polymer substrate. The glass substrate only needs to have a thickness sufficient to maintain mechanical and thermal strength, and preferably has a thickness of 0.5 mm or more. As the glass constituting the glass substrate, soda lime glass, non-alkali glass, quartz and the like are used. The glass should have fewer ions eluted from the glass, and is preferably alkali-free glass. As such glass, soda lime glass having a barrier coat such as SiO 2 is commercially available, and this can also be used. Examples of the polymer constituting the polymer substrate include polycarbonate, polypropylene, polyethersulfone, polyetherimide, polyethylene terephthalate, polyethylene naphthalate, polyimide, polyamide, and acrylic resin.

有機EL素子の有機薄膜は、陽極と陰極との間に、1層又は複数の層として形成されている。その有機薄膜に式(1)で表される有機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本発明の有機EL素子が得られる。
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 organic thin film of the organic EL element is formed as one layer or a plurality of layers between the anode and the cathode. By containing the organic compound represented by the formula (1) in the organic thin film, the organic EL element of the present invention that emits light by electric energy can be obtained.
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. It means a hole injection layer, an electron injection layer, a light emitting layer, or a single layer having the functions of these layers as shown in the following structural example 9). 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さら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さら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と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、電荷、すなわち正孔及び/又は電子を効率良く輸送し、これらの電荷を再結合させることができる。また、一般的に、多層構造とすることで、電荷のクエンチングなどが抑えられることにより、有機EL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 light-emitting material; or a single layer containing a light-emitting material and a hole transport material or an electron transport material may be provided. . In general, with a multi-layer structure, charges, that is, holes and / or electrons can be efficiently transported and these charges can be recombined. In general, the multilayer structure can suppress charge quenching and the like, thereby preventing deterioration of the stability of the organic EL element and improving light emission efficiency.

正孔注入層及び正孔輸送層は、一種類の正孔輸送材料単独で形成されるか、あるいは二種類以上の正孔輸送材料を混合又は積層することにより形成される。上記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)、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、及びポルフィリン誘導体に代表される複素環化合物;前記複素環化合物を側鎖に有するポリカーボネート、スチレン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリシランなどのポリマー系が好ましく使用できる。上記正孔輸送材料は、有機EL素子の作製に必要な薄膜を形成し、陽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、正孔輸送層と陽極と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;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の高分子等を使用して作製されたものが挙げられる。   The hole injection layer and the hole transport layer are formed by using one kind of hole transport material alone or by mixing or laminating two or more kinds of hole transport materials. Examples of the hole transport material include 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), bis (N-alkylcarbazole) s, pyrazoline derivatives, stilbene compounds, A heterocyclic compound typified by a hydrazone compound, a triazole derivative, an oxadiazole derivative, and a porphyrin derivative; a polymer system such as a polycarbonate, a styrene derivative, polyvinylcarbazole, or polysilane having the heterocyclic compound in the side chain can be preferably used. The hole transport material is not particularly limited as long as it is a substance that forms a thin film necessary for manufacturing an organic EL element, can inject holes from the anode, and can transport holes. As the 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- Those produced using starburst amines such as (tolyl) amino] triphenylamine); polythiophenes such as PEDOT (poly (3,4-ethylenedioxythiophene)), polymers such as polyvinylcarbazole derivatives, etc. Can be mentioned.

電子注入層及び電子輸送層は、電子輸送材料単独で形成されるか、あるいは二種類以上の電子輸送材料を積層することにより形成される。上記電子輸送材料としては、電界を与えられた電極(陽極及び陰極)間において陰極から注入された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、電子輸送材料は、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およ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電子輸送材料として、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、トロボロン金属錯体、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、単独で使用することができるが、異なる複数の電子輸送材料を積層又は混合して使用することもできる。電子注入性を向上するための、電子輸送層と陰極との間に設けられ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 injection layer and the electron transport layer are formed of an electron transport material alone or by laminating two or more kinds of electron transport materials. As the electron transport material, it is necessary to efficiently transport electrons injected from the cathode between electrodes (anode and cathode) 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 this purpose, the electron transport material is required to be a substance having a high electron affinity, a high electron mobility, excellent stability, and a trapping impurity that is not easily generated during manufacture and use. As an electron transport material satisfying such conditions, quinolinol derivative metal complexes represented by tris (8-quinolinolato) aluminum complexes, trobolone metal complexes, perylene derivatives, perinone derivatives, naphthalimide derivatives, naphthalic acid derivatives, oxazole derivatives, oxalates Examples include diazole derivatives, thiazole derivatives, thiadiazole derivatives, triazole derivatives, bisstyryl derivatives, pyrazine derivatives, phenanthroline derivatives, benzoxazole derivatives, and quinoxaline derivatives, but are not particularly limited. These electron transport materials can be used singly, but a plurality of different electron transport materials can be laminated or mixed and used. 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.

上記正孔阻止層は、一種類の正孔阻止性物質単独で形成されるか、あるいは二種類以上の正孔阻止性物質を積層又は混合することにより形成される。上記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。ただし、上記正孔阻止性物質は、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 of one kind of hole blocking substance alone or by laminating or mixing two or more kinds of hole blocking substances. 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 preferable. However, 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 the light emission 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(正孔輸送性発光層)、電子輸送層(電子輸送性発光層)、又はバイポーラー輸送層である。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、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よい。ホスト材料及びドーパント材料のそれぞれは、一種類の材料であっても、複数種類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. For example, a hole transporting layer (hole transporting light emitting layer), an electron transporting layer (electron transporting light emitting layer), or bipolar transport having strong light emitting properties. Is a layer. The light emitting layer may be formed of a light emitting material (host material, dopant material, etc.), and may be a mixture of the host material and the dopant material or the host material alone. Each of the host material and the dopant material may be one kind of material or a combination of plural kinds of materials.

上記ドーパント材料は、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、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 entire host material, 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 thereof include porphyrin derivatives and phosphorescent metal complexes (Ir complex, Pt complex, Eu complex, etc.).

有機EL素子における有機薄膜の各層の形成方法としては、一般的に、真空プロセスである、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、スパッタリング法、分子積層法;溶液プロセスである、キャスティング法、スピンコーティング法、ディップコーティング法、ブレードコーティング法、ワイヤバーコーティング法、スプレーコーティング法等のコーティング法;溶液プロセスである、インクジェット印刷法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、凸版印刷法等の印刷法;溶液プロセスである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;これらの手法を複数組み合わせた方法等が挙げられる。有機薄膜の各層の厚みは、構成物質の抵抗値や電荷移動度にもよるので限定することはできないが、0.1〜500nmの間から選ばれる。有機薄膜の各層の厚みは、好ましくは0.5〜300nm、より好ましくは1〜100nmである。   As a method for forming each layer of the organic thin film in the organic EL device, generally, a vacuum process, a resistance heating vapor deposition method, an electron beam vapor deposition method, a sputtering method, a molecular lamination method; a solution process, a casting method, and a spin coating are used. Coating methods such as dip coating, dip coating, blade coating, wire bar coating, and spray coating; solution processes such as inkjet printing, screen printing, offset printing, letterpress printing, etc .; solution processes Soft lithography techniques such as the microcontact printing method; a combination of these techniques, and the like. The thickness of each layer of the organic thin film is not limited because it depends on the resistance value and charge mobility of the constituent materials, but is selected from 0.1 to 500 nm. The thickness of each layer of the organic thin film is preferably 0.5 to 300 nm, more preferably 1 to 100 nm.

本発明における有機EL素子が有する有機薄膜のうち、陽極と陰極との間に存在する、発光層、正孔輸送層、電子輸送層などの有機薄膜の1層又は複数層に式(1)で表される有機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有機EL素子が得られる。   Of the organic thin films of the organic EL device in the present invention, one or a plurality of organic 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 formula (1). By including the organic compound represented, an organic EL element that emits light efficiently even with low electrical energy can be obtained.

式(1)で表される有機化合物を含む層は、陽極と陰極との間に1層または複数層形成することができる。式(1)で表される有機化合物を使用する部位に特に制限は無いが、正孔輸送層や発光層の構成材料として、また、ドーパント材料と組み合わせたホスト材料として好適に使用できる。   The layer containing the organic compound represented by the formula (1) can be formed in one layer or a plurality of layers between the anode and the cathode. Although there is no restriction | limiting in particular in the site | part which uses the organic compound represented by Formula (1), It can use suitably as a host material combined with a dopant material as a constituent material of a positive hole transport layer or a light emitting layer.

式(1)で表される有機化合物は、正孔輸送層や発光層の材料として好適に用いることができる。式(1)で表される有機化合物は、例えば前述した電子輸送材料又は正孔輸送材料、発光材料などの他の材料と組み合わせて使用したり、それらの他の材料と混合して使用したりすることができる。   The organic compound represented by the formula (1) can be suitably used as a material for the hole transport layer or the light emitting layer. The organic compound represented by the formula (1) may be used in combination with other materials such as the electron transport material, hole transport material, or light emitting material described above, or may be used in combination with other materials. can do.

式(1)で表される有機化合物をドーパント材料と組み合わせてホスト材料として用いるときの、ドーパント材料としては、特に限定されるものではなく、具体的には例えば、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べリレン誘導体、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や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−BF錯体等のピロメテン誘導体などを用いることができる。また、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、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をドーパント材料として使用することもできる。また、2種類のドーパント材料を混合して使用する場合には、ルブレンのようなアシストドーパントを用いてホスト材料(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。いずれの場合にも、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。 When the organic compound represented by the formula (1) is used as a host material in combination with a dopant material, the dopant material is not particularly limited, and specifically, for example, bis (diisopropylphenyl) perylenetetracarboxylic Berylene derivatives such as acid imides, perinone derivatives, 4- (dicyanomethylene) -2-methyl-6- (p-dimethylaminostyryl) -4H-pyran (DCM) and its analogs, magnesium phthalocyanine, aluminum chlorophthalocyanine, etc. metal phthalocyanine derivatives, rhodamine compounds, Deazafurabin derivatives, coumarin derivatives, oxazine compounds, squarylium compounds, violanthrone compound, Nile red, 5- Shianopirometen -BF can 4 be used as pyrromethene derivative complexes . In addition, as a phosphorescent material, Eu complexes having acetylacetone, benzoylacetone, phenanthroline, or the like as ligands, porphyrins such as Ir complexes, Ru complexes, Pt complexes, Os complexes, or ortho metal metal complexes may be used as dopant materials. it can. In addition, when two types of dopant materials are used in combination, the energy from the host material (host dye) is efficiently transferred using an assist dopant such as rubrene to obtain light emission with improved color purity. Is also possible. In any case, in order to obtain high luminance characteristics, it is preferable to dope those having a high fluorescence quantum yield.

ドーパント材料は、使用量が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%以下で用いられる。ドーパント材料の使用量は、好ましくはホスト材料に対して20質量%以下であり、より好ましくはホスト材料に対して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、ドーパント材料とホスト材料との共蒸着法によって発光層を形成する方法を用いることができるが、ドーパント材料をホスト材料と予め混合してから同時に蒸着する方法を用いてもよい。また、ドーパント材料を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、ドーパント材料を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。   The dopant material is used in an amount of 30% by mass or less based on the host material because a concentration quenching phenomenon occurs when the amount used is too large. The amount of the dopant material used is preferably 20% by mass or less, more preferably 10% by mass or less based on the host material. As a method of doping the host material with the dopant material in the light emitting layer, a method of forming the light emitting layer by a co-evaporation method of the dopant material and the host material can be used, but after the dopant material is mixed with the host material in advance. You may use the method of vapor-depositing simultaneously. It is also possible to use a dopant material sandwiched between host materials. In this case, the dopant material may be laminated with the host material as one or more dopant layers.

これらのドーパント層の各層は、単独のドーパント材料で形成してもよく、そのドーパント材料をホスト材料等と混合して使用してもよい。また、ドーパント材料を、高分子結着剤に溶解又は分散させて用いることも可能である。上記高分子結着剤としては、例えば、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)アタリレート、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;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が挙げられる。   Each layer of these dopant layers may be formed of a single dopant material, or the dopant material may be mixed with a host material or the like. It is also possible to use the dopant material by dissolving or dispersing it in a polymer binder. Examples of the polymer binder include 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, petroleum Examples thereof include curable resins such as resins, urea resins, melamine resins, unsaturated polyester resins, alkyd resins, epoxy resins, and silicone resins.

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、有機EL素子は、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、有色光を発する有機EL素子でも白色光を発する有機EL素子でもフラットバックライトとして使用できる。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液晶表示装置のバックライトにおいて、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、本発明の有機EL素子を用いたバックライトは薄型及び軽量が特徴であるために上記問題点を解消できる。同様に、本発明の有機EL素子は、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. The organic EL element can also be used as a flat backlight. In this case, either an organic EL element that emits colored light or an organic EL element that emits white light can be used as a flat backlight. 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, in the backlight of a liquid crystal display device, particularly a liquid crystal display device for personal computer applications where thinning is an issue, it has been difficult to reduce the thickness of the conventional backlight because it consists of a fluorescent lamp and a light guide plate. However, since the backlight using the organic EL element of the present invention is thin and lightweight, the above problems can be solved. Similarly, the organic EL device of the present invention can be usefully used for illumination.

本発明の式(1)で表される有機化合物を用いると、発光効率が高く、寿命が長い有機EL表示装置(有機EL素子を用いた表示装置)を得ることができる。さらに、上記有機EL表示装置を本発明の薄膜トランジスタ素子と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 compound represented by the formula (1) of the present invention is used, an organic EL display device (a display device using an organic EL element) having high emission efficiency and a long lifetime can be obtained. Furthermore, by combining the organic EL display device with 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.

〔有機発光トランジスタ素子〕
次に、有機発光トランジスタ素子について説明する。式(1)で表される有機化合物は、有機発光トランジスタ素子にも用いることができる。薄膜トランジスタ素子と有機エレクトロルミネッセンス素子とを融合した有機発光トランジスタ素子は、ディスプレイにおける駆動回路と発光部分とが一体化した構造をもち、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、表示部の開口率を挙げることができる。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、さらにコストの安いディスプレイが得られることになる。原理的には薄膜トランジスタ素子のソース電極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。
[Organic light-emitting transistor element]
Next, the organic light emitting transistor element will be described. The organic compound represented by the formula (1) can also be used for an organic light-emitting transistor element. An organic light-emitting transistor element that combines a thin-film transistor element and an organic electroluminescence element has a structure in which a drive circuit and a light-emitting part in a display are integrated, and the area occupied by the drive transistor circuit can be reduced. Rate. 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, electrons and holes are simultaneously injected into the organic light emitting material from the source electrode and the drain electrode of the thin film transistor element, and light is emitted by recombination. The adjustment of the light emission amount is controlled by the electric field from the gate electrode.

有機発光トランジスタ素子の構造は、薄膜トランジスタ素子の項で述べたものと同様でよく、その場合の有機半導体層には、薄膜トランジスタ素子用の材料に代えて発光トランジスタ素子用の材料を用いることができる。有機発光トランジスタ素子は、有機半導体層に使用する有機半導体材料の特性に応じて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ための構成であることが望ましい。通常の薄膜トランジスタ素子では、電子又は正孔の片方だけを注入するのみでよいが、有機発光トランジスタ素子の場合には、有機半導体層中での電子と正孔と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 of the organic light emitting transistor element may be the same as that described in the section of the thin film transistor element. In that case, a material for the light emitting transistor element can be used instead of the material for the thin film transistor element. The organic light-emitting transistor element can desirably select materials and processes to be used as appropriate according to the characteristics of the organic semiconductor material used for the organic semiconductor layer, and preferably has a configuration for extracting light to the outside. In a normal thin film transistor element, it is only necessary to inject one of electrons or holes. However, in the case of an organic light emitting transistor element, light is emitted by the combination of electrons and holes in the organic semiconductor layer. A structure that promotes effective charge injection, coupling, and light emission is preferable.

〔有機光電変換素子〕
本発明の式(1)で表される有機化合物は、その半導体特性を利用することにより、有機光電変換素子の構成材料としての利用が可能である。有機光電変換素子としては、固体撮像素子であるイメージセンサとして、動画や静止画等の映像信号をデジタル信号へ変換する機能を有する電荷結合素子(CCD)等が挙げられる。本発明の式(1)で表される有機化合物を用いた有機光電変換素子は、より安価、大面積化加工性、有機物固有のフレキシブル機能性等の利点を有することが期待される。
[Organic photoelectric conversion element]
The organic compound represented by the formula (1) of the present invention can be used as a constituent material of an organic photoelectric conversion element by utilizing its semiconductor characteristics. Examples of the organic photoelectric conversion element include a charge coupled device (CCD) having a function of converting a video signal such as a moving image or a still image into a digital signal as an image sensor that is a solid-state imaging element. The organic photoelectric conversion element using the organic compound represented by the formula (1) of the present invention is expected to have advantages such as lower cost, larger area processability, and flexible functionality unique to organic matter.

〔有機太陽電池素子〕
本発明の式(1)で表される有機化合物を用いて、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、固体素子であるため、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。
[Organic solar cell element]
A flexible and low-cost organic solar cell element can be easily produced using the organic compound represented by the formula (1) of the present invention. In other words, since the organic solar cell element is a solid element, it is advantageous in terms of flexibility and life improvement. Conventionally, an organic solar cell element using an organic thin film semiconductor combined with a conductive polymer, fullerene, etc. Development was mainstream, but power 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)を陽極と陰極とではさみ、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型のドナー材料と、n型のアクセプター材料と、バッファー層などのその他の材料とで構成されており、発電層の材料に有機材料が用いられている太陽電池を有機太陽電池素子という。   In general, the configuration of an organic solar cell element is similar to that of a silicon-based 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 absorbed by each electrode. By receiving it functions as a solar cell. The power generation layer is composed of a p-type donor material, an n-type acceptor material, and other materials such as a buffer layer. A solar cell in which an organic material is used as a material for the power generation layer is used as an organic solar cell. It is called a battery element.

有機太陽電池素子の構造としては、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る。有機太陽電池素子は、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。なお、一般的な有機太陽電池素子の構造である、ヘテロ接合素子の一例の構造を図3に示した。   Examples of the structure of the organic solar cell element include a Schottky junction, a heterojunction, a bulk heterojunction, a nanostructure junction, and a hybrid. The organic solar cell element functions as a solar cell by each material efficiently absorbing incident light, generating charges, and separating, transporting, and collecting the generated charges (holes and electrons). In addition, the structure of an example of the heterojunction element which is a structure of a general organic solar cell element was shown in FIG.

図3に示す有機太陽電池素子20は、基板21と、基板21の上面上に形成された陽極22と、陽極22の上面上に形成された発電層23と、発電層23の上面上に形成された陰極24とを備えており、発電層23が、陽極22の上面上に形成されたp型のドナー材料からなるp型層231と、p型層231の上面上に形成されたn型のアクセプター材料からなるn型層232と、n型層232の上面上に形成されたバッファー層233とで構成されている。   The organic solar cell element 20 shown in FIG. 3 is formed on the substrate 21, the anode 22 formed on the upper surface of the substrate 21, the power generation layer 23 formed on the upper surface of the anode 22, and the upper surface of the power generation layer 23. The power generation layer 23 is formed of a p-type layer 231 made of a p-type donor material on the upper surface of the anode 22 and an n-type formed on the upper surface of the p-type layer 231. An n-type layer 232 made of the acceptor material and a buffer layer 233 formed on the upper surface of the n-type layer 232.

次に、有機太陽電池素子の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は、先に述べた有機EL素子と同様である。陽極及び陰極は、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、陽極及び陰極は、シート抵抗が20Ω/□以下であり、かつ光の透過率が85%以上であることが好ましい。
Next, components of 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 the anode and the cathode need to take in light efficiently, it is desirable to use electrodes having transparency in the absorption wavelength region of the power generation layer. In order to have good solar cell characteristics, it is preferable that the anode and the cathode have a sheet resistance of 20Ω / □ or less and a light transmittance of 85% or more.

有機太陽電池素子における発電層は、少なくとも本発明の式(1)で表される有機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。有機太陽電池素子は、先に示した構造をとることが可能であるが、基本的に、p型のドナー材料及びn型のアクセプター材料並びにバッファー層で構成されている。   The power generation layer in the organic solar cell element is formed of one layer or a plurality of layers of an organic thin film containing at least the organic compound represented by the formula (1) of the present invention. The organic solar cell element can take the structure shown above, but basically includes a p-type donor material, an n-type acceptor material, and a buffer layer.

p型のドナー材料としては、基本的に有機EL素子の項で述べた正孔注入層及び正孔輸送層の材料と同様に、正孔を輸送できる化合物;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持つポリマー等が挙げられる。また、p型のドナー材料として、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の低分子化合物も挙げられる。   As the p-type donor material, a compound capable of transporting holes in the same manner as the material for the hole injection layer and the hole transport layer described in the section of the organic EL element; a polyparaphenylene vinylene derivative, a polythiophene derivative, Π-conjugated polymers such as polyfluorene derivatives and polyaniline derivatives; carbazole and other polymers having a heterocyclic ring in the side chain. Examples of the p-type donor material include low molecular compounds such as pentacene derivatives, rubrene derivatives, porphyrin derivatives, phthalocyanine derivatives, indigo derivatives, quinacridone derivatives, merocyanine derivatives, cyanine derivatives, squalium derivatives, and benzoquinone derivatives.

n型のアクセプター材料としては、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;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、キノリンおよ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(CN−PPV)及びその誘導体などの高分子材料;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、フラーレン(C60やC70など)及びその誘導体(例えば、PCBM(フェニルC61酪酸メチルエステル))などの低分子材料が挙げられる。
p型のドナー材料及びn型のアクセプター材料としては、それぞれ、光を効率的に吸収し、電荷を発生させる材料が好ましく、吸光係数が高い材料が好ましい。
The n-type acceptor material is basically a compound capable of transporting electrons as in the electron transport layer described in the section of the organic EL device; an oligomer or polymer having pyridine and its derivative as a skeleton, quinoline and its derivative as a skeleton Oligomers and polymers, polymers having benzophenanthrolines and derivatives thereof; polymer materials such as cyanopolyphenylene vinylene (CN-PPV) and derivatives thereof; fluorinated phthalocyanine derivatives, perylene derivatives, naphthalene derivatives, bathocuproine derivatives, fullerenes (C60 or the like C70) and their derivatives (e.g., PCBM (phenyl C 61 butyric acid methyl ester),), and low-molecular material such as is.
As the p-type donor material and the n-type acceptor material, materials that efficiently absorb light and generate charges are preferable, and materials having a high extinction coefficient are preferable.

本発明の式(1)の有機化合物は、特にp型のドナー材料として好適に用いることができる。有機太陽電池の発電層用の有機薄膜の形成方法は、先述の有機EL素子の項で述べた方法と同様でよい。有機薄膜の膜厚は、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方が良いが、発生した電荷を輸送する距離が短い方が良いために薄い方が適している。一般的には、発電層としての有機薄膜の膜厚は、10〜500nm程度であることが好ましい。   The organic compound of the formula (1) of the present invention can be suitably used particularly as a p-type donor material. The method for forming the organic 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 organic thin film varies depending on the configuration of the solar cell, it is better to thicken it in order to absorb light sufficiently and prevent short-circuiting, but it is thin because it is better to transport the generated charge. Is more suitable. In general, the thickness of the organic thin film as the power generation layer is preferably about 10 to 500 nm.

〔有機半導体レーザー素子〕
本発明の式(1)で表される有機化合物は、半導体特性を有する有機化合物であることから、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、本発明の式(1)で表される有機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できれば、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、本発明の式(1)で表される有機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。
[Organic semiconductor laser element]
Since the organic compound represented by the formula (1) of the present invention is an organic compound having semiconductor characteristics, utilization as an organic semiconductor laser element is expected.
That is, if a resonator structure is incorporated in an organic semiconductor element containing the organic compound represented by the formula (1) of the present invention and carriers are efficiently injected to sufficiently increase the density of excited states, It is expected to be amplified and lead to 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 an organic compound represented by the formula (1) of the present invention is expected to cause highly efficient light emission (electroluminescence).

以下、実施例により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、Mはモル濃度を表し、化合物の式番号は、上記の具体的に記載した化合物の式番号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。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention further in detail, this invention is not limited to these examples. In the examples, M represents the molar concentration, and the compound formula numbers correspond to the formula numbers of the compounds specifically described above. Moreover, the reaction temperature described the internal temperature in a reaction system unless there is particular notice.

合成例にて得られた各種の化合物は、必要に応じてEI−MSスペクトル(電子衝撃質量分析スペクトル)、1H−NMRスペクトル(プロトン核磁気共鳴分光スペクトル)、λmax(極大吸収波長)の測定を行うことにより、その構造を決定した。これらの測定に用いた測定機器は、以下の通りである。 Various compounds obtained in the synthesis examples were measured for EI-MS spectrum (electron impact mass spectrometry spectrum), 1 H-NMR spectrum (proton nuclear magnetic resonance spectrum), and λmax (maximum absorption wavelength) as necessary. To determine its structure. The measuring instruments used for these measurements are as follows.

EI−MSスペクトル:ガスクロマトグラフ質量分析計(型式名「QP−5050A」、株式会社島津製作所製)
H−NMRスペクトル:核磁気共鳴装置(型式名「JEOL Lambda 400」、日本電子株式会社製)
極大吸収波長:紫外可視近赤外分光光度計(型式名「UV−3150」、株式会社島津製作所製)
EI-MS spectrum: gas chromatograph mass spectrometer (model name “QP-5050A”, manufactured by Shimadzu Corporation)
1 H-NMR spectrum: nuclear magnetic resonance apparatus (model name “JEOL Lambda 400”, manufactured by JEOL Ltd.)
Maximum absorption wavelength: UV-visible near-infrared spectrophotometer (model name “UV-3150”, manufactured by Shimadzu Corporation)

〔実施例1〕(上記具体例の式(11)で表される本発明の一例の有機化合物の合成)
(工程1)下記式(3−1)で表される中間体化合物の合成
本工程では、下記の反応式に従って、下記式(2−1)で表される化合物(式(2)のR、R、R14、及びR15の全てが水素原子である化合物)から下記式(3−1)で表される中間体化合物(式(3)のR、R、R14、及びR15の全てが水素原子である化合物)を合成した。
[Example 1] (Synthesis of an organic compound of an example of the present invention represented by the formula (11) in the above specific example)
(Step 1) Synthesis of Intermediate Compound Represented by Formula (3-1) below In this step, a compound represented by the following formula (2-1) (R 6 of formula (2) is represented according to the following reaction formula. , R 7 , R 14 , and R 15 are all hydrogen atoms) to an intermediate compound represented by the following formula (3-1) (R 6 , R 7 , R 14 , and A compound in which all of R 15 are hydrogen atoms) was synthesized.

Figure 0006572473
Figure 0006572473

具体的には、窒素雰囲気下、−78℃において、ナフト[2,3−b:6,7−b’]ジチオフェン(式(2−1)で表される化合物)675mg(2.8mmol)を無水テトラヒドロフラン(THF)80mlに溶解して得られた溶液に、n−ブチルリチウム(n−BuLi)の1.57Nヘキサン溶液5.7ml(8.9mmol)をゆっくり混合した後、1.5時間加熱還流した。反応液を−78℃まで冷却し、そこへ塩化トリメチルスズ2.24g(11.2mmol)を加えて室温で11時間攪拌した後、水100mlを加えた。得られた混合物を分液し、水層を塩化メチレン100mlで3回抽出し、有機層を無水硫酸マグネシウム(MgSO)で乾燥し、さらに減圧濃縮した。減圧濃縮で得られた残渣をアセトンで再結晶することにより、式(3−1)で表される化合物861mg(収率54%)を黄色固体として得た。 Specifically, in a nitrogen atmosphere at −78 ° C., 675 mg (2.8 mmol) of naphtho [2,3-b: 6,7-b ′] dithiophene (a compound represented by the formula (2-1)) was added. A solution obtained by dissolving in 80 ml of anhydrous tetrahydrofuran (THF) was slowly mixed with 5.7 ml (8.9 mmol) of a 1.57N hexane solution of n-butyllithium (n-BuLi), and then heated for 1.5 hours. Refluxed. The reaction solution was cooled to −78 ° C., 2.24 g (11.2 mmol) of trimethyltin chloride was added thereto, and the mixture was stirred at room temperature for 11 hours, and then 100 ml of water was added. The obtained mixture was separated, the aqueous layer was extracted 3 times with 100 ml of methylene chloride, the organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate (MgSO 4 ), and further concentrated under reduced pressure. The residue obtained by concentration under reduced pressure was recrystallized from acetone to obtain 861 mg (yield 54%) of a compound represented by the formula (3-1) as a yellow solid.

この式(3−1)で表される化合物のH−NMRスペクトル及びEI−MSスペクトルの測定結果は、以下のとおりであった。
H−NMR(400MHz,CDCl3)0.48(s,18H),7.49(s,2H),8.35(s,2H),8.48(s,2H);EI−MS(70eV)m/z=566(M
The measurement results of the 1 H-NMR spectrum and EI-MS spectrum of the compound represented by the formula (3-1) were as follows.
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3) 0.48 (s, 18H), 7.49 (s, 2H), 8.35 (s, 2H), 8.48 (s, 2H); EI-MS (70 eV ) M / z = 566 (M + )

(工程2)下記式(b)で表される中間体化合物の合成
本工程では、下記の反応式に従って、下記式(b)で表される中間体化合物(式(4)のR乃至R及びR16の全てが水素原子である化合物;式(5)のR乃至R13の全てが水素原子である化合物)を合成した。
(Step 2) Synthesis of Intermediate Compound Represented by Formula (b) below In this step, an intermediate compound represented by the following formula (b) (R 1 to R of Formula (4) is represented according to the following reaction formula. A compound in which all of 5 and R 16 are hydrogen atoms; a compound in which all of R 8 to R 13 in formula (5) are hydrogen atoms) was synthesized.

Figure 0006572473
Figure 0006572473

具体的には、窒素雰囲気下、3−メチルチオ−2−ナフチルトリフルオロメタンスルホネート(上記式(7)で表される化合物)2.0g(6.2mmol)を塩化メチレン100mlに溶解して得られた溶液を、0℃に冷却し、メタクロロ過安息香酸(mCPBA)1.07g(6.2mmol)を加えた後に、徐々に室温に戻しながら22時間撹拌した。得られた反応液に2Mの炭酸カリウム水溶液30mlを加えた後、混合液を分液し、水層を塩化メチレン50mlで2回抽出し、有機層を2Mの炭酸カリウム水溶液30mlで洗浄した。その後、有機層を無水硫酸マグネシウムで乾燥し、さらに減圧濃縮した。減圧濃縮で得られた残渣をカラムクロマトグラフィー(充填剤:シリカゲル、展開溶媒:酢酸エチル)で精製することにより、上記式(b)で表される化合物1.82g(収率87%)を白色固体として得た。   Specifically, it was obtained by dissolving 2.0 g (6.2 mmol) of 3-methylthio-2-naphthyltrifluoromethanesulfonate (compound represented by the above formula (7)) in 100 ml of methylene chloride under a nitrogen atmosphere. The solution was cooled to 0 ° C., 1.07 g (6.2 mmol) of metachloroperbenzoic acid (mCPBA) was added, and the mixture was stirred for 22 hours while gradually returning to room temperature. After adding 30 ml of 2M aqueous potassium carbonate solution to the resulting reaction solution, the mixture was separated, the aqueous layer was extracted twice with 50 ml of methylene chloride, and the organic layer was washed with 30 ml of 2M aqueous potassium carbonate solution. Thereafter, the organic layer was dried over anhydrous magnesium sulfate and further concentrated under reduced pressure. The residue obtained by concentration under reduced pressure is purified by column chromatography (filler: silica gel, developing solvent: ethyl acetate), whereby 1.82 g (yield 87%) of the compound represented by the above formula (b) is white. Obtained as a solid.

この式(b)で表される化合物のH−NMRスペクトル及びEI−MSスペクトルの測定結果は、以下のとおりであった。
H−NMR(400MHz,CDCl)2.90(s,3H),7.69(m,2H),7.86(s,1H),7.95(quart,1H),8.03(quart,1H),8.51(s,1H);EI−MS(70eV)m/z=338(M
The measurement results of 1 H-NMR spectrum and EI-MS spectrum of the compound represented by the formula (b) were as follows.
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) 2.90 (s, 3H), 7.69 (m, 2H), 7.86 (s, 1H), 7.95 (quart, 1H), 8.03 ( quart, 1H), 8.51 (s, 1H); EI-MS (70 eV) m / z = 338 (M + )

(工程3)下記式(c)で表される中間体化合物の合成
本工程では、下記の反応式に従って、工程1で得られた式(3−1)で表される化合物と工程2で得られた式(b)で表される化合物とから、下記式(c)で表される中間体化合物(式(6)のR乃至R16の全てが水素原子である化合物)を合成した。
(Step 3) Synthesis of Intermediate Compound Represented by Formula (c) below In this step, the compound represented by Formula (3-1) obtained in Step 1 and Step 2 were obtained according to the following reaction formula. From the obtained compound represented by the formula (b), an intermediate compound represented by the following formula (c) (a compound in which all of R 1 to R 16 in the formula (6) are hydrogen atoms) was synthesized.

Figure 0006572473
Figure 0006572473

具体的には、窒素雰囲気下、工程1で得られた式(3−1)で表される化合物0.70g(1.24mmol)及び工程2で得られた式(b)で表される化合物1.00g(2.96mmol)をトルエン55mLに溶解して得られた溶液に、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(Pd(PPh)143mg(0.124mmol)を加え、還流温度で63時間攪拌した。その後、反応液を室温まで冷却し、固形分を濾取した。濾取した固形分を水及びエタノールで洗浄することにより、式(c)で表される化合物0.46g(収率60%)を黄土色固体として得た。 Specifically, 0.70 g (1.24 mmol) of the compound represented by Formula (3-1) obtained in Step 1 and the compound represented by Formula (b) obtained in Step 2 under a nitrogen atmosphere. To a solution obtained by dissolving 1.00 g (2.96 mmol) in 55 mL of toluene was added 143 mg (0.124 mmol) of tetrakis (triphenylphosphine) palladium (0) (Pd (PPh 3 ) 4 ) and the reflux temperature. For 63 hours. Thereafter, the reaction solution was cooled to room temperature, and the solid content was collected by filtration. The solid content collected by filtration was washed with water and ethanol to obtain 0.46 g (yield 60%) of the compound represented by the formula (c) as an ocherous solid.

この式(c)で表される化合物のH−NMRスペクトル及びEI−MSスペクトルの測定結果は、以下のとおりであった。
H−NMR(400MHz,CDCl)2.61(s,6H),7.66(m,6H),7.97(quart,2H),8.07(quart,2H),8.13(s,2H),8.46(s,2H),8.53(s,2H),8.67(s,2H);EI−MS(70eV)m/z=616(M
The measurement results of the 1 H-NMR spectrum and EI-MS spectrum of the compound represented by the formula (c) were as follows.
1 H-NMR (400 MHz, CDCl 3 ) 2.61 (s, 6H), 7.66 (m, 6H), 7.97 (quart, 2H), 8.07 (quart, 2H), 8.13 ( s, 2H), 8.46 (s, 2H), 8.53 (s, 2H), 8.67 (s, 2H); EI-MS (70 eV) m / z = 616 (M + )

(工程4)下記式(11)で表される本発明の有機化合物の合成
本工程では、下記の反応式の従って、工程3で得られた式(c)で表される化合物から、式(11)で表される化合物を合成した。
(Step 4) Synthesis of the organic compound of the present invention represented by the following formula (11) In this step, from the compound represented by the formula (c) obtained in the step 3, the formula (c) The compound represented by 11) was synthesized.

Figure 0006572473
Figure 0006572473

具体的には、窒素雰囲気下、トリフルオロメタンスルホン酸(TfOH)20mlに、工程3で得られた式(c)で表される化合物0.25g(0.41mmol)を加え、室温で96時間攪拌した。反応終了後、氷水に反応混合物を注ぎ、得られた沈殿物を濾別した後、水で洗浄して固形分を得た。窒素雰囲気下、ピリジン25mlに前記で得られた固形分を加え、45時間加熱還流した後、水を加えて析出した沈殿物をろ過し、水、メタノール、及びアセトンで洗浄した。前記で得られた洗浄後の沈殿物を乾燥させた後、真空昇華精製を施すことにより、式(11)で表される本発明の一例に係る有機化合物22mg(収率8%)を赤色固体として得た。   Specifically, 0.25 g (0.41 mmol) of the compound represented by the formula (c) obtained in Step 3 was added to 20 ml of trifluoromethanesulfonic acid (TfOH) under a nitrogen atmosphere and stirred at room temperature for 96 hours. did. After completion of the reaction, the reaction mixture was poured into ice water, and the resulting precipitate was filtered off and washed with water to obtain a solid. Under a nitrogen atmosphere, the solid content obtained above was added to 25 ml of pyridine, heated and refluxed for 45 hours, water was added, and the deposited precipitate was filtered and washed with water, methanol, and acetone. The washed precipitate obtained above is dried and then subjected to vacuum sublimation purification, whereby 22 mg (yield 8%) of the organic compound according to an example of the present invention represented by formula (11) is converted into a red solid. Got as.

この式(11)で表される有機化合物のEI−MSスペクトル及び極大吸収波長の測定結果は、以下のとおりであった。
EI−MS(70eV)m/z=552(M);λmax:536nm(薄膜)
また、この式(11)で表される有機化合物からなる薄膜の紫外可視吸収スペクトルを図4に示す。
The measurement results of the EI-MS spectrum and the maximum absorption wavelength of the organic compound represented by the formula (11) were as follows.
EI-MS (70 eV) m / z = 552 (M + ); λmax: 536 nm (thin film)
Moreover, the ultraviolet-visible absorption spectrum of the thin film which consists of an organic compound represented by this Formula (11) is shown in FIG.

〔実施例2〕(実施例1で得られた式(11)で表される有機化合物を用いた本発明の一例に係る薄膜トランジスタ素子(ボトムコンタクト−ボトムゲート型薄膜トランジスタ素子、図1(a)参照)の作製及び評価)
ヘキサメチルジシラザン処理を行った膜厚300nmのSiO熱酸化膜(図1(a)における絶縁体層4)付きnドープシリコンウェハー(面抵抗0.02Ω・cm以下、図1(a)におけるゲート電極5及び基板6を兼ねる)におけるSiO2熱酸化膜が付いている面の裏面上に電極作製用シャドウマスクを取り付け、真空蒸着装置内に設置し、装置内の真空度が1.0×10−4Pa以下になるまで排気し、抵抗加熱蒸着法によって、金製の電極、すなわちソース電極(図1(a)におけるソース電極1)及びドレイン電極(図1(a)におけるドレイン電極3)を50nmの厚さに蒸着した。
[Example 2] (Thin film transistor element according to an example of the present invention using the organic compound represented by the formula (11) obtained in Example 1 (bottom contact-bottom gate type thin film transistor element, see FIG. 1A) ) Production and evaluation)
An n-doped silicon wafer (surface resistance of 0.02 Ω · cm or less, in FIG. 1A) with a SiO 2 thermal oxide film (insulator layer 4 in FIG. 1A) having a thickness of 300 nm subjected to hexamethyldisilazane treatment. A shadow mask for electrode preparation is attached on the back surface of the surface with the SiO2 thermal oxide film in the gate electrode 5 and the substrate 6), and is placed in a vacuum vapor deposition apparatus. The degree of vacuum in the apparatus is 1.0 × 10 -4 Pa or less, and the gold electrode, that is, the source electrode (source electrode 1 in FIG. 1A) and the drain electrode (drain electrode 3 in FIG. 1A) are formed by resistance heating vapor deposition. Vapor deposited to a thickness of 50 nm.

次いで、この金電極付きの基板を、ペンタフルオロベンゼンチオールのイソプロピルアルコール溶液で処理し、金電極上に自己組織化単分子膜を形成した。さらに、イソプロピルアルコールで基板を洗浄したのち、ホットプレート上で70℃に加熱し乾燥した。   Next, this substrate with a gold electrode was treated with an isopropyl alcohol solution of pentafluorobenzenethiol to form a self-assembled monolayer on the gold electrode. Further, after washing the substrate with isopropyl alcohol, the substrate was heated to 70 ° C. on a hot plate and dried.

次いで、この基板上に有機半導体用シャドウマスクを取り付け、真空蒸着装置内に設置し、装置内の真空度が1.0×10−3Pa以下になるまで排気し、前記基板における金電極が形成されている側の表面上に、抵抗加熱蒸着法により、約100℃の基板温度(蒸着温度)の条件下で、実施例1で得られた式(11)で表される有機化合物を1Å/secの蒸着速度で50nmの厚さに蒸着し、有機半導体層(図1(a)における有機半導体層2)を形成した後、電極作成用シャドウマスクを取り外した。これにより、本発明の一例に係る電界効果型の薄膜トランジスタ素子(チャネル長50μm、チャネル幅2000μm)を得た。 Next, a shadow mask for an organic semiconductor is mounted on the substrate, placed in a vacuum deposition apparatus, and evacuated until the degree of vacuum in the apparatus is 1.0 × 10 −3 Pa or less, thereby forming a gold electrode on the substrate. The organic compound represented by the formula (11) obtained in Example 1 was added on the surface on the side subjected to the resistance heating vapor deposition method under the condition of the substrate temperature (deposition temperature) of about 100 ° C. After depositing to a thickness of 50 nm at a deposition rate of sec to form an organic semiconductor layer (organic semiconductor layer 2 in FIG. 1A), the shadow mask for electrode preparation was removed. Thus, a field effect thin film transistor element (channel length 50 μm, channel width 2000 μm) according to an example of the present invention was obtained.

得られた有機トランジスタ素子をプローバー内に設置し、半導体パラメーターアナライザー(型式名「4200SCS」、株式会社TFFケースレーインスツルメンツ社製)を用いて半導体特性を測定した。   The obtained organic transistor element was installed in a prober, and semiconductor characteristics were measured using a semiconductor parameter analyzer (model name “4200SCS”, manufactured by TFF Keithley Instruments Co., Ltd.).

図5は、本実施例で得られた本発明の一例に係る薄膜トランジスタ素子の半導体特性を示すグラフであり、ドレイン電圧を飽和領域である−60Vに固定し、ゲート電圧を40Vから−60Vまで走査し、ドレイン電流−ゲート電圧特性(伝達特性)を測定した結果を示している。具体的には、図5は、横軸にゲート電圧(V/V)をとり、縦軸にドレイン電流(−I/A;左端目盛り)と、ドレイン電流の絶対値の平方根(|I1/2/A1/2;右端目盛り)とをとって、実施例2で作成した薄膜トランジスタ素子の半導体特性を示したグラフである。図5中、破線は作製直後の半導体特性を、実線は大気中で1週間放置した後の半導体特性をそれぞれ示す。 FIG. 5 is a graph showing the semiconductor characteristics of the thin film transistor device according to an example of the present invention obtained in this example. The drain voltage is fixed to −60 V which is a saturation region, and the gate voltage is scanned from 40 V to −60 V. The results of measuring drain current-gate voltage characteristics (transfer characteristics) are shown. Specifically, in FIG. 5, the horizontal axis represents the gate voltage (V g / V), the vertical axis represents the drain current (−I d / A; left end scale), and the square root of the absolute value of the drain current (| I d | 1/2 / A 1/2 ; right end scale), and is a graph showing the semiconductor characteristics of the thin film transistor element produced in Example 2. In FIG. 5, the broken line indicates the semiconductor characteristics immediately after fabrication, and the solid line indicates the semiconductor characteristics after being left in the atmosphere for one week.

図5に示した測定結果から、実施例2で作製した薄膜トランジスタ素子の閾値電圧、キャリア移動度、及びオン/オフ比を以下に記載の方法でそれぞれ求めた。   From the measurement results shown in FIG. 5, the threshold voltage, carrier mobility, and on / off ratio of the thin film transistor element fabricated in Example 2 were determined by the methods described below.

<閾値電圧>
図5に示したゲート電圧(V/V)と、ドレイン電流の絶対値の平方根(|I1/2/A1/2)との関係を示す曲線では、0V近傍で、傾きが大きく変化している。図5に示すゲート電圧(V/V)と、ドレイン電流の絶対値の平方根(−I/A)との関係を示す曲線では、曲線のうちで、傾きが略一定と見なせる範囲(図5に例示する測定結果では−60乃至−30V)を直線近似し、その近似線を外挿した直線がX軸と交わる点(I=0Aとなる点)の電圧値を、閾値電圧として求めた。
<Threshold voltage>
In the curve showing the relationship between the gate voltage (V g / V) and the square root of the absolute value of the drain current (| I d | 1/2 / A 1/2 ) shown in FIG. It has changed greatly. In the curve showing the relationship between the gate voltage (V g / V) and the square root of the absolute value of the drain current (−I d / A) shown in FIG. (−60 to −30V in the measurement result illustrated in FIG. 5), and a voltage value at a point where the straight line obtained by extrapolating the approximate line intersects the X axis (a point where I d = 0A) is obtained as a threshold voltage. It was.

<キャリア移動度>
飽和領域におけるドレイン電流−ゲート電圧特性は、下記の式(a)で表されることから、式(a)を用いてキャリア移動度を算出した。
<Carrier mobility>
Since the drain current-gate voltage characteristic in the saturation region is expressed by the following formula (a), the carrier mobility was calculated using the formula (a).

=(1/2)W・μ・Cp(V−Vth)/L …(a)
但し、I:ドレイン電流
W:チャネル幅
μ:キャリア移動度
Cp:絶縁体層4(SiO熱酸化膜)の静電容量
:ゲート電圧
Vth:閾値電圧
L:チャネル長
I d = (1/2) W · μ · Cp (V g −Vth) 2 / L (a)
Where I d : drain current
W: Channel width
μ: Carrier mobility
Cp: Capacitance of the insulator layer 4 (SiO 2 thermal oxide film)
V g : gate voltage Vth: threshold voltage
L: Channel length

なお、今回の測定において、チャネル幅Wは2000μm、絶縁体層4の静電容量は11.5×10−9F、チャネル長Lは50μmである。また、ゲート電圧Vgは、飽和領域となる−60Vとした。 In this measurement, the channel width W is 2000 μm, the capacitance of the insulator layer 4 is 11.5 × 10 −9 F, and the channel length L is 50 μm. The gate voltage Vg was set to −60 V that becomes a saturation region.

<オン/オフ比>
ドレイン電流−ゲート電圧特性の測定範囲内において、ドレイン電流の最大値(V=−60Vの場合の電流値)と、ドレイン電流の最小値との比としてオン/オフ比を算出した。
<On / off ratio>
Within the measurement range of the drain current-gate voltage characteristics, the on / off ratio was calculated as the ratio of the maximum value of drain current (current value when V d = -60 V) and the minimum value of drain current.

以上の測定及び計算により、実施例2で得られた薄膜トランジスタ素子の作製直後の閾値電圧(Vth)は−8V、キャリア移動度は2.4×10−2cm/Vs、オン/オフ比(Ion/Ioff)は7.8×10であった。 Based on the above measurements and calculations, the threshold voltage (Vth) immediately after fabrication of the thin film transistor element obtained in Example 2 is −8 V, the carrier mobility is 2.4 × 10 −2 cm 2 / Vs, and the on / off ratio ( Ion / Ioff ) was 7.8 × 10 4 .

また、上記薄膜トランジスタ素子を大気中で1週間放置した後の閾値電圧(Vth)は−5V、キャリア移動度は2.0×10−2cm/Vs、オン/オフ比(Ion/Ioff)は6.0×10であった。この結果から、本薄膜トランジスタ素子が、高い大気安定性を有していることは明らかである。 The threshold voltage (Vth) after leaving the thin film transistor element in the atmosphere for one week is −5 V, the carrier mobility is 2.0 × 10 −2 cm 2 / Vs, and the on / off ratio (I on / I off). ) Was 6.0 × 10 4 . From this result, it is clear that this thin film transistor element has high atmospheric stability.

〔比較例1〕(特許文献6に記載のビスベンゾチエノナフトジチオフェンを用いた比較用の薄膜トランジスタ素子(ボトムコンタクト−ボトムゲート型薄膜トランジスタ素子)の作製及び評価)   [Comparative Example 1] (Production and evaluation of comparative thin film transistor element (bottom contact-bottom gate type thin film transistor element) using bisbenzothienonaphthodithiophene described in Patent Document 6)

実施例1で得られた式(11)で表される化合物の代りに下記式(x)で表されるビスベンゾチエノナフトジチオフェンを用いたこと以外は実施例2と同様の方法で比較用の薄膜トランジスタ素子を作製し、実施例2と同様の方法で半導体特性を測定した。   For comparison in the same manner as in Example 2, except that bisbenzothienonaphthodithiophene represented by the following formula (x) was used instead of the compound represented by the formula (11) obtained in Example 1. The thin film transistor element was manufactured, and the semiconductor characteristics were measured by the same method as in Example 2.

Figure 0006572473
Figure 0006572473

図6は、比較例1で得られた比較用の薄膜トランジスタ素子の半導体特性(伝達特性)を示すグラフである。図6中、破線は作製直後の半導体特性を、実線は大気中で1週間放置した後の半導体特性をそれぞれ示す。   FIG. 6 is a graph showing the semiconductor characteristics (transfer characteristics) of the comparative thin film transistor element obtained in Comparative Example 1. In FIG. 6, the broken line indicates the semiconductor characteristics immediately after fabrication, and the solid line indicates the semiconductor characteristics after being left in the atmosphere for one week.

図6に示した測定結果から、比較例1で作製した薄膜トランジスタ素子の作製直後の閾値電圧(Vth)は−6V、キャリア移動度は3.9×10−2cm/Vs、オン/オフ比(Ion/Ioff)は3.1×10であった。また、上記薄膜トランジスタ素子を大気中で1週間放置した後の閾値電圧(Vth)は18V、キャリア移動度は2.6×10−2cm/Vs、オン/オフ比(Ion/Ioff)は5.6×10であった。 From the measurement results shown in FIG. 6, the threshold voltage (Vth) immediately after fabrication of the thin film transistor element fabricated in Comparative Example 1 is −6 V, the carrier mobility is 3.9 × 10 −2 cm 2 / Vs, and the on / off ratio. (I on / I off ) was 3.1 × 10 5 . Further, the threshold voltage (Vth) after leaving the thin film transistor element in the atmosphere for one week is 18 V, the carrier mobility is 2.6 × 10 −2 cm 2 / Vs, and the on / off ratio (I on / I off ). Was 5.6 × 10 2 .

上記の実施例からも明らかなように、本発明の式(1)で表される有機化合物は、有機薄膜トランジスタ素子を構成する有機半導体材料として優れた半導体特性を示しており、有機エレクトロニクスデバイスの材料として高い汎用性を有した非常に有用な有機化合物であると言える。   As is clear from the above examples, the organic compound represented by the formula (1) of the present invention exhibits excellent semiconductor characteristics as an organic semiconductor material constituting the organic thin film transistor element, and is a material for organic electronic devices. It can be said that it is a very useful organic compound having high versatility.

1 ソース電極
2 有機半導体層
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
10A〜10F 薄膜トランジスタ素子
20 有機太陽電池素子
21 基板
22 陽極
23 発電層
24 陰極
231 p型層
232 n型層
233 バッファー層
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Source electrode 2 Organic semiconductor layer 3 Drain electrode 4 Insulator layer 5 Gate electrode 6 Substrate 7 Protective layer 10A-10F Thin film transistor element 20 Organic solar cell element 21 Substrate 22 Anode 23 Power generation layer 24 Cathode 231 P-type layer 232 N-type layer 233 Buffer layer

Claims (12)

下記式(1)
Figure 0006572473
(式中、R乃至R16はそれぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換のアリール基、置換若しくは無置換のアルキル基、ハロゲン原子、置換若しくは無置換のアルコキシ基、置換若しくは無置換のアルキルチオ基、置換若しくは無置換のアルキルアミノ基、置換若しくは無置換のジアルキルアミノ基(アルキル基は互いに結合して窒素原子を含む環状構造を形成してもよい)、置換若しくは無置換のアルキルスルホニル基、置換若しくは無置換のトリアルキルシリル基、置換若しくは無置換のトリアルキルシリルエチニル基、置換若しくは無置換のアリールアミノ基、置換若しくは無置換のジアリールアミノ基、又はシアノ基を表す。)
で表される有機化合物。
Following formula (1)
Figure 0006572473
Wherein R 1 to R 16 are each independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted aryl group, a substituted or unsubstituted alkyl group, a halogen atom, a substituted or unsubstituted alkoxy group, a substituted or unsubstituted alkylthio; A group, a substituted or unsubstituted alkylamino group, a substituted or unsubstituted dialkylamino group (the alkyl groups may be bonded to each other to form a cyclic structure containing a nitrogen atom), a substituted or unsubstituted alkylsulfonyl group, A substituted or unsubstituted trialkylsilyl group, a substituted or unsubstituted trialkylsilylethynyl group, a substituted or unsubstituted arylamino group, a substituted or unsubstituted diarylamino group, or a cyano group.
An organic compound represented by
請求項1に記載の有機化合物であって、
乃至R及びR乃至R12がそれぞれ独立に、水素原子、置換若しくは無置換のアリール基、又は置換若しくは無置換のアルキル基であり、
乃至R及びR13乃至R16が水素原子である有機化合物。
The organic compound according to claim 1,
R 1 to R 4 and R 9 to R 12 are each independently a hydrogen atom, a substituted or unsubstituted aryl group, or a substituted or unsubstituted alkyl group,
An organic compound in which R 5 to R 8 and R 13 to R 16 are hydrogen atoms.
請求項2に記載の有機化合物であって、
乃至R及びR乃至R12がそれぞれ独立に水素原子又は置換若しくは無置換のアルキル基である有機化合物。
An organic compound according to claim 2,
An organic compound in which R 1 to R 4 and R 9 to R 12 are each independently a hydrogen atom or a substituted or unsubstituted alkyl group.
請求項3に記載の有機化合物であって、
乃至R及びR乃至R12がそれぞれ独立に水素原子又は炭素数1乃至3の無置換のアルキル基である有機化合物。
The organic compound according to claim 3,
An organic compound in which R 1 to R 4 and R 9 to R 12 are each independently a hydrogen atom or an unsubstituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms.
請求項4に記載の有機化合物であって、
乃至R及びR乃至R12が水素原子である有機化合物。
An organic compound according to claim 4,
An organic compound in which R 1 to R 4 and R 9 to R 12 are hydrogen atoms.
請求項4に記載の有機化合物であって、
及びR10の一方が炭素数1乃至3の無置換のアルキル基であって他方が水素原子又は炭素数1乃至3の無置換のアルキル基であり、かつR、R、R、R、R11及びR12が水素原子であるか、若しくは
及びR11の一方が炭素数1乃至3の無置換のアルキル基であって他方が水素原子又は炭素数1乃至3の無置換のアルキル基であり、かつR、R、R、R、R10及びR12が水素原子である有機化合物。
An organic compound according to claim 4,
One of R 2 and R 10 is an unsubstituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, the other is a hydrogen atom or an unsubstituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms, and R 1 , R 3 , R 4 , R 9 , R 11 and R 12 are hydrogen atoms, or one of R 3 and R 11 is an unsubstituted alkyl group having 1 to 3 carbon atoms and the other is a hydrogen atom or 1 to 3 carbon atoms An organic compound which is an unsubstituted alkyl group and R 1 , R 2 , R 4 , R 9 , R 10 and R 12 are hydrogen atoms.
請求項1乃至6の何れか一項に記載の有機化合物を含有する有機半導体材料。   The organic-semiconductor material containing the organic compound as described in any one of Claims 1 thru | or 6. 請求項7に記載の有機半導体材料からなる有機薄膜。   An organic thin film comprising the organic semiconductor material according to claim 7. 請求項7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。   An organic electronic device comprising the organic semiconductor material according to claim 7. 請求項9に記載の有機エレクトロニクスデバイスであって、
薄膜トランジスタ素子、有機光電変換素子、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、又は有機半導体レーザー素子である有機エレクトロニクスデバイス。
An organic electronic device according to claim 9,
Organic electronic devices that are thin film transistor elements, organic photoelectric conversion elements, organic solar cell elements, organic EL elements, organic light emitting transistor elements, or organic semiconductor laser elements.
請求項10に記載の有機エレクトロニクスデバイスであって、
薄膜トランジスタ素子、有機光電変換素子、又は有機太陽電池素子である有機エレクトロニクスデバイス。
The organic electronic device according to claim 10,
An organic electronic device which is a thin film transistor element, an organic photoelectric conversion element, or an organic solar cell element.
請求項10又は11に記載の有機エレクトロニクスデバイスであって、
薄膜トランジスタ素子である有機エレクトロニクスデバイス。
An organic electronic device according to claim 10 or 11,
Organic electronic devices that are thin film transistor elements.
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