(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記式（１１４）又は（１１６）で表される有機多環芳香族化合物。
【化１】
0006478277.tif 000015
【請求項２】
請求項１に記載の有機多環芳香族化合物からなる有機半導体材料。
【請求項３】
請求項２に記載の有機半導体材料を含む薄膜。
【請求項４】
請求項３に記載の薄膜からなる正孔ブロック層。
【請求項５】
請求項３に記載の薄膜からなる電子ブロック層。
【請求項６】
請求項３に記載の薄膜からなる正孔輸送層。
【請求項７】
請求項３に記載の薄膜からなる電子輸送層。
【請求項８】
請求項２に記載の有機半導体材料を含む有機エレクトロニクスデバイス。
【請求項９】
請求項３に記載の薄膜、及び請求項４乃至７に記載の層を含む有機エレクトロニクスデバイス。
【請求項１０】
請求項８又は９に記載の有機エレクトロニクスデバイスを含む光電変換素子。
【請求項１１】
請求項１０に記載の光電変換素子を、複数、アレイ状に配置した撮像素子。
【請求項１２】
請求項１０に記載の光電変換素子を含む光センサー。
【請求項１３】
請求項１０に記載の光電変換素子を含む撮像素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は新規な有機多環芳香族化合物、およびそれらの有機エレクトロニクス材料としての応用に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、有機エレクトロニクスデバイスへの関心が高まっている。その特徴としてはフレキシブルな構造をとり、大面積化が可能である事、更にはエレクトロニクスデバイス製造プロセスにおいて安価で高速の印刷方法を可能にすることが挙げられる。代表的なデバイスとしては有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子、有機太陽電池素子、有機光電変換素子、有機トランジスタ素子などが挙げられる。有機ＥＬ素子はフラットパネルディスプレイとして次世代ディスプレイ用途のメインターゲットとして期待され、携帯電話のディスプレイからＴＶ（テレビ受像機）などへ応用され、更に高機能化を目指した開発が継続されている。有機太陽電池素子などはフレキシブルで安価なエネルギー源として、有機トランジスタ素子などはフレキシブルなディスプレイや安価なＩＣ（集積回路）へと研究開発がなされている。
【０００３】
有機エレクトロニクスデバイスの開発には、そのデバイスを構成する材料の開発が非常に重要である。そのため各分野において数多くの材料が検討されているが、十分な性能を有しているとは言えず、現在でも各種デバイスに有用な材料の開発が精力的に行われている。その中で、ベンゾトリチオフェンを母骨格とした化合物も、有機エレクトロニクス材料として開発されており、有機トランジスタ（特許文献１、２、非特許文献１）や、有機ＥＬ（特許文献１、２）、薄膜太陽電池（特許文献１、非特許文献２）、色素増感太陽電池（特許文献３）などへの応用が報告されている。しかしながら、これらの材料でも十分な性能を有しているとは言えず、商業的に活用されるに至っていない。したがって、さらに高性能な有機エレクトロニクス材料の開発が重要である。
【０００４】
一方、近年の有機エレクトロニクスの中で、有機光電変換素子は、次世代の撮像素子への展開が期待されており、いくつかのグループからその報告がなされている。例えば、キナクリドン誘導体、もしくはキナゾリン誘導体を光電変換素子に用いた例（特許文献４）、キナクリドン誘導体を用いた光電変換素子を撮像素子へ応用した例（特許文献５）、ジケトピロロピロール誘導体を用いた例（特許文献６）がある。一般的に、撮像素子は、高コントラスト化、省力化を目的として、暗電流の低減を目指すことによって、性能は向上すると考えられる。そこで、暗時の光電変換部からのリーク電流を減らす為、光電変換部と電極部間に、正孔ブロック層、もしくは電子ブロック層を挿入する手法が取られる。また、信号電流向上のために、正孔輸送層、もしくは電子輸送層を挿入する手法が取られる。
【０００５】
正孔ブロック層、電子ブロック層、正孔輸送層、及び電子輸送層は、有機エレクトロニクスデバイスの分野では一般に広く用いられており、それぞれ、デバイスの構成膜中において、電極もしくは導電性を有する膜と、それ以外の膜の界面に配置され、正孔もしくは電子の移動及び逆移動を制御する機能を有する膜であり、不必要な正孔もしくは電子の漏れや量のバランスを調整するものであり、デバイスの用途により、耐熱性、透過波長、成膜方法等の特性を考慮し、選択して用いるものである。しかしながら、特に光電変換素子用途の材料の要求性能は高く、これまでのブロック層や輸送層では、リーク電流防止特性プロセス温度に対する耐熱性、可視光透明性などの面で、十分な性能を有しているとは言えず、商業的に活用されるに至っていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−６３８８号公報
【特許文献２】国際公開第２０１０／０５８８３３号
【特許文献３】特開２０１１−２２２３７３号公報
【特許文献４】特許第４９７２２８８号公報
【特許文献５】特許第４９４５１４６号公報
【特許文献６】特許第５０２２５７３号公報
【非特許文献１】Journal of Organic Chemistry, 2011, 76, p.4061-4070
【非特許文献２】Advanced Materials, 2003, 22, p.1939-1943
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、有機エレクトロニクスデバイスに使用することが可能な、新規な有機多環芳香族化合物を提供することにある。さらに詳しくは、有機ＥＬ素子、有機太陽電池素子、有機トランジスタ素子、光電変換素子などの有機エレクトロニクスデバイスに応用可能な下記式（１）で表される有機多環芳香族化合物を提供することにある。特に光電変換素子をはじめとする、種々の有機エレクトロニクスデバイス用途の材料は、正孔もしくは電子リーク防止特性、プロセス温度に対する耐熱性、可視光透明性等の要求性能が高く、十分な性能を有する材料を提供することが求められている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、上記課題を解決すべく、新規な有機多環芳香族化合物を開発し、更にその有機エレクトロニクスデバイスとしての可能性を検討し、本発明を完成するに至った。
即ち、本発明は、下記の通りである。
［１］  下記一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物。
【化１】
0006478277.tif 000002
（式中、Ｒ１〜Ｒ６はそれぞれ水素原子、置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいシクロアルキル基、ハロゲン基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、メルカプト基、アルキルチオ基、ニトロ基、置換アミノ基、アミド基、アシル基、カルボキシル基、アシルオキシ基、シアノ基、スルホ基、スルファモイル基、アルキルスルファモイル基、カルバモイル基、またはアルキルカルバモイル基を表す。但し、Ｒ１〜Ｒ６のうち少なくとも一つが、フッ素原子を有するアリール基を表す。）
［２］前項［１］に記載の有機多環芳香族化合物からなる有機半導体材料。
［３］前項［２］に記載の有機半導体材料を含む薄膜。
［４］前項［３］に記載の薄膜からなる正孔ブロック層。
［５］前項［３］に記載の薄膜からなる電子ブロック層。
［６］前項［３］に記載の薄膜からなる正孔輸送層。
［７］前項［３］に記載の薄膜からなる電子輸送層。
［８］前項［２］に記載の有機半導体材料を含む有機エレクトロニクスデバイス。
［９］前項［３］に記載の薄膜、及び前項［４］乃至［７］に記載の層を含む有機エレクトロニクスデバイス
［１０］前項［８］又は［９］に記載の有機エレクトロニクスデバイスを含む光電変換素子。
［１１］前項［１０］記載の光電変換素子を、複数、アレイ状に配置した撮像素子。
［１２］前項［１０］に記載の光電変換素子を含む光センサー。
［１３］前項［１０］に記載の光電変換素子を含む撮像素子。
【発明の効果】
【０００９】
本発明は新規な有機多環芳香族化合物に関するものであるが、当該化合物は良好な半導体特性を有するため、これを用いることにより、新しい有機エレクトロニクスデバイス、光電変換素子、撮像素子、及び光センサーを提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１Ａ】本発明による好ましい薄膜トランジスタの一例を示す断面図である。
【図１Ｂ】本発明による好ましい薄膜トランジスタの他の一例を示す断面図である。
【図１Ｃ】本発明による好ましい薄膜トランジスタのさらに他の一例を示す断面図である。
【図１Ｄ】本発明による好ましい薄膜トランジスタのさらに他の一例を示す断面図である。
【図１Ｅ】本発明による好ましい薄膜トランジスタのさらに他の一例を示す断面図である。
【図１Ｆ】本発明による好ましい薄膜トランジスタのさらに他の一例を示す断面図である。
【図２】薄膜トランジスタの製造方法を説明するための図である。
【図３】本発明による好ましい光電変換素子の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明を詳細に説明する。
下記一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物について説明する。
【化２】
0006478277.tif 000003
上記化合物中のＲ１〜Ｒ６のうち少なくとも一つが、フッ素原子を有するアリール基を表す。アリール基としては、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、ビフェニル基、テルフェニル基などの芳香族炭化水素基や、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、ピリドニル基などの複素環基、ベンゾキノリル基、アンスラキノリル基、ベンゾチエニル基、ベンゾフリル基のような縮合系複素環基が挙げられる。これらの内、好ましいものは、フェニル基、ナフチル基、ビフェニル基、テルフェニル基、及びピリジル基である。特にフェニル基、ビフェニル基が好ましい。
【００１２】
式中のＲ１〜Ｒ６の少なくとも一つのアリール基が、フッ素原子の他に有してもよい置換基としては、アリール基、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、メルカプト基、アルキルチオ基、ニトロ基、置換アミノ基、アミド基、アシル基、カルボキシル基、アシルオキシ基、スルホ基、スルファモイル基、アルキルスルファモイル基、カルバモイル基、またはアルキルカルバモイル基が挙げられる。アルキル基としては、メチル基、エチル基、ノルマルプロピル基、イソプロピル基、ノルマルブチル基、イソブチル基、ターシャリーブチル基、ペンチル基、ヘキシル基、へプチル基、オクチル基、ノニル基、デシル基、ウンデシル基、ドデシル基などが挙げられる。シクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基などが挙げられる。ハロゲン基としては、フルオロ基、クロロ基、ブロモ基、ヨード基が挙げられる。アルコキシ基としては、酸素原子に上記アルキル基が結合したものが挙げられるが、酸素原子の数、位置、分岐数は問わない。またＲ１〜Ｒ６が有しても良い置換基の数に特に制限は無く、また化合物中で異なる置換基を有することもできる。
【００１３】
式中のＲ１〜Ｒ６の中にフッ素原子を有するアリール基でないものが存在する場合、そのフッ素原子を有するアリール基以外のＲ１〜Ｒ６が表すものの例としては、水素原子、フッ素以外の置換基を有していてもよいアリール基、置換基を有していてもよいアルキル基、置換基を有していてもよいシクロアルキル基、ハロゲン基、ヒドロキシ基、アルコキシ基、メルカプト基、アルキルチオ基、ニトロ基、置換アミノ基、アミド基、アシル基、カルボキシル基、アシルオキシ基、シアノ基、スルホ基、スルファモイル基、アルキルスルファモイル基、カルバモイル基または、アルキルカルバモイル基が挙げられる。アリール基、アリール基が有していてもよいフッ素以外の置換基、アルキル基、シクロアルキル基、ハロゲン基、アルコキシ基の例については、フッ素を有するアリール基に関して説明したのと同様である。アルキル基やシクロアルキル基が有していてもよい置換基としては、式中のＲ１〜Ｒ６の少なくとも一つのアリール基が、フッ素原子の他に有してもよい置換基の例として挙げたもの以外に、フッ素が挙げられる。
【００１４】
式（１）で表される有機多環芳香族化合物は、例えば下記の反応工程で得られる。式（２）で示される中間体化合物とボロン酸化合物のSuzuki-Miyauraカップリング反応（Miyaura, Norio; Yamada, Kinji ; Suzuki, Akira, Tetrahedron Letters. 1979, vol. 20, issue. 36, p. 3437-3440を参照）により、目的物の一般式（３）で表される有機多環芳香族化合物を得ることができる。もしくは、非特許文献１や、Organic Letters 2004, vol.6, pp. 273-276で用いられている、下記式（４）（式中、Ｒ７はｎ−ブチル基等のアルキル基を表す）で示されるスズ中間体化合物と、Ｒ−Ｘ（式中、Ｘは塩素原子、臭素原子、又はヨウ素原子を表す）で表される有機ハロゲン化物のStilleカップリング反応（Milstein, D; Stille, J. K., J. Am. Chem. Soc.,1978, 100, 3636-3638）によっても目的の一般式（３）で表される有機多環芳香族化合物を同様に得ることができる。
【化３】
0006478277.tif 000004
【００１５】
上記一般式（３）（Ｒ１，Ｒ３，Ｒ５がＲで、Ｒ２，Ｒ４，Ｒ６が水素原子であり、Ｒの定義は一般式（１）におけるＲ１〜Ｒ６の定義と同様である。）を含む式（１）で表される有機多環芳香族化合物の精製方法は、特に限定されず、再結晶、カラムクロマトグラフィー、及び真空昇華精製等の公知の方法が採用できる。また、必要に応じてこれらの方法を組み合わせて用いても良い。
【００１６】
一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物の具体例を下記するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【化４】
0006478277.tif 000005
【化５】
0006478277.tif 000006
【化６】
0006478277.tif 000007
【化７】
0006478277.tif 000008
【化８】
0006478277.tif 000009
【化９】
0006478277.tif 000010
【化１０】
0006478277.tif 000011
【化１１】
0006478277.tif 000012
【化１２】
0006478277.tif 000013
【化１３】
0006478277.tif 000014
【００１７】
本発明の一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物を含む材料を用いて、薄膜を作製することができる。該薄膜の膜厚は、その用途によって異なるが、通常０．０１ｎｍ〜１０μｍであり、好ましくは０．０５ｎｍ〜３μｍであり、より好ましくは０．１ｎｍ〜１μｍである。
【００１８】
薄膜の形成方法は、一般的に、真空プロセスである抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、分子積層法などの気相法、スピンコート、ドロップキャスト、ディップコート、スプレーなどの溶液法、フレキソ印刷、樹脂凸版印刷などの凸版印刷法、オフセット印刷、ドライオフセット印刷、パッド印刷などの平版印刷法、グラビア印刷法などの凹版印刷法、シルクスクリーン印刷、謄写版印刷、リソグラフ印刷などの孔版印刷法、インクジェット印刷、マイクロコンタクトプリント法、更にはこれらの手法を複数組み合わせた方法が挙げられる。
【００１９】
上記の中でも、真空プロセスである抵抗加熱蒸着法や、溶液プロセスであるスピンコート法、ディップコート法、インクジェット法、スクリーン印刷、凸版印刷などが好ましい。
【００２０】
上記の一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物をエレクトロニクス用途の材料として用いて、有機エレクトロニクスデバイスを作製することができる。有機エレクトロニクスデバイスとしては、例えば薄膜トランジスタや光電変換素子、有機太陽電池素子、有機ＥＬ素子、有機発光トランジスタ素子、有機半導体レーザー素子などが挙げられる。これらについて詳細に説明する。
【００２１】
薄膜トランジスタは、半導体に接して２つの電極（ソース電極及びドレイン電極）があり、その電極間に流れる電流を、ゲート電極と呼ばれるもう一つの電極に印加する電圧で制御するものである。
【００２２】
一般に、薄膜トランジスタ（素子）にはゲート電極が絶縁膜で絶縁されている構造（Ｍｅｔａｌ−Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  ＭＩＳ構造）がよく用いられる。絶縁膜に金属酸化物を用いるものはＭＯＳ（Metal-Oxide-Semiconductor）構造と呼ばれる。他には、ショットキー障壁を介してゲート電極が形成されている構造（すなわちＭＥＳ（Metal-Semiconductor）構造）もあるが、有機半導体材料を用いた薄膜トランジスタの場合、ＭＩＳ構造がよく用いられる。
【００２３】
以下、図１Ａ〜図１Ｆを用いて有機系の薄膜トランジスタ（素子）のいくつかの態様例を示す。図１Ａ〜図１Ｆにおける各態様例において、１がソース電極、２が半導体層、３がドレイン電極、４が絶縁体層、５がゲート電極、６が基板をそれぞれ表す。尚、各層や電極の配置は、素子の用途により適宜選択できる。図１Ａ〜図１Ｄ、図１Ｆは基板と並行方向に電極が流れるので、横型トランジスタと呼ばれる。図１Ａはボトムコンタクトボトムゲート構造、図１Ｂはトップコンタクトボトムゲート構造と呼ばれる。また、図１Ｃは半導体上にソース及びドレイン電極、絶縁体層を設け、さらにその上にゲート電極を形成しており、トップコンタクトトップゲート構造と呼ばれている。図１Ｄはトップ＆ボトムコンタクト型トランジスタと呼ばれる構造である。図１Ｆはボトムコンタクトトップゲート構造である。図１Ｅは縦型の構造をもつトランジスタ、すなわち静電誘導トランジスタ（ＳＩＴ）の模式図である。このＳＩＴは電流の流れが平面状―に広がるので、一度に大量のキャリアが移動できる。またソース電極とドレイン電極が縦に配置されているので電極間距離を小さくできるため応答が高速である。従って、大電流を流す、高速のスイッチングを行うなどの用途に好ましく適用できる。なお図１Ｅには基板を記載していないが、通常の場合、図１Ｅ中の１で表されるソース電極又は３で表されるドレイン電極の外側には基板が設けられる。
【００２４】
各態様例における各構成要素につき説明する。
基板６は、その上に形成される各層が剥離することなく保持できることが必要である。例えば、樹脂板や樹脂フィルム、紙、ガラス、石英、セラミックなどの絶縁性材料；金属や合金などの導電性基板上にコーティング等により絶縁層を形成した物；樹脂と無機材料など、各種組合せからなる材料；等が使用できる。使用できる樹脂フィルムの例としては、例えばポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエーテルスルホン、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、セルローストリアセテート、ポリエーテルイミドなどの樹脂のフィルムが挙げられる。樹脂フィルムや紙を用いると、素子に可撓性を持たせることができ、フレキシブルで、軽量となり、実用性が向上する。基板６の厚さとしては、通常１μｍ〜１０ｍｍであり、好ましくは５μｍ〜５ｍｍである。
【００２５】
ソース電極１、ドレイン電極３、ゲート電極５には導電性を有する材料が用いられる。導電性を有する材料としては、例えば、白金、金、銀、アルミニウム、クロム、タングステン、タンタル、ニッケル、コバルト、銅、鉄、鉛、錫、チタン、インジウム、パラジウム、モリブデン、マグネシウム、カルシウム、バリウム、リチウム、カリウム、ナトリウム等の金属及びそれらを含む合金；ＩｎＯ２、ＺｎＯ２、ＳｎＯ２、ＩＴＯ等の導電性酸化物；ポリアニリン、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアセチレン、ポリパラフェニレン、ビニレン、ポリジアセチレン等の導電性高分子化合物；シリコン、ゲルマニウム、ガリウム砒素等の半導体；カーボンブラック、フラーレン、カーボンナノチューブ、グラファイト等の炭素材料；等が使用できる。また、導電性高分子化合物や半導体にはドーピングが行われていてもよい。その際のドーパントとしては、例えば、塩酸、硫酸などの無機酸；スルホン酸等の酸性官能基を有する有機酸；ＰＦ５、ＡｓＦ５、ＦｅＣｌ３等のルイス酸；ヨウ素等のハロゲン原子；リチウム、ナトリウム、カリウム等の金属原子；等が挙げられる。ホウ素、リン、砒素などはシリコンなどの無機半導体用のドーパントとしても多用されている。
【００２６】
また、上記のドーパントにカーボンブラックや金属粒子などを分散した導電性の複合材料も用いられる。直接、半導体層４と接触するソース電極１およびドレイン電極３はコンタクト抵抗を低減するために適切な仕事関数を選択するか、表面処理などが大切になる。
【００２７】
また、ソース電極１とドレイン電極３との間の距離（チャネル長）が素子の特性を決める重要なファクターとなる。該チャネル長は、通常０．１〜３００μｍ、好ましくは０．５〜１００μｍである。チャネル長が短ければ取り出せる電流量は増えるが、逆にコンタクト抵抗の影響など短チャネル効果が発生し、制御が困難となるため、適正なチャネル長が必要である。ソース電極１とドレイン電極３との間の幅（チャネル幅）は通常１０〜１００００μｍ、好ましくは１００〜５０００μｍとなる。またこのチャネル幅は、ソース電極１とドレイン電極３の構造をくし型構造とすることなどにより、さらに長いチャネル幅を形成することが可能で、必要な電流量や素子の構造などにより、適切な長さにする必要がある。
【００２８】
ソース電極１及びドレイン電極３のそれぞれの構造（形）について説明する。ソース電極１の構造とドレイン電極３の構造とはそれぞれ同じであっても、異なっていてもよい。
ボトムコンタクト構造の場合は、一般的にはリソグラフィー法を用いて各電極１、３、及び５を作製し、また各電極１、３、及び５は直方体に形成するのが好ましい。半導体層２上に電極１、３、及び５のあるトップコンタクト構造の場合はシャドウマスクなどを用いて蒸着することができ、インクジェットなどの手法を用いて電極パターンを直接印刷形成することもできる。電極１及び３の長さは前記のチャネル幅と同じでよい。電極１、３、及び５の幅には特に規定は無いが、電気的特性を安定化できる範囲で、素子の面積を小さくするためには短い方が好ましい。電極１、３、及び５の幅は、通常０．１〜１０００μｍであり、好ましくは０．５〜１００μｍである。電極１、３、及び５の厚さは、通常０．１〜１０００ｎｍであり、好ましくは１〜５００ｎｍであり、より好ましくは５〜２００ｎｍである。各電極１、３及び５には配線が連結されているが、配線も電極１、３、及び５とほぼ同様の材料により作製される。
【００２９】
絶縁体層４としては絶縁性を有する材料が用いられる。絶縁性を有する材料としては、例えば、ポリパラキシリレン、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリビニルフェノール、ポリアミド、ポリイミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリビニルアルコール、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン、ポリスルホン、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等のポリマー及びこれらを組み合わせた共重合体；二酸化珪素、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化タンタル等の金属酸化物；ＳｒＴｉＯ３、ＢａＴｉＯ３などの強誘電性金属酸化物；窒化珪素、窒化アルミニウムなどの窒化物；硫化物、フッ化物などの誘電体；あるいは、これら誘電体の粒子を分散させたポリマー；等が使用しうる。絶縁体層４の膜厚は、材料によって異なるが、通常０．１ｎｍ〜１００μｍ、好ましくは０．５ｎｍ〜５０μｍ、より好ましくは１ｎｍ〜１０μｍである。
【００３０】
半導体層２の材料として、本発明の一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物の少なくとも一種の化合物を有機半導体材料として用いることができる。一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物及びその化合物を含む組成物を用いて薄膜を形成し、成膜に溶剤を使用している場合は積極的に溶剤を蒸発させたのちに使用することが好ましい。後述するが蒸着方法で、半導体層２を形成する場合は上記一般式（１）で表される複数の有機多環芳香族化合物の混合物よりも、単一の化合物を有機半導体として用いることが特に好ましい。しかし、上記のようにトランジスタの特性を改善する目的等のための、ドーパント等の添加剤については、これを含有することを妨げない。溶液プロセスで半導体層２を形成する場合はこれに限らない。
【００３１】
上記の添加剤は、有機半導体材料の総量を１とした場合、通常０．０１〜１０重量％、好ましくは０．０５〜５重量％、より好ましくは０．１〜３重量％の範囲で添加するのがよい。
【００３２】
また半導体層２についても複数の層を形成していてもよいが、単層構造であることがより好ましい。半導体層２の膜厚は、必要な機能を失わない範囲で、薄いほど好ましい。図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｄに示すような横型の薄膜トランジスタにおいては、半導体層２に所定以上の膜厚があれば素子の特性は膜厚に依存しない一方、半導体層２の膜厚が厚くなると漏れ電流が増加してくることが多いためである。必要な機能を示すための半導体層２の膜厚は、通常、１ｎｍ〜１０μｍ、好ましくは５ｎｍ〜５μｍ、より好ましくは１０ｎｍ〜３μｍである。
【００３３】
薄膜トランジスタには、例えば基板６と絶縁体層４との間や絶縁体層４と半導体層２との間や素子の外面に必要に応じて他の層を設けることができる。例えば、半導体層２上に直接、又は他の層を介して、保護層を形成すると、湿度などの外気の影響を小さくすることができ、また、素子のＯＮ／ＯＦＦ比を上げることができるなど、電気的特性を安定化できる利点もある。
【００３４】
保護層の材料としては特に限定されないが、例えば、エポキシ樹脂、ポリメチルメタクリレート等のアクリル樹脂、ポリウレタン、ポリイミド、ポリビニルアルコール、フッ素樹脂、ポリオレフィン等の各種樹脂からなる膜；酸化珪素、酸化アルミニウム、窒化珪素等の無機酸化膜、及び窒化膜等の誘電体からなる膜、等が好ましく用いられ、特に、酸素や水分の透過率や吸水率の小さな樹脂（ポリマー）が好ましい。有機ＥＬディスプレイ用に開発されている保護材料も保護層の材料として使用が可能である。保護層の膜厚は、その目的に応じて任意の膜厚を選択できるが、通常１００ｎｍ〜１ｍｍである。
【００３５】
また、半導体層が積層される基板又は絶縁体層上などに予め表面処理を行うことにより、薄膜トランジスタ素子としての特性を向上させることが可能である。例えば基板表面の親水性／疎水性の度合いを調整することにより、その上に成膜される膜の膜質を改良しうる。特に、有機半導体材料は分子の配向など膜の状態によって特性が大きく変わることがある。そのため、基板などへの表面処理によって、基板などとその後に成膜される半導体層との界面部分の分子配向が制御されること、また基板や絶縁体層上のトラップ部位が低減されることにより、キャリア移動度等の特性が改良されるものと考えられる。トラップ部位とは、未処理の基板に存在する例えば水酸基のような官能基を指し、このような官能基が存在すると、電子が該官能基に引き寄せられ、この結果としてキャリア移動度が低下する。従って、トラップ部位を低減することもキャリア移動度等の特性改良には有効な場合が多い。
【００３６】
上記のような特性改良のための基板の処理としては、例えば、ヘキサメチルジシラザン、オクチルトリクロロシラン、オクタデシルトリクロロシラン等による疎水化処理；塩酸や硫酸、酢酸等による酸処理；水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、アンモニア等によるアルカリ処理；オゾン処理；フッ素化処理；酸素やアルゴン等のプラズマ処理；ラングミュア・ブロジェット膜の形成処理；その他の絶縁体や半導体の薄膜の形成処理；機械的処理；コロナ放電などの電気的処理；また、繊維等を利用したラビング処理等、およびその組み合わせが挙げられる。これらの態様において、例えば基板層と絶縁膜層や、絶縁膜層と有機半導体層等の各層を設ける方法としては、例えば真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、印刷法、ゾルゲル法等が適宜採用できる。
【００３７】
次に、本発明に係る薄膜トランジスタ素子の製造方法について、図１Ｂに示す態様例のトップコンタクトボトムゲート型薄膜トランジスタを例として、図２に基づき以下に説明する。この製造方法は前記した他の態様の薄膜トランジスタ等にも同様に適用しうるものである。
【００３８】
（薄膜トランジスタの基板６及び基板処理について）
本発明の薄膜トランジスタは、基板６上に必要な各種の層や電極を設けることで作製される（図２（１）参照）。基板６としては上記で説明したものが使用できる。この基板６上に前述の表面処理などを行うことも可能である。基板６の厚みは、必要な機能を妨げない範囲で薄い方が好ましい。基板６の厚みは、材料によっても異なるが、通常１μｍ〜１０ｍｍであり、好ましくは５μｍ〜５ｍｍである。また、必要により基板６に電極の機能を持たせるようにしてもよい。
【００３９】
（ゲート電極５の形成について）
基板６上にゲート電極５を形成する（図２（２）を参照）。電極材料としては上記で説明したものが用いられる。電極膜を成膜する方法としては、各種の方法を用いることができ、例えば真空蒸着法、スパッタ法、塗布法、熱転写法、印刷法、ゾルゲル法等が採用される。成膜時又は成膜後、所望の形状になるよう必要に応じてパターニングを行うのが好ましい。パターニングの方法としても各種の方法を用いうるが、例えばフォトレジストのパターニングとエッチングを組み合わせたフォトリソグラフィー法等が挙げられる。また、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法、及びこれら手法を複数組み合わせた手法を利用し、パターニングすることも可能である。ゲート電極５の膜厚は、材料によっても異なるが、通常０．１ｎｍ〜１０μｍであり、好ましくは０．５ｎｍ〜５μｍであり、より好ましくは１ｎｍ〜３μｍである。また、ゲート電極５が基板６を兼ねる場合は、ゲート電極５の膜厚は上記の膜厚より大きくてもよい。
【００４０】
（絶縁体層４の形成について）
ゲート電極５上に絶縁体層４を形成する（図２（３）参照）。絶縁体材料としては上記で説明したもの等が用いられる。絶縁体層４を形成するにあたっては各種の方法を用いうる。例えばスピンコーティング、スプレーコーティング、ディップコーティング、キャスト、バーコート、ブレードコーティングなどの塗布法、スクリーン印刷、オフセット印刷、インクジェット等の印刷法、真空蒸着法、分子線エピタキシャル成長法、イオンクラスタービーム法、イオンプレーティング法、スパッタリング法、大気圧プラズマ法、ＣＶＤ法などのドライプロセス法が挙げられる。その他、ゾルゲル法やアルミニウム上のアルマイト、シリコン上の二酸化シリコンのように金属上に酸化物膜を形成する方法等が採用される。尚、絶縁体層４と半導体層２とが接する部分においては、両層の界面で半導体を構成する分子、例えば上記式（１）で表される有機多環芳香族化合物の分子を良好に配向させるために、絶縁体層４に所定の表面処理を行うこともできる。表面処理の手法は、基板６の表面処理と同様のものを用いうる。絶縁体層４の膜厚は、その機能を損なわない範囲で薄い方が好ましい。通常０．１ｎｍ〜１００μｍであり、好ましくは０．５ｎｍ〜５０μｍであり、より好ましくは５ｎｍ〜１０μｍである。
【００４１】
（有機半導体層の形成について）
本発明の上記一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物を有機半導体材料として使用し、有機半導体層である半導体層２の形成に使用される（図２（４）参照）。半導体層２を成膜するにあたっては、各種の方法を用いることができる。具体的にはスパッタリング法、ＣＶＤ法、分子線エピタキシャル成長法、真空蒸着法等の真空プロセスでの形成方法；ディップコート法、ダイコーター法、ロールコーター法、バーコーター法、スピンコート法等の塗布法、インクジェット法、スクリーン印刷法、オフセット印刷法、マイクロコンタクト印刷法などの溶液プロセスでの形成方法；が挙げられる。
【００４２】
なお、本発明の上記一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物を有機半導体材料として使用し、半導体層２を形成する場合には、印刷などの溶液プロセスや真空プロセスによって成膜し、半導体層２を形成する方法が挙げられる。
【００４３】
まず有機半導体材料を真空プロセスによって成膜し半導体層２を得る方法について説明する。真空プロセスによる成膜方法としては、前記の有機半導体材料をルツボや金属のボート中で真空下、加熱し、蒸発した有機半導体材料を基板（基板６、絶縁体層４、ソース電極１及びドレイン電極３など）に付着（蒸着）させる方法、すなわち真空蒸着法が好ましく採用される。この際、真空度は、通常１．０×１０−１Ｐａ以下、好ましくは１．０×１０−３Ｐａ以下である。また、蒸着時の基板温度によって半導体層２の特性、ひいては薄膜トランジスタの特性が変化する場合があるので、注意深く基板温度を選択するのが好ましい。蒸着時の基板温度は通常、０〜２００℃であり、好ましくは５〜１５０℃であり、より好ましくは１０〜１２０℃であり、さらに好ましくは１５〜１００℃であり、特に好ましくは２０〜８０℃である。
【００４４】
また、蒸着速度は、通常０．００１〜１０ｎｍ／秒であり、好ましくは０．０１〜１ｎｍ／秒である。有機半導体材料から形成される半導体層２の膜厚は、通常１ｎｍ〜１０μｍ、好ましくは５ｎｍ〜５μｍ、より好ましくは１０ｎｍ〜３μｍである。
【００４５】
尚、半導体層２を形成するための有機半導体材料を加熱、蒸発させ基板に付着させる蒸着方法に代えて、その他の手法を用いても良い。
【００４６】
次いで溶液プロセスによって成膜し半導体層２を得る方法について説明する。本発明の上記一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物を溶剤等に溶解し、さらに必要であれば添加剤などを添加した組成物を、基板（絶縁体層４、ソース電極１及びドレイン電極３の露出部）に塗布する。塗布の方法としては、キャスティング、スピンコーティング、ディップコーティング、ブレードコーティング、ワイヤバーコーティング、スプレーコーティング等のコーティング法や、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法等、さらにはこれらの手法を複数組み合わせた方法が挙げられる。
【００４７】
更に、塗布方法に類似した方法として水面上に上記のインクを滴下することにより作製した有機半導体材料の単分子膜を基板に移し積層するラングミュアプロジェクト法、液晶や融液状態の材料を２枚の基板で挟んで毛管現象で基板間に導入する方法等も採用できる。
【００４８】
製膜時における基板や組成物の温度などの環境も重要で、基板や組成物の温度によってトランジスタの特性が変化する場合があるので、注意深く基板及び組成物の温度を選択するのが好ましい。基板温度は通常、０〜２００℃であり、好ましくは１０〜１２０℃であり、より好ましくは１５〜１００℃である。用いる組成物中の溶剤などに大きく依存するため、注意が必要である。
【００４９】
この方法により作製される半導体層２の膜厚は、機能を損なわない範囲で、薄い方が好ましい。膜厚が厚くなると漏れ電流が大きくなる懸念がある。半導体層２の膜厚は、通常１ｎｍ〜１０ｕｍ、好ましくは５ｎｍ〜５μｍ、より好ましくは１０ｎｍ〜３μｍである。
【００５０】
このように形成された半導体層２（図２（４）参照）は、後処理によりさらに特性を改良することが可能である。例えば、熱処理により、成膜時に生じた膜（半導体層２）中の歪みが緩和されること、ピンホール等が低減されること、膜中の配列・配向が制御できると考えられていること等の理由により、有機半導体特性の向上や安定化を図ることができる。本発明の薄膜トランジスタの作成時には、この熱処理を行うことが特性の向上の為には効果的である。本熱処理は半導体層２を形成した後に基板を加熱することによって行う。熱処理の温度は特に制限は無いが、通常、室温から１５０℃で、好ましくは４０〜１２０℃、さらに好ましくは４５〜１００℃である。この時の熱処理時間については特に制限は無いが、通常１０秒から２４時間、好ましくは３０秒〜３時間程度である。その時の雰囲気は大気中でもよいが、窒素やアルゴンなどの不活性雰囲気下でもよい。
【００５１】
また、その他の半導体層２の後処理方法として、酸素や水素等の酸化性あるいは還元性の気体や、酸化性あるいは還元性の液体などと処理することにより、酸化あるいは還元による特性変化を誘起することもできる。これは例えば膜中のキャリア密度の増加あるいは減少の目的で利用することが多い。
【００５２】
また、ドーピングと呼ばれる手法において、微量の元素、原子団、分子、高分子を半導体層２に加えることにより、半導体層２の特性を変化させることができる。例えば、酸素、水素、塩酸、硫酸、スルホン酸等の酸；ＰＦ５、ＡｓＦ５、ＦｅＣｌ３等のルイス酸；ヨウ素等のハロゲン原子；ナトリウム、カリウム等の金属原子；等を半導体層２にドーピングすることができる。これは、半導体層２に対して、これらのガスを接触させたり、溶液に浸したり、電気化学的なドーピング処理をすることにより達成できる。これらのドーピングは半導体層２の作製後でなくても、有機半導体化合物の合成時に添加したり、有機半導体素子作製用のインクを用いて半導体層２を作製するプロセスでは、そのインクに添加したり、薄膜（半導体層２）を形成する工程段階などで添加することができる。また蒸着時に半導体層２を形成する材料に、ドーピングに用いる材料を添加して共蒸着したり、半導体層２を作製する時の周囲の雰囲気に混合したり（ドーピング材料を存在させた環境下で半導体層２を作製する）、さらにはイオンを真空中で加速して膜に衝突させてドーピングすることも可能である。
【００５３】
これらのドーピングの効果は、キャリア密度の増加あるいは減少による電気伝導度の変化、キャリアの極性の変化（Ｐ型、Ｎ型）、フェルミ準位の変化等が挙げられる。
【００５４】
（保護層７について）
半導体層２上に保護層７を形成すると、外気の影響を最小限にでき、また、有機薄膜トランジスタの電気的特性を安定化できるという利点がある（図２（６）参照）。保護層７の材料としては前記のものが使用される。保護層７の膜厚は、その目的に応じて任意の膜厚を採用できるが、通常１００ｎｍ〜１μｍである。
【００５５】
保護層を成膜するにあたっては各種の方法を採用しうるが、保護層が樹脂からなる場合は、例えば、樹脂溶液を塗布後、乾燥させて樹脂膜とする方法；樹脂モノマーを塗布、あるいは蒸着したのち重合する方法；などが挙げられる。成膜後に架橋処理を行ってもよい。保護層が無機物からなる場合は、例えば、スパッタリング法、蒸着法等の真空プロセスでの形成方法や、ゾルゲル法等の溶液プロセスでの形成方法も用いることができる。
【００５６】
薄膜トランジスタにおいては有機半導体層上の他、各層の間にも必要に応じて保護層を設けることができる。それらの層は薄膜トランジスタの電気的特性の安定化に役立つ場合がある。
【００５７】
上記一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物を有機半導体材料として用いているため比較的低温プロセスでの製造が可能である。従って、高温に曝される条件下では使用できなかったプラスチック板、プラスチックフィルム等のフレキシブルな材質も基板として用いることができる。その結果、軽量で柔軟性に優れた壊れにくい素子の製造が可能になり、ディスプレイのアクティブマトリクスのスイッチング素子等として利用することができる。
【００５８】
薄膜トランジスタは、メモリー回路素子、信号ドライバー回路素子、信号処理回路素子などのデジタル素子やアナログ素子としても利用できる。さらにこれらを組み合わせることによりＩＣカードやＩＣタグの作製が可能となる。更に、薄膜トランジスタは化学物質等の外部刺激によりその特性に変化を起こすことができるので、ＦＥＴセンサーとしての利用も可能である。
【００５９】
次に有機ＥＬ素子について説明する。
有機ＥＬ素子は固体で自己発光型の大面積カラー表示や照明などの用途に利用できることが注目され、数多くの開発がなされている。その構成は、陰極と陽極からなる対向電極の間に、発光層及び電荷輸送層の２層を有する構造のもの；対向電極の間に積層された電子輸送層、発光層及び正孔輸送層の３層を有する構造のもの；及び３層以上の層を有するもの；等が知られており、また発光層が単層であるもの等が知られている。
【００６０】
ここで正孔輸送層は、正孔を陽極から注入させ、発光層への正孔を輸送し、発光層へ正孔の注入を容易にする機能と電子をブロックする機能とを有する。また、電子輸送層は、電子を陰極から注入させ発光層へ電子を輸送し、発光層へ電子の注入を容易にする機能と正孔をブロックする機能を有する。さらに発光層においてはそれぞれ注入された電子と正孔が再結合することにより励起子が生じ、その励起子が放射失活する過程で放射されるエネルギーが発光として検出される。以下に有機ＥＬ素子の好ましい態様を記載する。
【００６１】
有機ＥＬ素子は、陽極と陰極との電極間に１層又は複数層の有機薄膜が形成された素子で、電気エネルギーにより発光する素子である。
【００６２】
有機ＥＬ素子において使用されうる陽極は、正孔を、正孔注入層、正孔輸送層、発光層に注入する機能を有する電極である。一般的に仕事関数が４．５ｅＶ以上の金属酸化物や金属、合金、導電性材料などが適している。具体的には、特に限定されるものでないが、酸化錫（ＮＥＳＡ）、酸化インジウム、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）などの導電性金属酸化物、金、銀、白金、クロム、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、タングステンなどの金属、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマーや炭素が挙げられる。それらの中でも、ＩＴＯやＮＥＳＡを用いることが好ましい。
【００６３】
陽極は、必要であれば、複数の材料を用いても、また２層以上で構成されていてもよい。陽極の抵抗は素子の発光に十分な電流が供給できるものであれば限定されないが、素子の消費電力の観点からは低抵抗であることが好ましい。例えばシート抵抗値が３００Ω／□以下のＩＴＯ基板であれば素子電極として機能するが、数Ω／□程度の基板の供給も可能になっていることから、低抵抗品を使用することが望ましい。ＩＴＯの厚みは抵抗値に合わせて任意に選ぶ事ができるが、通常５〜５００ｎｍ、好ましくは１０〜３００ｎｍの間で用いられる。ＩＴＯなどの膜形成方法としては、蒸着法、電子線ビーム法、スパッタリング法、化学反応法、塗布法などが挙げられる。
【００６４】
有機ＥＬ素子において使用されうる陰極は、電子を電子注入層、電子輸送層、発光層に注入する機能を有する電極である。一般的に仕事関数の小さい（おおよそ４ｅＶ以下である）金属や合金が適している。具体的には、白金、金、銀、銅、鉄、錫、亜鉛、アルミニウム、インジウム、クロム、リチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムが挙げられるが、電子注入効率を上げて素子特性を向上させるためにはリチウム、ナトリウム、カリウム、カルシウム、マグネシウムが好ましい。合金としては、これら低仕事関数の金属を含むアルミニウムもしくは銀等の金属との合金、又はこれらを積層した構造の電極等が使用できる。積層構造の電極にはフッ化リチウムのような無機塩の使用も可能である。また、陽極側でなく陰極側へ発光を取り出す場合は、低温で製膜可能な透明電極としてもよい。膜形成方法としては、蒸着法、電子線ビーム法、スパッタリング法、化学反応法、塗布法などが挙げられるが、特に制限されるものではない。陰極の抵抗は素子の発光に十分な電流が供給できるものであれば限定されないが、素子の消費電力の観点からは低抵抗であることが好ましく、数１００〜数Ω／□程度が好ましい。膜厚は通常５〜５００ｎｍ、好ましくは１０〜３００ｎｍの範囲で用いられる。
【００６５】
更に封止、保護のために、酸化チタン、窒化ケイ素、酸化珪素、窒化酸化ケイ素、酸化ゲルマニウムなどの酸化物、窒化物、又はそれらの混合物、ポリビニルアルコール、塩化ビニル、炭化水素系高分子、フッ素系高分子などで陰極を保護し、酸化バリウム、五酸化リン、酸化カルシウム等の脱水剤と共に封止することができる。
【００６６】
また発光を取り出すために、一般的には素子の発光波長領域で十分に透明性を有する基板上に電極を作製することが好ましい。透明の基板としてはガラス基板やポリマー基板が挙げられる。ガラス基板はソーダライムガラス、無アルカリガラス、石英などが用いられ、機械的・熱的強度を保つのに十分な厚みがあればよく、０．５ｍｍ以上の厚みが好ましい。ガラスの材質については、ガラスからの溶出イオンが少ない方がよく、無アルカリガラスの方が好ましい。このようなものとして、ＳｉＯ２などのバリアコートを施したソーダライムガラスが市販されているのでこれを使用することもできる。またガラス以外のポリマーでできた基板としては、ポリカーボネート、ポリプロピレン、ポリエーテルサルホン、ポリエチレンテレフタレート、アクリル基板などが挙げられる。
【００６７】
有機ＥＬ素子の有機薄膜は、陽極と陰極の電極間に、１層又は複数の層で形成されている。その有機薄膜に上記一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物を含有させることにより、電気エネルギーにより発光する素子が得られる。
【００６８】
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（正孔ブロック層）、電子阻止層（電子ブロック層）、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。
【００６９】
構成例
１）正孔輸送層／電子輸送性発光層。
２）正孔輸送層／発光層／電子輸送層。
３）正孔輸送性発光層／電子輸送層。
４）正孔輸送層／発光層／正孔阻止層。
５）正孔輸送層／発光層／正孔阻止層／電子輸送層。
６）正孔輸送性発光層／正孔阻止層／電子輸送層。
７）前記１）から６）の組み合わせのそれぞれにおいて、正孔輸送層もしくは正孔輸送性発光層の前に正孔注入層を更にもう一層付与した構成。
８）前記１）から７）の組み合わせのそれぞれにおいて、電子輸送層もしくは電子輸送性発光層の前に電子注入層を更にもう一層付与した構成。
９）前記１）から８）の組み合わせにおいて使用する材料をそれぞれ混合し、この混合した材料を含有する一層のみを有する構成。
なお、前記９）は、一般にバイポーラー性の発光材料と言われる材料で形成される単一の層；又は、発光材料と正孔輸送材料又は電子輸送材料を含む層を一層設けるだけでもよい。一般的に多層構造とすることで、効率良く電荷、すなわち正孔及び／又は電子を輸送し、これらの電荷を再結合させることができる。また電荷のクエンチングなどが抑えられることにより、素子の安定性の低下を防ぎ、発光の効率を向上させることができる。
【００７０】
正孔注入層及び正孔輸送層は、正孔輸送材料を単独で、又は二種類以上の該材料の混合物を積層することにより形成される。正孔輸送材料としては、Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−Ｎ，Ｎ’−ジ（３−メチルフェニル）−４，４’’−ジフェニル−１，１’−ジアミン、Ｎ，Ｎ’−ジナフチル−Ｎ，Ｎ’−ジフェニル−４，４’−ジフェニル−１，１’−ジアミンなどのトリフェニルアミン類、ビス（Ｎ−アリルカルバゾール）又はビス（Ｎ−アルキルカルバゾール）類、ピラゾリン誘導体、スチルベン系化合物、ヒドラゾン系化合物、トリアゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体やポルフィリン誘導体に代表される複素環化合物、ポリマー系では前記単量体を側鎖に有するポリカーボネートやスチレン誘導体、ポリビニルカルバゾール、ポリシランなどが好ましく使用できる。素子作製に必要な薄膜を形成し、電極から正孔が注入できて、さらに正孔を輸送できる物質であれば特に限定されるものではない。正孔注入性を向上するための、正孔輸送層と陽極の間に設ける正孔注入層としては、フタロシアニン誘導体、ｍ−ＭＴＤＡＴＡ（４，４’，４’’−トリス［フェニル（ｍ−トリル）アミノ］トリフェニルアミン）等のスターバーストアミン類、高分子系ではＰＥＤＯＴ（ポリ（３，４−エチレンジオキシチオフェン））等のポリチオフェン、ポリビニルカルバゾール誘導体等で作成されたものが挙げられる。
【００７１】
電子輸送層は、電子輸送材料を単独で、又は二種類以上の該材料の混合物を積層することにより形成される。電子輸送材料としては、電界を与えられた電極間において負極からの電子を効率良く輸送することが必要である。電子輸送材料は、電子注入効率が高く、注入された電子を効率良く輸送することが好ましい。そのためには電子親和力が大きく、しかも電子移動度が大きく、さらに安定性に優れ、トラップとなる不純物が製造時及び使用時に発生しにくい物質であることが要求される。このような条件を満たす物質として、トリス（８−キノリノラト）アルミニウム錯体に代表されるキノリノール誘導体金属錯体、トロポロン金属錯体、ペリレン誘導体、ペリノン誘導体、ナフタルイミド誘導体、ナフタル酸誘導体、オキサゾール誘導体、オキサジアゾール誘導体、チアゾール誘導体、チアジアゾール誘導体、トリアゾール誘導体、ビススチリル誘導体、ピラジン誘導体、フェナントロリン誘導体、ベンゾオキサゾール誘導体、キノキサリン誘導体などが挙げられるが特に限定されるものではない。これらの電子輸送材料は単独でも用いられるが、異なる電子輸送材料と積層又は混合して使用しても構わない。電子注入性を向上するための、電子輸送層と陰極の間に設ける電子注入層としては、セシウム、リチウム、ストロンチウムなどの金属やフッ化リチウムなどが挙げられる。
【００７２】
正孔阻止層は、正孔阻止性物質単独又は二種類以上の物質を積層、混合することにより形成される。正孔阻止性物質としては、バソフェナントロリン、バソキュプロイン等のフェナントロリン誘導体、シロール誘導体、キノリノール誘導体金属錯体、オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体などが好ましい。正孔阻止性物質は、正孔が陰極側から素子外部に流れ出てしまい発光効率が低下するのを阻止することができる化合物であれば特に限定されるものではない。
【００７３】
発光層とは、発光する有機薄膜の意味であり、例えば強い発光性を有する正孔輸送層、電子輸送層又はバイポーラー輸送層であると言うことができる。発光層は、発光材料（ホスト材料、ドーパント材料など）により形成されていればよく、これはホスト材料とドーパント材料との混合物であっても、ホスト材料単独であっても、いずれでもよい。ホスト材料とドーパント材料は、それぞれ一種類であっても、複数の材料の組み合わせであってもよい。
【００７４】
ドーパント材料はホスト材料の全体に含まれていても、部分的に含まれていても、いずれであってもよい。ドーパント材料は積層されていても、分散されていても、いずれであってもよい。発光層として例えば前述の正孔輸送層や電子輸送層が挙げられる。発光層に使用される材料としては、カルバゾール誘導体、アントラセン誘導体、ナフタレン誘導体、フェナントレン誘導体、フェニルブタジエン誘導体、スチリル誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、キノリン誘導体、テトラセン誘導体、ペリレン誘導体、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、ポルフィリン誘導体や燐光性金属錯体（Ｉｒ錯体、Ｐｔ錯体、Ｅｕ錯体など）などが挙げられる。
【００７５】
有機ＥＬ素子の有機薄膜の形成方法は、一般的に、真空プロセスである抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、分子積層法、溶液プロセスであるキャスティング、スピンコーティング、ディップコーティング、ブレードコーティング、ワイヤバーコーティング、スプレーコーティング等のコーティング法や、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法等、さらにはこれらの手法を複数組み合わせた方法を採用しうる。各層の厚みは、それぞれの物質の抵抗値・電荷移動度にもよるので限定することはできないが、０．５〜５０００ｎｍの間から選ばれる。好ましくは１〜１０００ｎｍ、より好ましくは５〜５００ｎｍである。
【００７６】
有機ＥＬ素子を構成する有機薄膜のうち、陽極と陰極の電極間に存在する、発光層、正孔輸送層、電子輸送層、正孔ブロック層、電子ブロック層などの薄膜の１層又は複数層に上記一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物を含有させることにより、低電気エネルギーでも効率良く発光する素子が得られる。
【００７７】
上記一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物は正孔輸送層や発光層、電子輸送層正孔ブロック層、電子ブロック層として好適に用いることができる。例えば前述した電子輸送材料又は正孔輸送材料、発光材料などと組み合わせて使用することや混合して使用することができる。
【００７８】
上記一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物をドーパント材料と組み合わせたホスト材料として用いるときの、ドーパント材料の具体例としてはビス（ジイソプロピルフェニル）ペリレンテトラカルボン酸イミドなどのペリレン誘導体、ペリノン誘導体、４−（ジシアノメチレン）−２メチル−６−（ｐ−ジメチルアミノスチリル）−４Ｈピラン（ＤＣＭ）やその類縁体、マグネシウムフタロシアニン、アルミニウムクロロフタロシアニンなどの金属フタロシアニン誘導体、ローダミン化合物、デアザフラビン誘導体、クマリン誘導体、オキサジン化合物、スクアリリウム化合物、ビオラントロン化合物、ナイルレッド、５−シアノピロメテン−ＢＦ４錯体等のピロメテン誘導体、さらに燐光材料としてアセチルアセトンやベンゾイルアセトンとフェナントロリンなどを配位子とするＥｕ錯体や、Ｉｒ錯体、Ｒｕ錯体、Ｐｔ錯体、Ｏｓ錯体などのポルフィリン、オルトメタル金属錯体などを用いることができるが特にこれらに限定されるものではない。また２種類のドーパント材料を混合する場合は、ルブレンのようなアシストドーパントを用いてホスト色素からのエネルギーを効率良く移動して色純度の向上した発光を得ることも可能である。いずれの場合も高輝度特性を得るためには、蛍光量子収率が高いものをドーピングすることが好ましい。
【００７９】
用いるドーパント材料の量は、多すぎると濃度消光現象が起きるため、通常ホスト材料に対して３０質量％以下で用いる。好ましくは２０質量％以下であり、更に好ましくは１０質量％以下である。発光層におけるドーパント材料をホスト材料にドーピングする方法としては、ホスト材料との共蒸着法によって形成することができるが、ホスト材料と予め混合してから同時に蒸着してもよい。また、ホスト材料にサンドイッチ状に挟んで使用することも可能である。この場合、一層又は二層以上のドーパント層として、ホスト材料と積層してもよい。
【００８０】
これらのドーパント層は単独で各層を形成することもできるし、それらを混合して使用してもよい。また、ドーパント材料を、高分子結着剤としてポリ塩化ビニル、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリスチレンスルホン酸、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）、ポリ（メチル）（メタ）アクリレート、ポリブチルメタクリレート、ポリエステル、ポリスルフォン、ポリフェニレンオキサイド、ポリブタジエン、炭化水素樹脂、ケトン樹脂、フェノキシ樹脂、ポリサルフォン、ポリアミド、エチルセルロース、酢酸ビニル、ＡＢＳ樹脂（アクリロニトリル−ブタジエン−スチレン樹脂）、ポリウレタン樹脂などの溶剤可溶性樹脂や、フェノール樹脂、キシレン樹脂、石油樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂などの硬化性樹脂に溶解又は分散させて用いることも可能である。
【００８１】
有機ＥＬ素子はフラットパネルディスプレイとして好適に使用することができる。またフラットバックライトとしても用いることができ、この場合、有色光を発するものでも白色光を発するものでもいずれでも使用できる。バックライトは、主に自発光しない表示装置の視認性を向上させる目的に使用され、液晶表示装置、時計、オーディオ機器、自動車パネル、表示板、標識などに使用される。特に、液晶表示装置、中でも薄型化が課題となっている、パソコン用途のための従来のバックライトは、蛍光灯や導光板からなっているため薄型化が困難であったが、本発明の発光素子を用いたバックライトは、薄型、軽量が特徴であるため上記問題点は解消される。同様に照明にも有用に用いることができる。
【００８２】
本発明の上記一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物を用いると、発光効率が高く、寿命が長い有機ＥＬ表示装置を得る事が出来る。さらに本発明の薄膜トランジスタ素子を組み合わせることで印加電圧のオンオフ現象を電気的に高精度に制御した有機ＥＬ表示装置を低コストで供給することが可能となる。
【００８３】
次に有機太陽電池素子について説明する。
上記一般式（１）で表される、有機多環芳香族化合物を用いて、フレキシブルで低コストの、有機太陽電池素子を簡便に作製することができる。すなわち、有機太陽電池素子は、色素増感太陽電池の様に電解液を用いないため、柔軟性や寿命向上の点で有利であることが特長である。従来は導電性ポリマーやフラーレンなどを組み合わせた有機薄膜半導体を用いる太陽電池の開発が主流であったが、発電変換効率が問題となっている。
【００８４】
一般に有機太陽電池素子の構成はシリコン系の太陽電池と同様に、発電を行う層（発電層）を陽極と陰極ではさみ、光を吸収することで発生した正孔と電子を、各電極で受け取ることで太陽電池として機能する。その発電層はＰ型の材料とＮ型の材料、及びバッファー層などのその他の材料で構成されおり、その材料に有機材料が用いられているものを有機太陽電池という。構造としては、ショットキー接合、ヘテロ接合、バルクヘテロ接合、ナノ構造接合、ハイブリッドなどが挙げられ、各材料が効率的に入射光を吸収し、電荷を発生させ、発生した電荷（正孔と電子）を分離・輸送・収集することで太陽電池として機能する。
【００８５】
次に有機太陽電池素子における構成要素について説明する。
有機太陽電池素子における陽極及び陰極としては、先に述べた有機ＥＬ素子と同様である。光を効率的に取り込む必要があるため、発電層の吸収波長領域で透明性を有する電極とすることが望ましい。また良好な太陽電池特性を有するためにはシート抵抗が２０Ω／□以下であることが好ましい。
【００８６】
発電層は、少なくとも、上記一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物を含有する有機薄膜の１層又は複数層から形成されている。有機太陽電池は先に示した構造をとることが可能であるが、基本的にＰ型の材料とＮ型の材料、及びバッファー層で構成されている。
【００８７】
Ｐ型の材料としては、基本的に有機ＥＬ素子の項で述べた正孔注入及び正孔輸送層と同様に正孔を輸送できる化合物や、ポリパラフェニレンビニレン誘導体、ポリチオフェン誘導体、ポリフルオレン誘導体、ポリアニリン誘導体等のπ共役型ポリマー、カルバゾールやその他複素環を側鎖にもつポリマーが挙げられる。また、ペンタセン誘導体、ルブレン誘導体、ポルフィリン誘導体、フタロシアニン誘導体、インジゴ誘導体、キナクリドン誘導体、メロシアニン誘導体、シアニン誘導体、スクアリウム誘導体、ベンゾキノン誘導体なども挙げられる。
【００８８】
Ｎ型の層としては、基本的に有機ＥＬ素子の項で述べた電子輸送層と同様に電子を輸送できる化合物やピリジン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、キノリン及びその誘導体を骨格にもつオリゴマーやポリマー、ベンゾフェナンスロリン類及びその誘導体を持つポリマー、シアノポリフェニレンビニレン誘導体（ＣＮ−ＰＰＶ（シアノポリフェニレンビニレン）など）などの高分子材料や、フッ素化フタロシアニン誘導体、ペリレン誘導体、ナフタレン誘導体、バソキュプロイン誘導体、Ｃ６０やＣ７０、ＰＣＢＭ（フェニルＣ６１酪酸メチルエステル）などのフラーレン誘導体などの低分子材料が挙げられる。それぞれ光を効率的に吸収し、電荷を発生させることが好ましく、使用する材料の吸光係数が高い物が好ましい。
【００８９】
上記一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物は特にＮ型の材料として好適に用いることが出来る。有機太陽電池の発電層用の薄膜の形成方法は先述の有機ＥＬ素子の項で述べた方法と同様でよい。薄膜の膜厚などは太陽電池の構成によっても異なるが、光を十分に吸収するため、及び短絡を防ぐためには厚いほうが良いが、発生した電荷を輸送する距離は短い方が良いために薄い方が適している。一般的には発電層として１０〜５０００ｎｍ程度が好ましい。
【００９０】
（有機半導体レーザー素子について）
上記一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物は有機半導体特性を有する化合物である事から、有機半導体レーザー素子としての利用が期待される。すなわち、上記一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物を含有する有機半導体素子に共振器構造を組み込み、効率的にキャリアを注入して励起状態の密度を十分に高めることが出来れば、光が増幅されレーザー発振に至る事が期待される。従来、光励起によるレーザー発振が観測されるのみで、電気励起によるレーザー発振に必要とされる、高密度のキャリアを有機半導体素子に注入し、高密度の励起状態を発生させるのは非常に困難と提唱されているが、上記一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物を含有する有機半導体素子を用いることで、高効率な発光（電界発光）が起こる可能性が期待される。
【００９１】
（有機発光トランジスタについて）
次に有機発光トランジスタを説明する。上記の一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物は有機発光トランジスタにも用いることができる。有機トランジスタと有機エレクトロルミネッセンス素子を融合した発光トランジスタは、ディスプレイにおける駆動回路と発光部分が一体化した構造を持ち、駆動トランジスタ回路の占有面積を低減することができ、表示部の開口率を上げることができる。つまり部品点数の低減が可能で作製プロセスが単純になることで、更にコストの安いディスプレイが得られることになる。原理的には、有機トランジスタのソース、及びドレイン電極から、それぞれ電子・正孔を有機発光材料中に同時に注入し、再結合させることにより発光させる。発光量の調整はゲート電極からの電界によって制御することになる。
【００９２】
その構造は有機トランジスタの項で述べたものと同様でよく、有機トランジスタ用半導体層の構成に代わり発光トランジスタ材料を用いることができる。半導体化合物の特性により適宜使用する材料やプロセスを選択することができ、光を外部に取り出す為の構成が望ましい。通常の有機トランジスタでは電子又は正孔の片方だけを注入するのみで良いが、発光トランジスタの場合は、半導体層中での電子と正孔の結合により発光するため、電極から効果的な電荷の注入・結合・発光を促す構造であることが好ましい。
【００９３】
（光電変換素子について）
次に光電変換素子について説明する。
上記一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物は光電変換素子として用いることができる。有機光電変換素子は、上部電極と下部電極である、対向する二つの電極膜間に、光電変換膜を含む光電変換部を配置した素子であって、一方の電極上方から光が光電変換部に入射されるものである。該光電変換部は前記の入射光量に応じて電子と正孔を発生するものであり、半導体により前記電荷に応じた信号が読み出され、光電変換膜部の吸収波長に応じた入射光量を示す素子である。下部の電極膜には読み出しのためのトランジスタが接続される場合もある。該光電変換素子は、アレイ上に多数配置されていた場合は、入射光量に加え、入射位置情報を示すため、撮像素子となる。また、光の入射に関して、後部に存在する電極を含んだ光電変換素子が、より前部に存在する光電変換素子によって、吸収波長を邪魔されない場合は、複数の光電変換素子が積層していても良い。さらには、前述の複数の光電変換素子がそれぞれ異なる可視光を吸収する場合は多色の撮像素子となり、フルカラーフォトダイオードとなる。
【００９４】
図３に光電変換素子の態様例を示す。
図３の各態様例において、１１が絶縁部、１２が上部電極、１３が電子ブロック層、１４が光電変換部、１５が正孔ブロック層、１６が下部電極、１７が絶縁基材、もしくは光電変換素子をそれぞれ表す。図中には読み出しのトランジスタを記載していないが、下部電極に接続されていればよく、更には、半導体が透明であれば下部電極の下に成膜されていてもよい。入射光は光電変換部以外が光電変換部の吸収波長を極度に邪魔しないものであれば、上部下部、いずれからの入射でもよい。
【００９５】
ここで、光電変換部は、光電変換層、電子輸送層、正孔輸送層、電子ブロック層、正孔ブロック層、結晶化防止層、層間接触改良層など複数の層からなることが多いが、これに限定されるものではない。
【００９６】
光電変換層には一般的に有機半導体膜が用いられるが、その有機半導体膜は一層、もしくは複数の層であっても良く、一層の場合は、Ｐ型有機半導体膜、Ｎ型有機半導体膜、又はそれらの混合膜（バルクヘテロ構造）が用いられる。一方、複数の層である場合は、２−１０層程度であり、Ｐ型有機半導体膜、Ｎ型有機半導体膜、又はそれらの混合膜（バルクヘテロ構造）のいずれかを積層した構造であり、層間にバッファ層が挿入されていても良い。
【００９７】
有機半導体膜には、吸収する波長帯に応じ、トリアリールアミン化合物、ベンジジン化合物、ピラゾリン化合物、スチリルアミン化合物、ヒドラゾン化合物、トリフェニルメタン化合物、カルバゾール化合物、ポリシラン化合物、チオフェン化合物、フタロシアニン化合物、シアニン化合物、メロシアニン化合物、オキソノール化合物、ポリアミン化合物、インドール化合物、ピロール化合物、ピラゾール化合物、ポリアリーレン化合物、カルバゾール誘導体、ナフタレン誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、フェニルブタジエン誘導体、スチリル誘導体、キノリン誘導体、テトラセン誘導体、ピレン誘導体、ペリレン誘導体、フルオランテン誘導体、キナクリドン誘導体、クマリン誘導体、ポルフィリン誘導体や燐光性金属錯体（Ｉｒ錯体、Ｐｔ錯体、Ｅｕ錯体など）等を用いることができる。
【００９８】
ここで正孔輸送層は、発生した正孔を光電変換層から電極へ輸送し、光電変換層から電極への正孔の移動を容易にする機能と、電極からの電子移動をブロックする機能とを有する。また、電子輸送層は、発生した電子を光電変換層から電極へ輸送し、光電変換層から電極への電子の移動を容易にする機能と、電極からの正孔の移動をブロックする機能を有する。また、正孔ブロック層は、電極から光電変換層への正孔の移動を妨げ、光電変換層内での再結合を防ぎ、暗電流を低減する機能を有する。電子ブロック層は、電極から光電変換層への電子の移動を妨げ、光電変換層内での再結合を防ぎ、暗電流を低減する機能を有する。また、正孔ブロック層、および電子ブロック層は、光電変換膜の光吸収を妨げないために、光電変換層の吸収波長での透過率が高いことが好ましく、もしくは薄膜で用いることが好ましい。さらに光電変換層においては、入射光を受光することによって、それぞれ発生した電子と正孔を、電極へ輸送することで、電気信号として読み出し回路へ送るものである。
【００９９】
有機光電変換素子において使用されうる電極膜は、光電変換層に含まれる正孔輸送性の光電変換膜または正孔輸送膜から正孔を取り出してこれを捕集する、もしくは光電変換層に含まれる電子輸送性の光電変換膜または電子輸送膜から電子を取り出してこれを吐き出すため、正孔輸送性光電変換膜、正孔輸送膜などの隣接する膜、もしくは、電子輸送性光電変換膜、電子輸送膜などの隣接する膜との密着性や電子親和力、イオン化ポテンシャル、安定性等を考慮して選ばれるため、特に限定されるものでないが、酸化錫（ＮＥＳＡ）、酸化インジウム、酸化錫インジウム（ＩＴＯ）、酸化亜鉛インジウム（ＩＺＯ）などの導電性金属酸化物、金、銀、白金、クロム、アルミニウム、鉄、コバルト、ニッケル、タングステンなどの金属、ヨウ化銅、硫化銅などの無機導電性物質、ポリチオフェン、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマーや炭素が挙げられる。また、必要であれば、複数の材料を用いても、また２層以上で構成されていてもよい。電極の抵抗も限定されないが、素子の受光を必要以上に妨げないものであれば限定されないが、素子の信号強度や、消費電力の観点からは低抵抗であることが好ましい。例えばシート抵抗値が３００Ω／□以下のＩＴＯ基板であれば素子電極として機能するが、数Ω／□程度の基板の供給も可能になっていることから、低抵抗品を使用することが望ましい。ＩＴＯの厚みは抵抗値に合わせて任意に選ぶ事ができるが、通常５〜５００ｎｍ、好ましくは１０〜３００ｎｍの間で用いられる。ＩＴＯなどの膜形成方法としては、蒸着法、電子線ビーム法、スパッタリング法、化学反応法、塗布法などが挙げられる。必要に応じＵＶ−オゾン処理、プラズマ処理などを施すことができる。
【０１００】
透明電極膜の材料として特に好ましいのは、ＩＴＯ、ＩＺＯ、ＳｎＯ２、ＡＴＯ（アンチモンドープ酸化スズ）、ＺｎＯ、ＡＺＯ（Ａｌドープ酸化亜鉛）、ＧＺＯ（ガリウムドープ酸化亜鉛）、ＴｉＯ２、ＦＴＯ（フッ素ドープ酸化スズ）のいずれかの材料である。透明電極膜の光透過率は、その透明電極膜を含む光電変換部に含まれる光電変換膜の吸収ピーク波長において、６０％以上が好ましく、より好ましくは８０％以上で、より好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上である。
【０１０１】
また、光電変換層を複数積層する場合、積層膜内部の電極はそれぞれの光電変換膜が検出する光以外の波長の光を透過させる必要があり、吸収光に対し、好ましくは９０％、さらに好ましくは９５％以上の光を透過する材料を用いる事が好ましい。
【０１０２】
電極膜はプラズマフリーで作製することが好ましい。プラズマフリーで電極膜を作成することで、プラズマが基板に与える影響を少なくすることができ、光電変換特性を良好にすることができる。ここで、プラズマフリーとは、電極膜の成膜中にプラズマが発生しないか、またはプラズマ発生源から基体までの距離が２ｃｍ以上、好ましくは１０ｃｍ以上、更に好ましくは２０ｃｍ以上であり、基体に到達するプラズマが減ずるような状態を意味する。
【０１０３】
電極膜の成膜中にプラズマが発生しない装置としては、例えば、電子線蒸着装置（ＥＢ蒸着装置）やパルスレーザー蒸着装置がある。以下では、ＥＢ蒸着装置を用いて透明電極膜の成膜を行う方法をＥＢ蒸着法と言い、パルスレーザー蒸着装置を用いて透明電極膜の成膜を行う方法をパルスレーザー蒸着法と言う。
【０１０４】
成膜中プラズマを減ずることが出来るような状態を実現できる装置（以下、プラズマフリーである成膜装置という）については、例えば、対向ターゲット式スパッタ装置やアークプラズマ蒸着法などが考えられる。
【０１０５】
ＴＣＯ（透明導電性酸化物）などの透明導電膜を電極膜とした場合、ＤＣ（直流）ショート、あるいはリーク電流増大が生じる場合がある。この原因の一つは、光電変換膜に導入される微細なクラックがＴＣＯなどの緻密な膜によって被覆され、反対側の電極膜との間の導通が増すためと考えられる。そのため、Ａｌなど膜質が比較して劣る電極の場合、リーク電流の増大は生じにくい。電極膜の膜厚を、光電変換膜の膜厚（クラックの深さ）に対して制御する事により、リーク電流の増大を大きく抑制できる。
【０１０６】
通常、導電性膜をある範囲より薄くすると、急激な抵抗値の増加をもたらすが、本実施形態の固体撮像素子では、シート抵抗は、好ましくは１００〜１００００Ω／□でよく、薄膜化できる膜厚の範囲の自由度は大きい。また、透明導電性薄膜は厚みが薄いほど吸収する光の量は少なくなり、一般に光透過率が増す。光透過率の増加は、光電変換膜での光吸収を増大させ、光電変換能を増大させるため、非常に好ましい。
【０１０７】
正孔ブロック層は正孔阻止性物質単独又は二種類以上の物質を積層、混合することにより形成される。正孔阻止性物質としては、バソフェナントロリン、バソキュプロイン等のフェナントロリン誘導体、シロール誘導体、キノリノール誘導体金属錯体、オキサジアゾール誘導体、オキサゾール誘導体などが用いられるが、正孔阻止性物質は、正孔が電極から素子外部に流れ出てしまうのを阻止することができる化合物であれば特に限定されるものではない。上記一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物は特に正孔ブロック層の材料として好適に用いることが出来る。有機光電変換素子の正孔ブロック層薄膜の形成方法は後述のとおりでよい。リーク電流を防止する目的には膜厚は薄い方が良いが、光入射時の信号読み出しには、十分な電流量が必要なため、膜厚はなるべく薄い方が良い。一般的には発電層として５〜５００ｎｍ程度が好ましい。
【０１０８】
有機光電変換素子の有機薄膜の形成方法は、一般的に、真空プロセスである抵抗加熱蒸着、電子ビーム蒸着、スパッタリング、分子積層法、溶液プロセスであるキャスティング、スピンコーティング、ディップコーティング、ブレードコーティング、ワイヤバーコーティング、スプレーコーティング等のコーティング法や、インクジェット印刷、スクリーン印刷、オフセット印刷、凸版印刷等の印刷法、マイクロコンタクトプリンティング法等のソフトリソグラフィーの手法等、さらにはこれらの手法を複数組み合わせた方法を採用しうる。各層の厚みは、それぞれの物質の抵抗値・電荷移動度にもよるので限定することはできないが、０．５〜５０００ｎｍの間から選ばれる。好ましくは１〜１０００ｎｍ、より好ましくは５〜５００ｎｍである。
【０１０９】
有機光電変換素子を構成する有機薄膜のうち、電極間に存在する、光電変換層、正孔輸送層、正孔ブロック層、電子輸送層、電子ブロック層などの薄膜の１層又は複数層に上記一般式（１）で表される有機多環芳香族化合物を含有させることにより、弱い光エネルギーでも効率よく電気信号に変換する素子が得られる。
【実施例】
【０１１０】
以下、実施例を挙げて本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの例に限定されるものではない。実施例中、部は特に指定しない限り質量部を、％は質量％を、化合物Ｎｏ．は上記の具体例に記載の化合物にそれぞれ対応する。また反応温度は、特に断りのない限り反応系内の内温を記載した。また、実施例又は比較例中の電流電圧の印加測定は、特に指定しない限り、半導体パラメータアナライザ４２００−ＳＣＳ（ケースレーインスツルメンツ社）を用いて行った。入射光の照射は、特に指定しない限り、ＰＶＬ−３３００（朝日分光株式会社）を用い、照射光波長５５０ｎｍ、照射光半値幅２０ｎｍにて行った。
【０１１１】
（実施例１）
２，５，８−トリス（３，５−ジフルオロフェニル）ベンゾ［１，２−ｂ：３，４−ｂ’：５，６−ｂ’’］トリチオフェン（化合物（１１４））
窒素雰囲気下、フラスコに２，５，８，−トリス（トリブチルスタニル）ベンゾ[１，２−ｂ：３，４−ｂ’：５，６−ｂ’’]トリチオフェン（４．０ｍｍｏｌ）とジメチルホルムアミド（１００ｍｌ）を加え、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム１１６ｍｇ（０．１ｍｍｏｌ）と、１−ブロモ−３，５−ジフルオロベンゼン９．２６４ｇ（４８ ｍｍｏｌ）を加え、８０℃に加熱、２４時間撹拌した。析出した固体を濾別乾燥し、得られた固体を減圧下昇華精製することによって、２，５，８−トリス（３，５−ジフルオロフェニル）ベンゾ［１，２−ｂ：３，４−ｂ’：５，６−ｂ’’］トリチオフェン（７４１ｍｇ）を得た。得られた化合物のＥＩ−ＭＳの測定結果を以下に示す。
ＥＩ−ＭＳ  ｍ／ｚ＝５８２（Ｍ＋）
【０１１２】
（実施例２）
２，５，８−トリス（３，４，５−トリフルオロフェニル）ベンゾ［１，２−ｂ：３，４−ｂ’：５，６−ｂ’’］トリチオフェン（化合物（１１６））
窒素雰囲気下、フラスコに２，５，８，−トリス（トリブチルスタニル）ベンゾ[１，２−ｂ：３，４−ｂ’：５，６−ｂ’’]トリチオフェン（４．０ｍｍｏｌ）とジメチルホルムアミド（１００ｍｌ）を加え、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム１１６ｍｇ（０．１ｍｍｏｌ）と、１−ブロモ−３，４、５−トリフルオロベンゼン４．１７７ｇ（１９．８ｍｍｏｌ）を加え、８０℃に加熱、１２時間撹拌した。析出した固体を濾別乾燥し、得られた固体を減圧下昇華精製することによって、２，５，８−トリス（３，４，５−トリフルオロフェニル）ベンゾ［１，２−ｂ：３，４−ｂ’：５，６−ｂ’’］トリチオフェン（５０６ｍｇ）を得た。得られた化合物のＥＩ−ＭＳの測定結果を以下に示す。
ＥＩ−ＭＳ  ｍ／ｚ＝６３６（Ｍ＋）
【０１１３】
（実施例３）
光電変換素子の作製およびその評価
ＩＴＯ透明導電ガラス（ジオマテック株式会社製、ＩＴＯ膜厚１５０ｎｍ）に、上記実施例１で得た２，５，８−トリス（３，５−ジフルオロフェニル）ベンゾ［１，２−ｂ：３，４−ｂ’：５，６−ｂ’’］トリチオフェンを、抵抗加熱真空蒸着により５０ｎｍ成膜した。次に光電変換層として、キナクリドンを１００ｎｍ真空成膜した。その上に電極として、アルミニウムを１００ｎｍ真空成膜し、光電変換素子を作製した。ＩＴＯとアルミニウムを電極として、アルミニウム側に５Ｖの電圧を印加した際の、暗所での電流と光照射時の電流の比は２．４ｘ１０４であった。
【０１１４】
（実施例４）
光電変換素子の作製およびその評価
ＩＴＯ透明導電ガラス（ジオマテック株式会社製、ＩＴＯ膜厚１５０ｎｍ）に、上記実施例２で得た２，５，８−トリス（３，４，５−トリフルオロフェニル）ベンゾ［１，２−ｂ：３，４−ｂ’：５，６−ｂ’’］トリチオフェンを、抵抗加熱真空蒸着により５０ｎｍ成膜した。次に光電変換層として、キナクリドンを１００ｎｍ真空成膜した。その上に電極として、アルミニウムを１００ｎｍ真空成膜し、光電変換素子を作製した。ＩＴＯとアルミニウムを電極として、アルミニウム側に５Ｖの電圧を印加した際の、暗所での電流と光照射時の電流の比は８．６ｘ１０３であった。
【０１１５】
（比較例１）
光電変換素子の作製およびその評価
ＩＴＯ透明導電ガラス（ジオマテック株式会社製、ＩＴＯ膜厚１５０ｎｍ）に、光電変換層としてキナクリドンを１００ｎｍ真空成膜した。その上に電極として、アルミニウムを１００ｎｍ真空成膜し、光電変換素子を作製した。ＩＴＯとアルミニウムを電極として、アルミニウム側に５Ｖの電圧を印加した際の、暗所での電流と光照射時の電流の比は１．２ｘ１０２であった。
【０１１６】
（比較例２）
光電変換素子の作製およびその評価
ＩＴＯ透明導電ガラス（ジオマテック株式会社製、ＩＴＯ膜厚１５０ｎｍ）に、トリス（８−キノリノラト）アルミニウムを、正孔ブロック層として、抵抗加熱真空蒸着により５０ｎｍ成膜した。次に光電変換層として、キナクリドンを１００ｎｍ真空成膜した。その上に電極として、アルミニウムを１００ｎｍ真空成膜し、光電変換素子を作製した。ＩＴＯとアルミニウムを電極として、アルミニウム側に５Ｖの電圧を印加した際の、暗所での電流と光照射時の電流の比は４．３ｘ１０であった。
【０１１７】
上記の実施例からも明らかなように、本発明により得られた有機多環芳香族化合物は、半導体特性を示し、更に良好な暗電流防止特性を示したことから、有機エレクトロニクスデバイスへの高い汎用性を有した有用な化合物であると言える。また、本発明による有機多環芳香族化合物を用いたデバイスは、きわめて高いリーク電流抑止効果を有し、また光入射時のオン電流の阻害を起こさないことから、低電圧かつ低電流の、低消費電力型有機エレクトロニクスデバイスである。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明の有機多環芳香族化合物は有機半導体用材料として有用である。特に、本発明の有機多環芳香族化合物は有機エレクトロニクスデバイス用の材料として効果的に用いられる。このため、本発明は産業上の利用可能性が高い。
【符号の説明】
【０１１９】
１  ソース電極
２  半導体層
３  ドレイン電極
４  絶縁体層
５  ゲート電極
６  基板
７  保護層
１１  絶縁部
１２  上部電極
１３  電子ブロック層
１４  光電変換部
１５  正孔ブロック層
１６  下部電極
１７  絶縁基材、もしくは他光電変換素子
【図１Ａ】
0006478277.tif 000016
【図１Ｂ】
0006478277.tif 000017
【図１Ｃ】
0006478277.tif 000018
【図１Ｄ】
0006478277.tif 000019
【図１Ｅ】
0006478277.tif 000020
【図１Ｆ】
0006478277.tif 000021
【図２】
0006478277.tif 000022
【図３】
0006478277.tif 000023