アクセプター性の基を有する化合物、これを用いた有機薄膜及び有機薄膜素子
【課題】本発明の目的は、電子輸送性に優れる有機ｎ型半導体として利用可能な化合物を提供することにある。本発明の目的はまた、係る化合物を含む有機薄膜、及びこの有機薄膜を備える有機薄膜素子を提供することにある。
【解決手段】かご状化合物又は脂肪族炭化水素化合物から誘導される４価以上の基であるコア部と、該コア部に結合した４以上の側鎖基と、を備え、側鎖基のうち２以上がアクセプター性の基を有する、化合物。
【解決手段】かご状化合物又は脂肪族炭化水素化合物から誘導される４価以上の基であるコア部と、該コア部に結合した４以上の側鎖基と、を備え、側鎖基のうち２以上がアクセプター性の基を有する、化合物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクセプター性の基を有する化合物、これを用いた有機薄膜及び有機薄膜素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
電荷（電子とホールとの総称である。）輸送性を有する有機材料を含む薄膜は、光電変換素子（例えば、有機薄膜太陽電池、光センサ）、有機エレクトロルミネッセンス素子、有機薄膜トランジスタへの応用が期待されている。そのため、ホール輸送性を示す有機ｐ型半導体及び電子輸送性を示す有機ｎ型半導体の開発が種々検討されている。
【０００３】
有機材料を用いた光電変換素子として、有機ｐ型半導体と有機ｎ型半導体との組み合わせから構成される構造が提案されている。例えば、有機ｐ型半導体としてポリフェニレンビニレン誘導体であるポリ［（２−メトキシ−５−（２’−エチルヘキシロキシ）１−４−フェニレンビニレン］及びポリへキシルチオフェン等の電子供与性のπ共役高分子を用い、有機ｎ型半導体として電子アクセプター性のフラーレン誘導体（例えばＣ６０、特許文献１、非特許文献１参照）を用いたものが報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第９４／００５０４５号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｇ．Ｙｕ、Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｎｏ．２７０、ｐ．１７８９（１９９５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、有機ｐ型半導体に比べて、従来の有機ｎ型半導体が有する電子輸送性は必ずしも十分とは言えず、より高い電子輸送性を有する有機ｎ型半導体が求められている。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、電子輸送性に優れる有機ｎ型半導体として利用可能な化合物を提供することにある。本発明の目的はまた、係る化合物を含む有機薄膜、及びこの有機薄膜を備える有機薄膜素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、かご状化合物又は脂肪族炭化水素化合物から誘導される４価以上の基であるコア部と、該コア部に結合した４以上の側鎖基と、を備え、側鎖基のうち２以上がアクセプター性の基を有する化合物に関する。
【０００９】
上記本発明に係る化合物は、側鎖基に含まれるアクセプター性の基を有することから、有機ｎ型半導体の性質（電子アクセプター性）を有する有機半導体として機能できる。そして、コア部に結合する側鎖基が立体的に配置されることから、薄膜においてアクセプターの基が立体的に等方的に配置されて、平面的な分子では得られにくい異方性のない特性が示されることが期待される。すなわち、上記本発明に係る化合物は電子輸送性に優れ、有機ｎ型半導体として利用可能である。
【００１０】
上記かご状化合物がアダマンタン又はシルセスキオキサンであり、上記脂肪族炭化水素化合物がメタンであることが好ましい。また、上記アクセプター性の基は、フラーレン誘導体残基を含む基、ナフタレンイミド誘導体残基を含む基又はペリレンイミド誘導体残基を含む基であることが好ましい。このような構造を有する化合物は、分子間の相互作用が良好であり、化合物の安定性も特に優れる。したがって、一層優れた電子輸送性が発揮される。
【００１１】
別の側面において、本発明は、上記本発明に係る化合物を含む有機薄膜、並びに、これを備える有機薄膜素子、有機薄膜トランジスタ、有機薄膜太陽電池及び光センサを提供する。
【００１２】
本発明に係る有機薄膜素子、有機薄膜トランジスタ、有機薄膜太陽電池及び光センサは、上述のように優れた電子輸送性を示す本発明の化合物を含む有機薄膜を備えているため、優れた性能を発揮することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電荷輸送性に優れる有機半導体として利用可能な新規の化合物が提供される。また、本発明によれば、この化合物を含む有機薄膜及びこの有機薄膜を備える有機薄膜素子が提供される。この有機薄膜素子は安定性に優れたものになり得る。
【００１４】
本発明に係る化合物は、好ましい実施形態では、安定性及び有機溶剤への溶解性が優れているため、溶液を用いて有機薄膜を形成することにより、性能の優れた有機薄膜素子を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式断面図である。
【図２】第２実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式断面図である。
【図３】第３実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式断面図である。
【図４】第４実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式断面図である。
【図５】第５実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式断面図である。
【図６】第６実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式断面図である。
【図７】第７実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式断面図である。
【図８】一実施形態に係る太陽電池の模式断面図である。
【図９】第１実施形態に係る光センサの模式断面図である。
【図１０】第２実施形態に係る光センサの模式断面図である。
【図１１】第３実施形態に係る光センサの模式断面図である。
【図１２】化合物Ｃ及び化合物Ｑの吸収スペクトルを示すグラフである。
【図１３】化合物Ｃ及び化合物Ｑの蛍光スペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、場合により図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００１７】
１．アクセプター性の基を有する化合物
本実施形態に係る化合物は、かご状化合物又は脂肪族炭化水素化合物から誘導される４価以上の基であるコア部と、該コア部に結合した４以上の側鎖基とから構成される。４以上の側鎖基のうち２以上は、アクセプター性の基を有する。以下、係る構成を有する化合物を場合により「アクセプター性化合物」という。
【００１８】
コア部は、側鎖基が結合する４以上の原子を結合部位として有する。側鎖基を構成する原子から、コア部の結合部位に結合する原子を任意に３つ選んだとき、それら３つの原子が形成する平面の外側（面外）に配置されコア部の結合部位に結合する別の原子が、側鎖基を構成する原子の中に少なくとも１つ存在する。このような構成を形成するコア部は、好ましくは、三角錐、四角錐及び五角錐等多角錐の頂点、三角柱、四角柱及び五角柱等の多角柱の頂点、又は、正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体及び正二十面体等の正多面体の頂点に配置された結合部位を有する。多角錐、多角柱若しくは正多面体の構造が歪んだ構造の頂点、又は、多角錐、多角柱若しくは正多面体の構造から頂点の一部が欠損した構造の頂点にコア部の結合部位が配置されていてもよい。
【００１９】
コア部としての４価の基は、脂肪族炭化水素化合物から４以上の水素原子を除いた残基であり得る。この脂肪族炭化水素化合物は、好ましくはメタンである。
【００２０】
コア部としての４価の基は、かご状化合物から４以上の水素原子又は置換基を除いた残基であり得る。このかご状化合物は、好ましくは、キュバン、アダマンタン、シルセスキオキサン及びこれらの類似体から選ばれる。これらのなかでもシルセスキオキサンが特に好ましい。コア部が同一又は異なるかご状化合物から誘導された複数の残基から構成され、これら複数の残基が互いに結合していてもよい。
【００２１】
アダマンタン及びその類似体としては、下記構造式で表されるアダマンタン（１００）、ビアダマンタン（１０１）、ジアマンタン（１０２）、トリアマンタン（１０３）、テトラマンタン（１０４）及びイソテトラマンタン（１０５）が例示される。これらの中ではアダマンタンが好ましい。
【００２２】
【化１】
【００２３】
かご状のシルセスキオキサンは、一般に、３官能性シランを部分加水分解・縮合することで得られ、式：（ＲＳｉＯ３／２）ｎ（Ｒは水素原子又は置換基を示し、ｎは正の整数を示す。）で表される構造を有する多面体クラスターである。完全縮合したｎ＝８、１０又は１２であるシルセスキオキサンの構造は、それぞれ下記構造式（２００）、（２０１）又は（２０２）で表される。完全縮合していないシルセスキオキサンを用いることもできる。シルセスキオキサンから誘導されるコア部は、４以上のＲを除いた残基である。コア部は、ｎ＝８のシルセスキオキサンから４以上のＲを除いた残基であることが好ましい。
【００２４】
【化２】
【００２５】
コア部に結合する側鎖基は、下記式（１０）で表される基である。
【００２６】
【化３】
【００２７】
式（１０）中、Ｌは単結合、又は、２価の有機基を示し、Ｔは水素原子、ハロゲン原子又は１価の有機基を示す。アクセプター性化合物が有する４以上の側鎖基のうち２以上において、Ｔはアクセプター性の基である。同一分子中に存在する複数のＬ及びＴは、それぞれ同一でも異なっていてもよいが、化合物の製造が容易であり、かつ、分子間の相互作用のし易いので、複数のＬ及びＴは同一であることが好ましい。
【００２８】
アクセプター性の基は、ドナー性の基との組み合わせにより、電子アクセプターとして機能する基から選択される。アクセプター性の基は、例えば、オキサジアゾール誘導体残基、アントラキノジメタン誘導体残基、ベンゾキノン誘導体残基、ナフトキノン誘導体残基、アントラキノン誘導体残基、テトラシアノアンスラキノジメタン誘導体残基、フルオレノン誘導体残基、ジフェニルジシアノエチレン誘導体残基、ジフェノキノン誘導体残基、８−ヒドロキシキノリン誘導体残基、Ｃ６０及びＣ７０等のフラーレン誘導体残基、ナフタレンイミド誘導体残基、又は、ペリレンイミド誘導体残基を含む基、テリレンイミド誘導体残基を含む基、クアテリレンイミド誘導体残基を含む基、ペンタリレンイミド誘導体残基を含む基、ヘキサリレンイミド誘導体残基を含む基、及びヘプタリレンイミド誘導体残基を含む基から選ばれる。これらの中でも、フラーレン誘導体残基を含む基、ナフタレンイミド誘導体残基を含む基、及びペリレンイミド誘導体残基を含む基が好ましい。更に、アクセプター性の基は、フラーレン誘導体残基を含む基、ナフタレンイミド誘導体残基を含む基又はペリレンイミド誘導体残基を含む基であることがより好ましい。合成がし易いので、ナフタレンイミド誘導体残基を含む基が特に好ましい。また、アクセプター性の基の電子吸引性が向上するので、アクセプター性の基は、フッ素原子を含有することが好ましい。
【００２９】
フラーレン誘導体残基を含む基は、例えば、下記構造式で表される。
【００３０】
【化４】
【００３１】
【化５】
【００３２】
【化６】
【００３３】
ペリレンイミド誘導体残基を含む基は、例えば、下記構造式で表される。
【００３４】
【化７】
【００３５】
【化８】
【００３６】
【化９】
【００３７】
【化１０】
【００３８】
【化１１】
【００３９】
【化１２】
【００４０】
【化１３】
【００４１】
【化１４】
【００４２】
ナフタレンイミド誘導体残基を含む基は、例えば、下記構造式で表される。
【００４３】
【化１５】
【００４４】
テリレンイミド誘導体残基を含む基は、例えば、下記構造式で表される。
【００４５】
【化１６】
【００４６】
これらの式中、Ｒ０１は１価の有機基を示し、Ｒ０２は２価の有機基を示し、Ｒ０３は３価の有機基を示し、Ｒ０１、Ｒ０２、Ｒ０３が同一式中に複数あるとき、それらは同じでも異なっていてもよい。Ａは、アルキル基、アルコキシ基、スルホニル基、アミノ基、アンモニオ基、ヒドロキシ基、ニトロ基又はハロゲン原子を示し、ｅは０〜４の整数、ｆは０〜１２の整数、ｇは０〜８の整数を示す。
【００４７】
Ｒ０１で表される１価の有機基としては、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、アルコキシ基、アリール基、１価の複素環基、アミノ基、ニトロ基、及びシアノ基が例示される。アルキル基の炭素数は１〜２０であってもよく、アルコキシ基の炭素数は１〜２０であってもよく、アリール基の炭素数は６〜６０であってもよい。１価の複素環基は、例えば、フラン、チオフェン、チエノチオフェン、ベンゾチオフェン、チアゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾチアジアゾール、オキサゾール、ピロール、イミダゾール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジンから選ばれる複素環式化合物から１個の水素原子を除いた残基である。アリール基及び１価の複素環基は、ハロゲン原子、炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数１〜１２のアルコキシ基、アミノ基、シアノ基、ニトロ基等の置換基を有していてもよい。
【００４８】
Ｒ０２で表される２価の有機基としては、アルキレン基、ビニレン基、オキシ基（−Ｏ−）、チオ基（−Ｓ−）、カルボニル基、チオカルボニル基、スルフェニル基、スルホニル基、及びモノ置換アミノ基、並びに、ベンゼン、縮合環化合物及び複素環式化合物等の環状化合物から２個の水素原子を除いた環構造を有する残基が例示される。アルキレン基の炭素数は１〜２０であってもよい。モノ置換アミノ基は、炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数６〜２０のアリール基等の１個の置換基で置換されたアミノ基である。これらの中でもアルキレン基、及び、ベンゼンから２個の水素原子を除いた残基が特に好ましい。環構造を有する残基は置換基を有していてもよい。この置換基としては、ハロゲン原子、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、１価の複素環基、アミノ基、ニトロ基、及びシアノ基が挙げられる。これらのうち、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基の炭素数は１〜２０であってもよく、アリール基の炭素数は６〜６０であってもよく、アルコキシ基の炭素数は１〜２０であってもよく、アリールオキシ基の炭素数は７〜８０であってもよい。１価の複素環基は、例えば、フラン、チオフェン、チエノチオフェン、ベンゾチオフェン、チアゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾチアジアゾール、オキサゾール、ピロール、イミダゾール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジンから選ばれる複素環式化合物から１個の水素原子を除いた残基である。
【００４９】
Ｒ０３で表される３価の有機基としては、ベンゼン、縮合環化合物及び複素環式化合物等の環状化合物から３個の水素原子を除いた環構造を有する残基が例示される。これらの中でもベンゼンから３個の水素原子を除いた残基が特に好ましい。環構造を有する残基は置換基を有していてもよい。この置換基としては、ハロゲン原子、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、１価の複素環基、アミノ基、ニトロ基、及びシアノ基が挙げられる。これらのうち、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基の炭素数は１〜２０であってもよく、アリール基の炭素数は６〜６０であってもよく、アルコキシ基の炭素数は１〜２０であってもよく、アリールオキシ基の炭素数は７〜８０であってもよい。１価の複素環基は、例えば、フラン、チオフェン、チエノチオフェン、ベンゾチオフェン、チアゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾチアジアゾール、オキサゾール、ピロール、イミダゾール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジンから選ばれる複素環式化合物から１個の水素原子を除いた残基である。
【００５０】
本実施形態に係るアクセプター性化合物は、アクセプター性の基を有する側鎖基を２以上有する。本実施形態に係るアクセプター性化合物の電子輸送性がより高まるので、アクセプター性の基の数は、好ましくは４以上、より好ましくは６以上である。また、本実施形態に係るアクセプター性化合物の電子輸送性がより一層高まるので、コア部に結合した側鎖基の全てがアクセプター性の基を有していることが特に好ましい。
【００５１】
アクセプター性の基は、側鎖基の末端に配置されることが好ましい。アクセプター性の基は、空間的に互いにできるだけ離れて配置されることが好ましい。そのため、アクセプター性の基を有する２以上の側鎖基は、対称性を有する配置の結合部位に結合していることが好ましい。
【００５２】
アクセプター性の基を有しない側鎖基におけるＴは、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、フェニル基又は置換フェニル基であることが好ましい。置換フェニル基の置換基としては、ハロゲン原子、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、１価の複素環基、アミノ基、ニトロ基及びシアノ基が挙げられる。これらのうち、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基の炭素数は１〜２０であってもよく、アリール基の炭素数は６〜６０であってもよく、アルコキシ基の炭素数は１〜２０であってもよく、アリールオキシ基の炭素数は７〜８０であってもよい。１価の複素環基は、例えば、フラン、チオフェン、チエノチオフェン、ベンゾチオフェン、チアゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾチアジアゾール、オキサゾール、ピロール、イミダゾール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジンから選ばれる複素環式化合物から１個の水素原子を除いた残基である。これらの置換基における一部又は全部の水素原子がフッ素原子により置換されていてもよい。アクセプター性化合物の安定性が向上するので、フェニル基及び置換フェニル基がより好ましく、フェニル基が更に好ましい。
【００５３】
式（１０）中のＬは、好ましくは、下記一般式（１１）で表される基である。これにより、側鎖基の末端に配置されるアクセプター性の基同士の相互作用が起こりやすくなり、電荷輸送性が特に向上する。
【００５４】
【化１７】
【００５５】
式（１１）中、Ｑは、エステル結合（−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−又は−ＯＣ（＝Ｏ）−）、炭酸エステル結合（−ＯＣ（＝Ｏ）Ｏ−）、オキシ基（−Ｏ−）、チオ基（−Ｓ−）、アミド結合（−Ｃ（＝Ｏ）ＮＨ−、−ＮＨＣ（Ｃ＝Ｏ）−、又はこれらの水素原子が置換された基）、イミド結合（−ＮＨＣ（＝Ｏ）ＮＨ−、又はこれの水素原子が置換された基）、置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してよいビニレン基、置換基を有してもよいアセチレン基、置換基を有してもよい２価の芳香族炭化水素基、又は置換基を有してもよい２価の複素環基を示し、Ｑが複数ある場合、それらは同一でも異なっていてもよく、ｑは１〜１０の整数を示す。Ｑは、好ましくは、置換基を有してもよいアルキレン基又は置換基を有してもよいアリーレン基である。ｑは、好ましくは１〜６の整数である。
【００５６】
Ｑとしてのアルキレン基は、式：−ＣｎＨ２ｎ−（ここで、ｎは１以上の整数である。）で表される２価の飽和炭化水素基である。アルキレン基の炭素数は、好ましくは１〜１２であり、より好ましくは１〜６である。アルキレン基は、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基及びヘキシレン基から選ばれる。アルキレン基の水素原子は、一部又は全部がハロゲン原子で置換されていてもよく、このハロゲン原子は好ましくはフッ素原子である。
【００５７】
Ｑとしての２価の芳香族炭化水素基は、ベンゼン又は縮合環化合物から２個の水素原子を除いた残基である。この芳香族炭化水素基の炭素数は、通常、６〜６０であり、好ましくは６〜２０である。縮合環としては、例えば、ナフタレン環、アントラセン環及びフルオレン環が挙げられる。２価の芳香族炭化水素基としては、ベンゼンから２個の水素原子を除いた残基が好ましい。２価の芳香族炭化水素基は置換基を有していてもよい。２価の芳香族炭化水素基の炭素数には、置換基の炭素数は含まれない。置換基としては、ハロゲン原子、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、１価の複素環基、アミノ基、ニトロ基、及びシアノ基が挙げられる。これらのうち、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基の炭素数は１〜２０であってもよく、アリール基の炭素数は６〜６０であってもよく、アルコキシ基の炭素数は１〜２０であってもよく、アリールオキシ基の炭素数は７〜８０であってもよい。１価の複素環基は、例えば、フラン、チオフェン、チエノチオフェン、ベンゾチオフェン、チアゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾチアジアゾール、オキサゾール、ピロール、イミダゾール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジンから選ばれる複素環式化合物から１個の水素原子を除いた残基である。
【００５８】
Ｑとしての２価の複素環基は、複素環式化合物から２個の水素原子を除いた残基であり、その炭素数は、通常、３〜６０であり、好ましくは３〜２０である。複素環式化合物は、例えば、チオフェン、チエノチオフェン、ジチエノチオフェン、ピロール、ピリジン、ピリミジン、ピラジン及びトリアジンから選ばれる。２価の複素環基としては、チオフェン又はチエノチオフェンから２個の水素原子を除いた残基が好ましい。２価の複素環基は置換基を有していてもよく、２価の複素環基の炭素数には、置換基の炭素数は含まれない。置換基としては、ハロゲン原子、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、１価の複素環基、アミノ基、ニトロ基、及びシアノ基が挙げられる。これらのうち、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基の炭素数は１〜２０であってもよく、アリール基の炭素数は６〜６０であってもよく、アルコキシ基の炭素数は１〜２０であってもよく、アリールオキシ基の炭素数は７〜８０であってもよい。１価の複素環基は、例えば、フラン、チオフェン、チエノチオフェン、ベンゾチオフェン、チアゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾチアジアゾール、オキサゾール、ピロール、イミダゾール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジンから選ばれる複素環式化合物から１個の水素原子を除いた残基である。
【００５９】
本実施形態に係るアクセプター性化合物の好適な例は、下記一般式（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）又は（ｇ）で表される化合物である。
【００６０】
【化１８】
【００６１】
【化１９】
【００６２】
【化２０】
【００６３】
【化２１】
【００６４】
【化２２】
【００６５】
【化２３】
【００６６】
【化２４】
【００６７】
式（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）及び（ｇ）中のＬ及びＴは、式（１０）のＬ及びＴと同義である。同一分子中の複数のＬ及びＴは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。複数のＴのうち２以上はアクセプター性の基である。
【００６８】
アクセプター性化合物は、電荷輸送性が高くなり、かつ、安定性が優れるので、下記式（ｈ）、（ｉ）又は（ｊ）で表される化合物であることが特に好ましい。
【００６９】
【化２５】
【００７０】
【化２６】
【００７１】
【化２７】
【００７２】
式（ｈ）、（ｉ）及び（ｊ）中、Ｘは単結合又は−（Ｑ）ｑ−を表し、Ｑ及びｑは、式（１１）中のＱ及びｑと同義であり、同一分子中の複数のＱ及びｑはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。Ａｃはアクセプター性の基、水素原子又はフェニル基を示し、同一分子中の複数のＡｃは同一でも異なっていてもよく、同一分子中の複数のＡｃのうち２以上はアクセプター性の基である。
【００７３】
本実施形態に係るアクセプター性化合物は、例えば、Ｘが−（Ｑ）ｑ−を表す場合、以下に説明するスキームＡ又はスキームＢの方法により製造することができる。
【００７４】
以下に示すスキームＡの方法の場合、化合物(５０)、化合物（５１）及び化合物(５３)をモノマーとして用いて、アクセプター性化合物（５４）が製造される。
【００７５】
【化２８】
【００７６】
スキームＡにおいて、Ｑ、Ａｃ及びｑは、式（ｈ）、（ｉ）及び（ｊ）中のＱ、Ａｃ及びｑと同義である。Ｔｄはコア部を表し、ｈはコア部が有する結合部位の数であり、４以上の整数を表す。Ｖ及びＷはそれぞれ独立に、互いに反応して結合する活性官能基を示す。Ｖが複数ある場合には、それらは、同一でも異なっていてもよい。ｓは０〜ｑの整数を示す。ｓ＝ｑである場合、化合物（５０）と化合物（５３）とを反応させる。
【００７７】
以下に示すスキームＢの方法の場合、化合物(５６)及び化合物（５５）をモノマーとして用いて、アクセプター性化合物（５８）が製造される。アクセプター性化合物（５８）のコア部は、シルセスキオキサンから誘導される４価以上の基である。
【００７８】
【化２９】
【００７９】
スキームＢにおけるＱ、Ａｃ、Ｖ、Ｗ、ｑ及びｈは、スキームＡのＱ、Ａｃ、Ｖ、Ｗ、ｑ及びｈと同義である。Ｒ’は水素原子又はアルキル基を表し、複数のＲ’は同一でも異なっていてもよい。
【００８０】
スキームＡ及びスキームＢにおいて、活性官能基Ｖと活性官能基Ｗとから化学結合を生成させる反応は、例えば、Ｓｕｚｕｋｉカップリング反応、Ｇｒｉｇｎａｒｄ反応、Ｓｔｉｌｌｅ反応、又は脱ハロゲン化反応である。これらのうち、Ｓｕｚｕｋｉカップリング反応及びＳｔｉｌｌｅ反応が、原料の入手が容易であり、かつ、反応操作が簡便であるので、好ましい。
【００８１】
Ｓｕｚｕｋｉカップリング反応は、例えばパラジウム［テトラキス（トリフェニルホスフィン）］又はパラジウムアセテート類を触媒として用い、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム及び水酸化バリウム等の無機塩基、トリエチルアミン等の有機塩基、又はフッ化セシウム等の無機塩を、モノマーに対して当量以上、好ましくは１〜１０当量用いて行われる。無機塩の水溶液を用いて、２相系で反応を行ってもよい。溶媒は、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（以下、「ＤＭＦ」という。）、トルエン、ジメトキシエタン及びテトラヒドロフランから選ばれる。反応温度は、使用する溶媒にもよるが５０〜１６０℃が好ましい。溶媒の沸点近くまで昇温し、還流させてもよい。反応時間は通常１〜２００時間である。Ｓｕｚｕｋｉカップリング反応については、例えば、ケミカル・レビュー（Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．）、第９５巻、２４５７頁（１９９５年）に記載されている。
【００８２】
Ｓｔｉｌｌｅ反応は、例えばパラジウム［テトラキス（トリフェニルホスフィン）］又はパラジウムアセテート類を触媒として用い、有機スズ化合物をモノマーとして用いて行われる。溶媒は、例えば、ＤＭＦ、トルエン、ジメトキシエタン及びテトラヒドロフランから選ばれる。反応温度は、使用する溶媒によるが、５０〜１６０℃が好ましい。溶媒の沸点近くまで昇温し、還流させてもよい。反応時間は通常１〜２００時間である。
【００８３】
Ｖ及びＷは、例えば、ハロゲン原子、アルキルスルホネート基、アリールスルホネート基、アリールアルキルスルホネート基、ホウ酸エステル残基、スルホニウムメチル基、ホスホニウムメチル基、ホスホネートメチル基、モノハロゲン化メチル基、ホウ酸残基、ホルミル基、アルキルスタニル基及びビニル基からそれぞれ選択される。Ｖ及びＷの組み合わせは、用いる反応に応じて選択される。
【００８４】
ホウ酸エステル残基としては、例えば、下記式(３００)、（３０１）、（３０２）又は（３０３）で表される基が挙げられる。
【００８５】
【化３０】
【００８６】
Ｓｕｚｕｋｉカップリング反応の場合、Ｖ及びＷの組み合わせとしては、ハロゲン原子と、ホウ酸エステル残基又はホウ酸残基との組み合わせが好ましい。Ｓｔｉｌｌｅ反応の場合、Ｖ及びＷの組み合わせとしては、ハロゲン原子とアルキルスタニル基との組み合わせが好ましい。
【００８７】
アクセプター性化合物を合成する際、必要に応じて、モノマー中の官能基が保護基により保護される。この保護基としては、保護したい部位及び用いる反応に応じて選択される。Protective Groupes in Organic Syntehesis, 3rd ed. T.W. GreeneandP.G. M.. Wuts, 1999 John Willey & Sons, Inc.に記載されている保護基が好ましい。例えば、保護したい部位がアルキンの場合、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ｔｅｒｔ−ブチルジメチルシリル基等のトリアルキルシリル基、ビフェニルジメチルシリル基等のアリールジアルキルシリル基、２−ヒドロキシプロピル基等が挙げられる。トリメチルシリル基が特に好ましい。
【００８８】
反応させるモノマーは、必要に応じ有機溶媒に溶解される。必要に応じてアルカリ又は適当な触媒を用い、有機溶媒の融点以上沸点以下で、反応を行うことができる。アルカリ又は触媒は、反応に用いる溶媒に十分に溶解するものであることが好ましい。
【００８９】
有機溶媒は、用いる化合物や反応によっても異なるが、一般に副反応を抑制するために、十分に脱酸素処理が施されていることが好ましい。不活性雰囲気下で反応を進行させることが好ましい。同様に、脱水処理を行うことが好ましい。ただし、Ｓｕｚｕｋｉカップリング反応等の水層と有機層の２相系での反応の場合にはその限りではない。
【００９０】
反応に用いられる溶媒は、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン及びシクロヘキサン等の飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン及びキシレン等の不飽和炭化水素、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、ブロモペンタン、クロロヘキサン、ブロモヘキサン、クロロシクロヘキサン及びブロモシクロヘキサン等のハロゲン化飽和炭化水素、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン及びトリクロロベンゼン等のハロゲン化不飽和炭化水素、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール及びｔｅｒｔ−ブチルアルコール等のアルコール類、蟻酸、酢酸及びプロピオン酸等のカルボン酸、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテル、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン及びジオキサン等のエーテル類、塩酸、臭素酸、フッ化水素酸、硫酸及び硝酸等の無機酸から選ばれる。これらの溶媒は、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いられる。
【００９１】
本実施形態に係るアクセプター性化合物を有機薄膜素子用の材料として用いる場合、その純度が素子特性に影響を与えることがある。そのため、反応前のモノマーを蒸留、昇華精製、再結晶等の方法で精製することが好ましい。該アクセプター性化合物の合成後、昇華精製、再結晶、再沈精製、クロマトグラフィーによる分別等の方法で精製することも好ましい。
【００９２】
反応後は、例えば水で反応を停止させた後に有機溶媒で抽出し、溶媒を留去する等の通常の操作で生成物を得ることができる。生成物の単離後及び精製は、クロマトグラフィーによる分取や再結晶等の方法により行うことができる。
【００９３】
２．有機薄膜
本実施形態に係る有機薄膜は、上述した好適な実施形態に係るアクセプター性化合物を１種又は２種以上含有する。
【００９４】
有機薄膜の厚さは、好ましくは１ｎｍ〜１００μｍであり、より好ましくは２ｎｍ〜１０００ｎｍであり、更に好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍであり、特に好ましくは２０ｎｍ〜２００ｎｍである。
【００９５】
有機薄膜の電子輸送性又はホール輸送性を高めるため、有機薄膜は、本実施形態に係るアクセプター性化合物に加えて、本発明のアクセプター性化合物とは異なる、電子輸送性を有する低分子化合物又は高分子化合物（以下、「電子輸送性材料」という。）、ホール輸送性を有する低分子化合物又は高分子化合物（以下、「ホール輸送性材料」という。）等を含有していてもよい。
【００９６】
ホール輸送性材料は、公知のものから選択することができる。例えば、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリアリールジアミン誘導体、オリゴチオフェン及びその誘導体、ポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリシラン及びその誘導体、側鎖又は主鎖に芳香族アミン構造を有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリアリーレンビニレン及びその誘導体、ポリチエニレンビニレン及びその誘導体が挙げられる。
【００９７】
電子輸送性材料も、公知のものから選択することができる。例えば、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン及びその誘導体、ベンゾキノン及びその誘導体、ナフトキノン及びその誘導体、アントラキノン及びその誘導体、テトラシアノアンスラキノジメタン及びその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレン及びその誘導体、ジフェノキノン誘導体、８−ヒドロキシキノリン及びその誘導体の金属錯体、ポリキノリン及びその誘導体、ポリキノキサリン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体、Ｃ６０等のフラーレン類及びその誘導体が挙げられる。
【００９８】
有機薄膜は、有機薄膜中で吸収した光により電荷を発生させるために、電荷発生材料を含んでいてもよい。電荷発生材料は、公知のものから選択することができる。例えば、アゾ化合物及びその誘導体、ジアゾ化合物及びその誘導体、無金属フタロシアニン化合物及びその誘導体、金属フタロシアニン化合物及びその誘導体、ペリレン化合物及びその誘導体、多環キノン系化合物及びその誘導体、スクアリリウム化合物及びその誘導体、アズレニウム化合物及びその誘導体、チアピリリウム化合物及びその誘導体、Ｃ６０等のフラーレン類及びその誘導体が挙げられる。
【００９９】
有機薄膜は、種々の機能を発現させるために必要なその他の材料を含んでいてもよい。その他の材料としては、例えば、吸収した光により電荷を発生させる機能を増感するための増感剤、安定性を増すための安定化剤、紫外（ＵＶ）光を吸収するためのＵＶ吸収剤等が挙げられる。
【０１００】
有機薄膜は、その機械的特性を高めるために、本実施形態に係るアクセプター性化合物以外の高分子材料を高分子バインダーとして含有していてもよい。高分子バインダーとしては、電荷輸送性を極度に阻害しないものが好ましく、また可視光に対する吸収が強くないものが好ましく用いられる。
【０１０１】
この高分子バインダーとしては、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）及びその誘導体、ポリ（２，５−チエニレンビニレン）及びその誘導体、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリシロキサンが例示される。
【０１０２】
本実施形態に係る有機薄膜は、例えば、本実施形態に係るアクセプター性化合物と、必要に応じて電子輸送性材料、ホール輸送性材料及び高分子バインダー等のその他の材料と、溶媒とを含む溶液を成膜し、成膜された溶液から溶媒を除去する方法により製造することができる。アクセプター性化合物が昇華性を有する場合、真空蒸着法により有機薄膜を形成することができる。
【０１０３】
上記溶液の溶媒は、アクセプター性化合物及びその他の材料を溶解するものであばよい。例えば、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン、デカリン、ビシクロヘキシル、ｎ−ブチルベンゼン、ｓｅｃ−ブチルベンゼン及びｔｅｒｔ−ブチルベンゼン等の不飽和炭化水素系溶媒、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、ブロモペンタン、クロロヘキサン、ブロモヘキサン、クロロシクロヘキサン及びブロモシクロヘキサン等のハロゲン化飽和炭化水素系溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン及びトリクロロベンゼン等のハロゲン化不飽和炭化水素系溶媒、並びに、テトラヒドロフラン及びテトラヒドロピラン等のエーテル類系溶媒を用いることができる。本実施形態に係るアクセプター性化合物は、その構造や分子量にもよるが、通常、これらの溶媒に０．１質量％以上の濃度で溶解することができる。
【０１０４】
溶液を用いた成膜方法としては、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法、ディスペンサー印刷法、ノズルコート法、キャピラリーコート法等の塗布法を用いることができる。これらのうち、スピンコート法、フレキソ印刷法、インクジェット印刷法、ディスペンサー印刷法、ノズルコート法及びキャピラリーコート法が好ましい。
【０１０５】
有機薄膜を製造する方法は、アクセプター性化合物を配向させる工程を含んでいてもよい。この工程により、主鎖及び／又は側鎖が一定の方向に沿って配列して、有機薄膜の電荷移動度がより向上する。
【０１０６】
アクセプター性化合物を配向させる方法としては、液晶の配向手法として知られている方法を用いることができる。その中でも、ラビング法、光配向法、シェアリング法（ずり応力印加法）及び引き上げ塗布法が配向手法として簡便かつ有用で利用しやすい。特に、ラビング法及びシェアリング法が好ましい。
【０１０７】
有機薄膜を製造する方法は、溶媒を除去した後の薄膜をアニールする工程を含んでいてもよい。アニールにより、アクセプター性化合物間の相互作用が促進される等して、有機薄膜の膜質が改善され、電荷移動度が更に向上する。アニールの温度は、５０℃からアクセプター性化合物のガラス転移温度（Ｔｇ）付近の間の温度が好ましく、（Ｔｇ−３０℃）からＴｇの間の温度がより好ましい。アニールの時間としては、１分から１０時間が好ましく、１０分から１時間がより好ましい。アニールする雰囲気としては、真空中又は不活性ガス雰囲気中が好ましい。
【０１０８】
本実施形態の有機薄膜は、電荷輸送性を有することから、電極から注入された電荷、又は光吸収により発生した電荷を輸送制御することにより、有機薄膜トランジスタ、有機薄膜太陽電池、光センサ等、種々の有機薄膜素子に用いることができる。有機薄膜をこれらの有機薄膜素子に用いる場合は、配向処理によりアクセプター性化合物を配向させることが、高い電荷輸送性が得られることからより好ましい。
【０１０９】
３．有機薄膜素子
上述した好適な実施形態に係る有機薄膜は、本実施形態に係るアクセプター性化合物を含むことから、優れた電荷輸送性を有する。したがって、この有機薄膜は、電極等から注入された電荷、又は光吸収により発生した電荷等を効率よく輸送できる。本実施形態に係るアクセプター性化合物は、環境安定性にも優れているため、これらを用いて薄膜を形成することで、通常の大気中においても性能が安定している有機薄膜素子を得ることが可能である。以下、各種の有機薄膜素子の好適な実施形態について説明する。
【０１１０】
（有機薄膜トランジスタ）
有機薄膜トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極と、これらの間の電流経路として機能する活性層と、電流経路を通る電流量を制御するゲート電極とから構成される。有機薄膜トランジスタとしては、電界効果型、静電誘導型が例示される。活性層として、上述の実施形態に係るアクセプター性化合物を含む有機薄膜が用いられる。
【０１１１】
電界効果型有機薄膜トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極と、これらの間に設けられた電流経路である活性層と、電流経路を通る電流量を制御するゲート電極と、有機薄膜とゲート電極との間に設けられた絶縁層とを備えることが好ましい。ソース電極及びドレイン電極が有機薄膜に接して設けられ、更に有機薄膜に接した絶縁層を挟んでゲート電極が設けられていることが好ましい。
【０１１２】
静電誘導型有機薄膜トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極と、これらの間に設けられた電流経路である活性層と、電流経路を通る電流量を制御するゲート電極とを備え、該ゲート電極が有機薄膜中に設けられていることが好ましい。ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極が、活性層に接して設けられていることが好ましい。ゲート電極は、ソース電極からドレイン電極へ流れる電流経路が形成され、かつゲート電極に印加した電圧で電流経路を流れる電流量が制御できる構造を有していればよい。ゲート電極は、例えば、くし形電極である。
【０１１３】
図１は第１実施形態に係る有機薄膜トランジスタ（電界効果型有機薄膜トランジスタ）の模式断面図である。図１に示す有機薄膜トランジスタ１００は、基板１と、基板１上に所定の間隔を持って形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５及びドレイン電極６を覆うようにして基板１上に形成された活性層２と、活性層２上に形成された絶縁層３と、ソース電極５とドレイン電極６との間の絶縁層３の領域を覆うように絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、を備える。
【０１１４】
図２は第２実施形態に係る有機薄膜トランジスタ（電界効果型有機薄膜トランジスタ）の模式断面図である。図２に示す有機薄膜トランジスタ１１０は、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５と、ソース電極５を覆うようにして基板１上に形成された活性層２と、ソース電極５と所定の間隔をあけて活性層２上に形成されたドレイン電極６と、活性層２及びドレイン電極６上に形成された絶縁層３と、ソース電極５とドレイン電極６との間の絶縁層３の領域を覆うように絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、を備える。
【０１１５】
図３は、第３の実施形態に係る有機薄膜トランジスタ（電界効果型有機薄膜トランジスタ）の模式断面図である。図３に示す有機薄膜トランジスタ１２０は、基板１と、基板１上に形成された活性層２と、活性層２上に所定の間隔をあけて形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５及びドレイン電極６を一部覆うようにして活性層２上に形成された絶縁層３と、ソース電極５が下部に形成されている絶縁層３の領域とドレイン電極６が下部に形成されている絶縁層３の領域とをそれぞれ一部覆うように、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、を備える。
【０１１６】
図４は第４実施形態に係る有機薄膜トランジスタ（電界効果型有機薄膜トランジスタ）の模式断面図である。図４に示す有機薄膜トランジスタ１３０は、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の領域を一部覆うように、絶縁層３上に所定の間隔を持って形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５及びドレイン電極６を一部覆うように絶縁層３上に形成された活性層２と、を備える。
【０１１７】
図５は第５実施形態に係る有機薄膜トランジスタ（電界効果型有機薄膜トランジスタ）の模式断面図である。図５に示す有機薄膜トランジスタ１４０は、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の領域を一部覆うように絶縁層３上に形成されたソース電極５と、ソース電極５を一部覆うようにして絶縁層３上に形成された活性層２と、ゲート電極４が下部に形成されている活性層２の領域を一部覆うように、ソース電極５と所定の間隔をあけて絶縁層３上に形成されたドレイン電極６と、を備える。
【０１１８】
図６は第６実施形態に係る有機薄膜トランジスタ（電界効果型有機薄膜トランジスタ）の模式断面図である。図６に示す有機薄膜トランジスタ１５０は、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の領域を覆うように形成された活性層２と、ゲート電極４が下部に形成されている活性層２の領域を一部覆うように絶縁層３上に形成されたソース電極５と、ゲート電極４が下部に形成されている活性層２の領域を一部覆うように、ソース電極５と所定の間隔をあけて絶縁層３上に形成されたドレイン電極６と、を備える。
【０１１９】
図７は第７実施形態に係る有機薄膜トランジスタ（静電誘導型有機薄膜トランジスタ）の模式断面図である。図７に示す有機薄膜トランジスタ１６０は、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５と、ソース電極５上に形成された活性層２と、活性層２上に所定の間隔をあけて複数形成されたゲート電極４と、ゲート電極４の全てを覆うようにして活性層２上に形成された活性層２ａ（活性層２ａを構成する材料は、活性層２と同一でも異なっていてもよい）と、活性層２ａ上に形成されたドレイン電極６と、を備える。
【０１２０】
第１〜第７実施形態に係る有機薄膜トランジスタにおいて、活性層２及び／又は活性層２ａは、本実施形態に係るアクセプター性化合物を含有し、ソース電極５とドレイン電極６の間の電流通路（チャネル）として機能する。ゲート電極４は、電圧を印加することにより活性層２及び／又は活性層２ａにおける電流通路（チャネル）を通る電流量を制御する。
【０１２１】
このような電界効果型有機薄膜トランジスタは、公知の方法、例えば特開平５−１１００６９号公報記載の方法により製造することができる。また、静電誘導型有機薄膜トランジスタは、公知の方法、例えば特開２００４−００６４７６号公報記載の方法により製造することができる。
【０１２２】
基板１は有機薄膜トランジスタとしての特性を阻害しないものが選択される。基板１として、ガラス基板、フレキシブルなフィルム基板、プラスチック基板を用いることができる。
【０１２３】
絶縁層３は、公知の絶縁性材料から選択されたものから形成することができる。例えば、ＳｉＯｘ，ＳｉＮｘ、Ｔａ２Ｏ５、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール、有機ガラス及びフォトレジストが挙げられる。低電圧化できるので、誘電率の高い材料を用いて絶縁層３を形成することが好ましい。
【０１２４】
絶縁層３の上に活性層２を形成する場合は、絶縁層３と活性層２の界面特性を改善するため、シランカップリング剤等の表面処理剤で絶縁層３の表面を処理して表面改質した後に活性層２を形成することも可能である。表面処理剤としては、例えば、長鎖アルキルクロロシラン類、長鎖アルキルアルコキシシラン類、フッ素化アルキルクロロシラン類、フッ素化アルキルアルコキシシラン類、ヘキサメチルジシラザン等のシリルアミン化合物が挙げられる。表面処理剤で処理する前に、絶縁層表面をオゾンＵＶ、Ｏ２プラズマで処理をしておくことも可能である。
【０１２５】
有機薄膜トランジスタを作製した後、素子を保護するために有機薄膜トランジスタ上に保護膜を形成することが好ましい。これにより、有機薄膜トランジスタが、大気から遮断され、有機薄膜トランジスタの特性の低下を抑えることができる。また、保護膜により有機薄膜トランジスタの上に駆動する表示デバイスを形成する工程における外部からの影響を低減することができる。
【０１２６】
保護膜を形成する方法としては、例えば、ＵＶ硬化樹脂、熱硬化樹脂又は無機のＳｉＯＮｘ膜でカバーする方法が挙げられる。大気との遮断を効果的に行うため、有機薄膜トランジスタを作製後、保護膜を形成するまでの工程を大気に曝すことなく（例えば、乾燥窒素雰囲気中、真空中で）行うことが好ましい。
【０１２７】
有機薄膜トランジスタを複数集積することにより有機薄膜トランジスタアレイを構成することができ、フラットパネルディスプレイのバックプレーンとして用いることもできる。
【０１２８】
（有機薄膜太陽電池）
図８は、好適な実施形態に係る有機薄膜太陽電池の模式断面図である。図８に示す有機薄膜太陽電池２００は、基板１と、基板１上に形成された第１の電極７ａと、第１の電極７ａ上に形成された活性層２と、活性層２上に形成された第２の電極７ｂと、を備える。活性層２は、本実施形態に係るアクセプター性化合物を含有する有機薄膜である。
【０１２９】
第１の電極７ａ及び第２の電極７ｂの少なくとも一方は、透明又は半透明の電極である。電極材料としては、アルミニウム、金、銀、銅、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の金属又はそれらの半透明膜、透明導電膜を用いることができる。高い開放電圧を得るためには、それぞれの電極として、仕事関数の差が大きくなるように選ばれることが好ましい。活性層２は光感度を高めるために電荷発生剤、増感剤等を含んでいてもよい。基板１としては、シリコン基板、ガラス基板、プラスチック基板等を用いることができる。
【０１３０】
有機薄膜太陽電池の動作機構を説明する。透明又は半透明の電極から入射した光エネルギーがアクセプター性化合物及び／又はドナー性化合物で吸収され、電子とホールの結合した励起子を生成する。生成した励起子が移動して、アクセプター性化合物とドナー性化合物が隣接しているヘテロ接合界面に達すると、該界面での各々の化合物のＨＯＭＯ及びＬＵＭＯのエネルギーの違いにより電子とホールが分離し、独立に動くことができる電荷が発生する。発生した電子は陰極へ、発生したホールは陽極へ移動することにより外部へ電気エネルギー（電流）として取り出すことができる。
【０１３１】
このような動作機構を考慮すると光電変換効率の高い有機薄膜太陽電池を得るためには、所望の入射光のスペクトルを効率的に吸収することができる吸収域を有したアクセプター性化合物及び／又はドナー性化合物を用いること、励起子を効率よく分離するために有機薄膜太陽電池がヘテロ接合界面を多く含むこと、生成した電荷を速やかに電極へ輸送する電荷輸送性を有する材料を用いることが重要である。
【０１３２】
本発明の有機薄膜太陽電池としては、第１の電極７ａ及び第２の電極７ｂの少なくとも一方の電極と該素子中の活性層２との間に付加的な層を設けてもよい。付加的な層としては、例えば、電荷を輸送する電荷輸送層、電極と有機層を隔離するためのバッファ層等が挙げられる。
【０１３３】
具体的には、図８に示す有機薄膜太陽電池２００において、アクセプター性化合物及びドナー性化合物を含有する活性層２と前記一対の電極のうちの一方又は両方との間にバッファ層を有する前記有機薄膜太陽電池が好ましい。
【０１３４】
有機薄膜太陽電池は、透明又は半透明の電極から太陽光等の光を照射することにより、電極間に光起電力が発生し、太陽電池として動作させることができる。有機薄膜太陽電池を複数集積することにより有機薄膜太陽電池モジュールを構成することができる。
【０１３５】
（光センサ）
図９は、第１実施形態に係る光センサの模式断面図である。図９に示す光センサ３００は、基板１と、基板１上に形成された第１の電極７ａと、第１の電極７ａ上に形成された活性層２と、活性層２上に形成された電荷発生層８と、電荷発生層８上に形成された第２の電極７ｂと、を備える。活性層２は、本実施形態に係るアクセプター性化合物を含有する有機薄膜である。
【０１３６】
図１０は、第２実施形態に係る光センサの模式断面図である。図１０に示す光センサ３１０は、基板１と、基板１上に形成された第１の電極７ａと、第１の電極７ａ上に形成された電荷発生層８と、電荷発生層８上に形成された活性層２と、活性層２上に形成された第２の電極７ｂと、を備える。活性層２は、本実施形態に係るアクセプター性化合物を含有する有機薄膜である。
【０１３７】
本実施形態に係る有機薄膜を備える光センサは、電極間に電圧を印加した状態で、透明又は半透明の電極から光を照射することにより、光電流が流れ、光センサとして動作することができる。光センサを複数集積することによりイメージセンサを構成することができる。
【０１３８】
図１１は、第３実施形態に係る光センサの模式断面図である。図１１に示す光センサ３２０は、基板１と、基板１上に形成された第１の電極７ａと、第１の電極７ａ上に形成された活性層２と、活性層２上に形成された第２の電極７ｂと、を備えるものである。活性層２は、本実施形態に係るアクセプター性化合物を含有する有機薄膜である。
【０１３９】
第１〜第３実施形態に係る光センサにおいては、第１の電極７ａ及び第２の電極７ｂの一方が透明又は半透明の電極である。電荷発生層８は光を吸収して電荷を発生する層である。電極材料としては、アルミニウム、金、銀、銅、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の金属又はそれらの半透明膜、透明導電膜を用いることができる。活性層２中は、光感度を高めるためにキャリア発生剤、増感剤等を含有していてもよい。基板１としては、シリコン基板、ガラス基板、プラスチック基板等を用いることができる。
【０１４０】
本発明は必ずしも以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【実施例】
【０１４１】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明を更に具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【０１４２】
（測定条件等）
核磁気共鳴（ＮＭＲ）スペクトルは、ＪＥＯＬ（日本電子株式会社）製の商品名ＪＭＮ−２７０（１Ｈ測定時２７０ＭＨｚ）、又は同社製の商品名ＪＭＮＬＡ−６００（１３Ｃ測定時１５０ＭＨｚ）を用いて測定した。ケミカルシフトは百万分率（ｐｐｍ）で表している。内部標準０ｐｐｍとして、テトラメチルシラン（ＴＭＳ）を用いた。結合定数（Ｊ）は、ヘルツで示しており、略号ｓ、ｄ、ｔ、ｑ、ｍ及びｂｒは、それぞれ、一重線（(singlet)、二重線(doublet)、三重線(triplet)、四重線(quartet)、多重線(multiplet)及び広幅線(broad)を表す。質量分析（ＭＳ）は、PerSeptive Biosystems社製のVoyager Linear DE-H MALDI-TOF MS（商品名）を用いて測定した。カラムクロマトグラフィー（ＧＰＣ）分離におけるシリカゲルは、関東化学株式会社製の商品名Silicagel60N（４０〜５０μｍ）を用いた。アルミナは、Merck社製の商品名aluminum oxide 90standardizedを用いた。全ての化学物質は、試薬級であり、和光純薬工業株式会社、東京化成工業株式会社、関東化学株式会社、ナカライテスク株式会社、又はシグマアルドリッチジャパン株式会社より購入した。
【０１４３】
サイクリックボルタンメトリー（以下、「ＣＶ」という。）は、ＢＡＳ社製の装置を使用し、作用電極としてＢＡＳ社製Ｐｔ電極、対電極としてＰｔ線、参照電極としてＡｇ線を用いて測定した。この測定時の掃引速度は１００ｍＶ／秒、走査電位領域は−２．８Ｖ〜１．６Ｖであった。還元電位及び酸化電位の測定は、測定される化合物を１×１０−３ｍｏｌ／Ｌと、支持電解質としてのテトラブチルアンモニウムヘキサフルオロホスフェートを０．１ｍｏｌ／Ｌとを、塩化メチレンに完全に溶解させた溶液を用いて行った。
【０１４４】
溶液の吸収スペクトルは、自記分光光度計（UV-3100PC：(株)島津製作所製）を用い、セル幅１ｃｍの石英セル、スリット幅１ｍｍの条件で測定した。溶液の蛍光スペクトルは、蛍光分光光度計（FluoroMax-2：(株)堀場製作所製）を用い、検出器として光電子増倍管（R928：浜松ホトニクス(株)製）を用いて測定した。蛍光スペクトルの測定は、溶液を石英セルに入れ、スリット幅１ｍｍ、積算時間(1nm/秒)の条件で行った。
【０１４５】
実施例１
＜化合物Ｂの合成＞
原料として用いる化合物ＡをToshifumi Dohi et al. J. Org. Chem. 2007, 72, 109.に記載の方法にしたがって合成した。
【０１４６】
【化３１】
【０１４７】
５ｍＬの試験管に、化合物Ａ（２５８ｍｇ，０．３９ｍｍｏｌ）、及び、３−アミノプロピルトリエトキシシラン（１ｍＬ）を入れ、１５０℃で一晩攪拌した。得られた生成物を、シリカゲルカラム（クロロホルム）、ＧＰＣで精製し、赤色固体の化合物Ｂ（２１７ｍｇ，収率６４％）を得た。化合物Ｂの分析結果及び構造式は、以下の通りである。
ＴＬＣ Ｒｆ ＝０．１（クロロホルム）
１Ｈ ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）：δ０．８１（ｍ），１．２１（ｍ），１．８７（ｍ），２．２６（ｍ，２Ｈ），３．８４（ｍ，６Ｈ），４．２１（ｔ，２Ｈ），５．１８（ｍ，１Ｈ），８．６９（ｍ，８Ｈ）
【０１４８】
【化３２】
【０１４９】
＜化合物Ｃの合成＞
５０ｍＬナスフラスコに、化合物Ｂ（２１７ｍｇ，０．２５２ｍｍｏｌ）、クロロホルム（３ｍＬ）、及び、テトラ−ｎ−ブチルアンモニウムフルオライド（０．１ｍＬ）を加え、一晩攪拌した。得られた生成物を水洗後、クロロホルムで抽出した。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥させ、溶媒を留去し、残渣を真空乾燥させた。これを、シリカゲルカラム（クロロホルム）、ＧＰＣで精製し、赤色固体の化合物Ｃ（１７７ｍｇ，収率９３％）を得た。化合物Ｃの分析結果及び構造式は、以下の通りである。
ＭＡＬＤＩ ＴＯＦＭＳ：ｍ／ｚ＝５９９８．９７
【０１５０】
ＣＶ測定の結果、化合物Ｃは、−１．２９Ｖの還元電位ＥＲＥＤ（ピーク値）を示した。
【０１５１】
【化３３】
【０１５２】
＜吸収スペクトル及び蛍光スペクトルの測定＞
化合物Ｃのクロロホルム溶液を用いて、吸収スペクトル及び蛍光スペクトルを測定した。吸収スペクトルにおいて、４６５ｎｍ、４９０ｎｍ及び５３０ｎｍにピークが見られた（図１２）。蛍光スペクトルにおいて、末端基であるペリレンビス（ジカルボキシイミド）基同士の会合に起因すると考えられる、６２０ｎｍ付近にピークを持つブロードな蛍光が強く観測された（図１３）。アクセプター性の基であるペリレンビス（ジカルボキシイミド）基同士の会合が生じていることから、化合物Ｃが良好な電子輸送性を有することが示唆された。
【０１５３】
実施例２
＜化合物Ｄの合成＞
ふた付き試験管に、ペリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸二無水物（５５０ｍｇ，１．４０ｍｍｏｌ）、エチルヘキシルアミン（４３５ｍｇ，３．３７ｍｍｏｌ）、及び、ＤＭＦ（１０ｍＬ）を入れ、１４０℃で一晩攪拌した。得られた生成物を、ヘキサンで洗浄した後、シリカゲルカラム（クロロホルム）で精製し、赤色固体の化合物Ｄ（５４２ｍｇ，収率６３％）を得た。化合物Ｄの分析結果及び構造式は、以下の通りである。
１Ｈ ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）：δ０．９１（ｍ），１．４１（ｍ），４．１３（ｍ），８．４５（ｄ，４Ｈ），８．５７（ｄ，４Ｈ）
【０１５４】
【化３４】
【０１５５】
＜化合物Ｅの合成＞
５０ｍＬナスフラスコに、化合物Ｄ（７３４ｍｇ，１．１９ｍｍｏｌ）、水酸化カリウム（２３４ｍｇ，４．１７ｍｍｏｌ）、及び、２−メチル−２−プロパノール（５０ｍＬ）を加え、８０℃で２時間攪拌した。反応液を、水及びメタノールによる洗浄の後、真空乾燥させて、赤色固体（６１３ｍｇ）を得た。試験管に赤色固体（６１３ｍｇ）、及び、トリエトキシシリルプロピルアミン（４ｍＬ）を入れ、１５０℃で一晩攪拌した。得られた生成物を、シリカゲルカラム（クロロホルム）、ＧＰＣで精製し、赤色固体の化合物Ｅ（３０４ｍｇ，収率３６％）を得た。化合物Ｅの分析結果及び構造式は、以下の通りである。
ＴＬＣ Ｒｆ ＝ ０．１（クロロホルム）
１Ｈ ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）：δ０．９０（ｍ），１．２３（ｍ，９Ｈ），１．４０（ｍ），３．８４（ｍ，６Ｈ），４．１９（ｍ），８．６８（ｍ，８Ｈ）
【０１５６】
【化３５】
【０１５７】
＜化合物Ｆの合成＞
５ｍＬの試験管に化合物Ｅ（８７ｍｇ，０．１２３ｍｍｏｌ）、クロロホルム（２ｍＬ）、及び、テトラ−ｎ−ブチルアンモニウムフロライド（０．１ｍＬ）を加え、一晩攪拌した。得られた生成物を、水洗後、クロロホルムで抽出した。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥させ、溶媒を留去し、残渣を真空乾燥させた。これを、シリカゲルカラム（クロロホルム）、ＧＰＣで精製し、赤色固体の化合物Ｆ（３６ｍｇ，収率４１％）を得た。得られた化合物Ｆの分析結果及び構造式は、以下の通りである。
ＭＡＬＤＩ ＴＯＦＭＳ：ｍ／ｚ＝４７６５．７
【０１５８】
【化３６】
【０１５９】
実施例３
＜化合物Ｈの合成＞
原料として用いる化合物ＧをYutaka Ie et al. Chem. Comm. 2009, 10, 1213.に記載の方法にしたがって合成した。
【０１６０】
【化３７】
【０１６１】
５ｍＬの試験管に、化合物Ｇ（１ｇ，１．１６ｍｍｏｌ）、ＰｄＣｌ２（ｄｐｐｆ）（９５ｍｇ，０．１６ｍｍｏｌ）、酢酸カリウム（３４２ｍｇ）、ビス（ピナコラート）ジボロン（４４３ｍｇ）、及び、ジメチルスルホキシド（１ｍＬ）を入れ、１１０℃にて反応させた。反応液を水洗し、クロロホルムで抽出した。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥させ、溶媒を留去し、残渣を真空乾燥させた。シリカゲルカラム（クロロホルム）、ＧＰＣで精製し、赤色固体の化合物Ｈ（２１６ｍｇ，収率２２％）を得た。得られた化合物Ｈの分析結果及び構造式は以下の通りである。
１Ｈ ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）：δ０．８４（ｔ，６Ｈ），１．２６（ｍ），１．９１（ｍ），２．２６（ｍ），５．１９（ｍ，１Ｈ），７．３７（ｄ，２Ｈ），８．０３（ｄ，２Ｈ），８．６７（ｍ，８Ｈ）
【０１６２】
【化３８】
【０１６３】
＜化合物Ｊの合成＞
原料として用いる化合物ＩをIsabelle Aujard et al. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 8177.に記載の方法にしたがって合成した。
【０１６４】
【化３９】
【０１６５】
５ｍＬの試験管に、化合物Ｈ（１３０ｍｇ，０．１５ｍｍｏｌ）、化合物Ｉ（２８ｍｇ，０．０３ｍｍｏｌ）、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（７ｍｇ，０．００６０ｍｍｏｌ）、炭酸カリウム（４２ｍｇ）、及び、テトラヒドロフランと水との混合液（テトラヒドロフラン／水＝１．５ｍＬ／０．３ｍＬ）を入れ、９０℃で一晩反応させた。得られた生成物を、シリカゲルカラム（クロロホルム）、ＧＰＣで精製し、赤色固体の化合物Ｊ（２６ｍｇ，収率２６％）を得た。得られた化合物Ｊの分析結果及び構造式は、以下の通りである。
ＭＡＬＤＩ ＴＯＦＭＳ：ｍ／ｚ＝３３６３．８
【０１６６】
ＣＶ測定の結果、化合物Ｊは、−１．２５Ｖの還元電位ＥＲＥＤ（ピーク値）を示した。
【０１６７】
【化４０】
【０１６８】
実施例４
＜化合物Ｌの合成＞
原料として用いる化合物ＫをLyle D. Wescott and Daniell Lewis Mattern, J. Org. Chem. 2003, 68, 10058.に記載の方法で合成した。
【０１６９】
【化４１】
【０１７０】
５ｍＬの試験管に、化合物Ｈ（８６ｍｇ，０．１０ｍｍｏｌ）、化合物Ｋ（１６ｍｇ，０．０２ｍｍｏｌ）、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（５ｍｇ，０．００４３ｍｍｏｌ）、炭酸カリウム（２８ｍｇ）、及び、テトラヒドロフランと水との混合液（テトラヒドロフラン／水＝１．０ｍＬ／０．２ｍＬ）を入れ、９０℃で一晩反応させた。得られた生成物を、シリカゲルカラム（クロロホルム）、ＧＰＣで精製し、赤色固体の化合物Ｌ（２０ｍｇ，収率３０％）を得た。得られた化合物Ｌの分析結果及び構造式は、以下の通りである。
ＭＡＬＤＩ ＴＯＦＭＳ：ｍ／ｚ＝３２４３．７
【０１７１】
ＣＶ測定の結果、化合物Ｌは、−１．２６Ｖの還元電位ＥＲＥＤ（ピーク値）を示した。
【０１７２】
【化４２】
【０１７３】
実施例５
＜化合物Ｏの合成＞
原料として用いる化合物ＮをMichael R. Wasielewski et al. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 5563.に記載の方法にしたがって合成した。
【０１７４】
【化４３】
【０１７５】
５ｍＬの試験管に、化合物Ｎ（１００ｍｇ，０．２６ｍｍｏｌ）、及び、３−アミノプロピルトリエトキシシラン（０．６ｍＬ）を入れ、１５０℃で一晩攪拌した。得られた生成物を、シリカゲルカラム（クロロホルム）で精製し、白色固体の化合物Ｏ（６７ｍｇ，収率３０％）を得た。得られた化合物Ｏの分析結果及び構造式は、以下の通りである。
１Ｈ ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）：δ０．７７（ｍ），０．９５（ｍ），１．９５（ｍ），３．８３（ｔ，６Ｈ），４．１５（ｍ，２Ｈ），８．７５（ｓ，４Ｈ）
【０１７６】
【化４４】
【０１７７】
＜化合物Ｐの合成＞
５ｍＬの試験管に、化合物Ｏ（８６ｍｇ，０．１５ｍｍｏｌ）、ジクロロメタン（３ｍＬ）、及び、テトラ−ｎ−ブチルアンモニウムフロライド（０．０７ｍＬ）を加え、一晩攪拌した。反応液を水洗し、ジクロロメタンで抽出した。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥させ、溶媒を留去し、残渣を真空乾燥させた。これを、シリカゲルカラム（クロロホルム）、ＧＰＣで精製し、白色固体の化合物Ｐ（３７ｍｇ，収率５６％）を得た。得られた化合物Ｐの分析結果及び構造式は、以下の通りである。
１Ｈ ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）：δ０．９０（ｍ），１．３４（ｍ），１．８５（ｍ），４．０３（ｍ），８．３７（ｍ，３２Ｈ）
ＭＡＬＤＩ ＴＯＦＭＳ ： ｍ／ｚ ＝ ３７０８．４
【０１７８】
【化４５】
【０１７９】
実施例６
＜有機薄膜素子１の作製及びトランジスタ特性の評価＞
ゲート電極としての高濃度にドープされたｐ型シリコン基板の表面に、３００ｎｍのシリコン酸化膜を熱酸化により絶縁膜として形成した基板を準備した。この基板の上に、リフトオフ法によりチャネル幅３８ｍｍ、チャネル長２５μｍの櫛形ソース電極及びドレイン電極を形成した。得られた電極付き基板をアセトンで１０分間、次いでイソプロピルアルコールで１０分間超音波洗浄した後、オゾンＵＶを３０分間照射し、該基板の表面を洗浄した。実施例１で合成した化合物Ｃをクロロホルムに１質量％の濃度で溶解させたところ、化合物Ｃは、クロロホルムに完全に溶解したので、有機溶媒に溶解可能であることを確認できた。この溶液を、洗浄した上記基板上にスピンコート法により回転数１５００ｒｐｍで、１分間かけて塗布するともに乾燥させて、化合物Ｃの有機薄膜を形成した。その後、窒素中で２００℃にて３０分間アニール処理をし、有機薄膜素子１を得た。半導体パラメータアナライザー（ｋｅｉｔｈｌｅｙ社製、商品名「４２００−ＳＣＳ」）を用いて、真空中でゲート電圧Ｖｇ及びソース−ドレイン間電圧Ｖｓｄを０〜８０Ｖの範囲で変化させながら、有機薄膜素子１の有機トランジスタ特性を測定したところ、良好なｎ型半導体のＩｄ−Ｖｇ特性が得られた。このときの移動度は１．２×１０−４ｃｍ２／Ｖｓであり、しきい値電圧は５９Ｖであり、オン／オフ比は１０５であり、いずれも良好であった。このことから、有機薄膜素子１は、ｎ型有機トランジスタとして有効に機能することが確認された。また、化合物Ｃは電子輸送性に優れた有機ｎ型半導体として利用可能であることが確認された。
【０１８０】
実施例７
＜有機薄膜素子２の作製及び太陽電池特性の評価＞
ドナー性化合物としてのレジオレギュラーポリ−３−ヘキシルチオフェンと、アクセプター性化合物としての化合物Ｃとを１:１（質量比）で混合し、クロロホルム溶媒に溶解させ、塗布溶液を調製する。スパッタリング法によりＩＴＯ膜を付けたガラス基板をオゾンＵＶで表面処理し、次に、表面処理した基板上にスピンコート法により前記塗布溶液を塗布し、有機薄膜太陽電池の活性層を得る。その後、真空蒸着法により、活性層上にフッ化リチウム、次いで、フッ化リチウムの層の上にアルミニウムを蒸着して、有機薄膜素子２を作製する。
【０１８１】
有機薄膜素子２について、有機薄膜太陽電池の特性をソーラシミュレーター(AM1.5Gフィルター、放射照度100mW/cm2)による光照射下で測定すると、太陽電池として動作する。
【０１８２】
実施例８
＜有機薄膜素子３の作製及びトランジスタ特性の評価＞
実施例５で合成した化合物Ｐを、１質量％の濃度でクロロホルムに加えたところ、化合物Ｐはクロロホルムに完全に溶解したので、有機溶媒に溶解可能であることを確認できた。こうして得られた溶液を、化合物Ｃのクロロホルム溶液の代わりに用いた以外は、実施例６と同様にして、有機薄膜素子３を作製した。次いで、実施例６と同様にして、有機薄膜素子３の有機トランジスタ特性を測定したところ、良好なｎ型半導体のＩｄ−Ｖｇ特性が得られた。このときの移動度は１．１×１０−４ｃｍ２／Ｖｓであり、しきい値電圧は１４Ｖであり、オン／オフ比は１０７であり、いずれも良好であった。このことから、有機薄膜素子３は、ｎ型有機トランジスタとして有効に機能することが確認された。また、化合物Ｐは電子輸送性に優れた有機ｎ型半導体として利用可能であることが確認された。
【０１８３】
比較例１
＜化合物Ｑの合成＞
化合物ＱをLyle D. Wescott and Daniell Lewis Mattern, J. Org. Chem. 2003, 68, 10058. に記載の方法で合成した。
【０１８４】
【化４６】
【０１８５】
＜吸収スペクトル及び蛍光スペクトルの評価＞
化合物Ｑをクロロホルムに溶解させて、吸収スペクトル及び蛍光スペクトルを測定した。吸収スペクトルにおいて、４６０ｎｍ、４９０ｎｍ及び５２５ｎｍにピークが見られた（図１２）。また、蛍光スペクトルにおいて、５３０ｎｍ、５７０ｎｍ及び６２０ｎｍにピークが見られ、最大のピークは５３０ｎｍであり、化合物Ｑ同士の会合に起因すると思われる６２０ｎｍ付近にピークを持つ蛍光はそれほど強くなかった（図１３）。
【符号の説明】
【０１８６】
１…基板、２…活性層、２ａ…活性層、３…絶縁層、４…ゲート電極、５…ソース電極、６…ドレイン電極、７ａ…第１の電極、７ｂ…第２の電極、８…電荷発生層、１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０…有機薄膜トランジスタ、２００…有機薄膜太陽電池、３００，３１０，３２０…光センサ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アクセプター性の基を有する化合物、これを用いた有機薄膜及び有機薄膜素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
電荷（電子とホールとの総称である。）輸送性を有する有機材料を含む薄膜は、光電変換素子（例えば、有機薄膜太陽電池、光センサ）、有機エレクトロルミネッセンス素子、有機薄膜トランジスタへの応用が期待されている。そのため、ホール輸送性を示す有機ｐ型半導体及び電子輸送性を示す有機ｎ型半導体の開発が種々検討されている。
【０００３】
有機材料を用いた光電変換素子として、有機ｐ型半導体と有機ｎ型半導体との組み合わせから構成される構造が提案されている。例えば、有機ｐ型半導体としてポリフェニレンビニレン誘導体であるポリ［（２−メトキシ−５−（２’−エチルヘキシロキシ）１−４−フェニレンビニレン］及びポリへキシルチオフェン等の電子供与性のπ共役高分子を用い、有機ｎ型半導体として電子アクセプター性のフラーレン誘導体（例えばＣ６０、特許文献１、非特許文献１参照）を用いたものが報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第９４／００５０４５号
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｇ．Ｙｕ、Ｓｃｉｅｎｃｅ、Ｎｏ．２７０、ｐ．１７８９（１９９５）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、有機ｐ型半導体に比べて、従来の有機ｎ型半導体が有する電子輸送性は必ずしも十分とは言えず、より高い電子輸送性を有する有機ｎ型半導体が求められている。
【０００７】
そこで、本発明の目的は、電子輸送性に優れる有機ｎ型半導体として利用可能な化合物を提供することにある。本発明の目的はまた、係る化合物を含む有機薄膜、及びこの有機薄膜を備える有機薄膜素子を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、かご状化合物又は脂肪族炭化水素化合物から誘導される４価以上の基であるコア部と、該コア部に結合した４以上の側鎖基と、を備え、側鎖基のうち２以上がアクセプター性の基を有する化合物に関する。
【０００９】
上記本発明に係る化合物は、側鎖基に含まれるアクセプター性の基を有することから、有機ｎ型半導体の性質（電子アクセプター性）を有する有機半導体として機能できる。そして、コア部に結合する側鎖基が立体的に配置されることから、薄膜においてアクセプターの基が立体的に等方的に配置されて、平面的な分子では得られにくい異方性のない特性が示されることが期待される。すなわち、上記本発明に係る化合物は電子輸送性に優れ、有機ｎ型半導体として利用可能である。
【００１０】
上記かご状化合物がアダマンタン又はシルセスキオキサンであり、上記脂肪族炭化水素化合物がメタンであることが好ましい。また、上記アクセプター性の基は、フラーレン誘導体残基を含む基、ナフタレンイミド誘導体残基を含む基又はペリレンイミド誘導体残基を含む基であることが好ましい。このような構造を有する化合物は、分子間の相互作用が良好であり、化合物の安定性も特に優れる。したがって、一層優れた電子輸送性が発揮される。
【００１１】
別の側面において、本発明は、上記本発明に係る化合物を含む有機薄膜、並びに、これを備える有機薄膜素子、有機薄膜トランジスタ、有機薄膜太陽電池及び光センサを提供する。
【００１２】
本発明に係る有機薄膜素子、有機薄膜トランジスタ、有機薄膜太陽電池及び光センサは、上述のように優れた電子輸送性を示す本発明の化合物を含む有機薄膜を備えているため、優れた性能を発揮することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、電荷輸送性に優れる有機半導体として利用可能な新規の化合物が提供される。また、本発明によれば、この化合物を含む有機薄膜及びこの有機薄膜を備える有機薄膜素子が提供される。この有機薄膜素子は安定性に優れたものになり得る。
【００１４】
本発明に係る化合物は、好ましい実施形態では、安定性及び有機溶剤への溶解性が優れているため、溶液を用いて有機薄膜を形成することにより、性能の優れた有機薄膜素子を容易に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】第１実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式断面図である。
【図２】第２実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式断面図である。
【図３】第３実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式断面図である。
【図４】第４実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式断面図である。
【図５】第５実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式断面図である。
【図６】第６実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式断面図である。
【図７】第７実施形態に係る有機薄膜トランジスタの模式断面図である。
【図８】一実施形態に係る太陽電池の模式断面図である。
【図９】第１実施形態に係る光センサの模式断面図である。
【図１０】第２実施形態に係る光センサの模式断面図である。
【図１１】第３実施形態に係る光センサの模式断面図である。
【図１２】化合物Ｃ及び化合物Ｑの吸収スペクトルを示すグラフである。
【図１３】化合物Ｃ及び化合物Ｑの蛍光スペクトルを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、場合により図面を参照しつつ、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。図面中、同一要素には同一符号を付すこととし、重複する説明は省略する。上下左右等の位置関係は、特に断らない限り、図面に示す位置関係に基づくものとする。図面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。
【００１７】
１．アクセプター性の基を有する化合物
本実施形態に係る化合物は、かご状化合物又は脂肪族炭化水素化合物から誘導される４価以上の基であるコア部と、該コア部に結合した４以上の側鎖基とから構成される。４以上の側鎖基のうち２以上は、アクセプター性の基を有する。以下、係る構成を有する化合物を場合により「アクセプター性化合物」という。
【００１８】
コア部は、側鎖基が結合する４以上の原子を結合部位として有する。側鎖基を構成する原子から、コア部の結合部位に結合する原子を任意に３つ選んだとき、それら３つの原子が形成する平面の外側（面外）に配置されコア部の結合部位に結合する別の原子が、側鎖基を構成する原子の中に少なくとも１つ存在する。このような構成を形成するコア部は、好ましくは、三角錐、四角錐及び五角錐等多角錐の頂点、三角柱、四角柱及び五角柱等の多角柱の頂点、又は、正四面体、正六面体、正八面体、正十二面体及び正二十面体等の正多面体の頂点に配置された結合部位を有する。多角錐、多角柱若しくは正多面体の構造が歪んだ構造の頂点、又は、多角錐、多角柱若しくは正多面体の構造から頂点の一部が欠損した構造の頂点にコア部の結合部位が配置されていてもよい。
【００１９】
コア部としての４価の基は、脂肪族炭化水素化合物から４以上の水素原子を除いた残基であり得る。この脂肪族炭化水素化合物は、好ましくはメタンである。
【００２０】
コア部としての４価の基は、かご状化合物から４以上の水素原子又は置換基を除いた残基であり得る。このかご状化合物は、好ましくは、キュバン、アダマンタン、シルセスキオキサン及びこれらの類似体から選ばれる。これらのなかでもシルセスキオキサンが特に好ましい。コア部が同一又は異なるかご状化合物から誘導された複数の残基から構成され、これら複数の残基が互いに結合していてもよい。
【００２１】
アダマンタン及びその類似体としては、下記構造式で表されるアダマンタン（１００）、ビアダマンタン（１０１）、ジアマンタン（１０２）、トリアマンタン（１０３）、テトラマンタン（１０４）及びイソテトラマンタン（１０５）が例示される。これらの中ではアダマンタンが好ましい。
【００２２】
【化１】
【００２３】
かご状のシルセスキオキサンは、一般に、３官能性シランを部分加水分解・縮合することで得られ、式：（ＲＳｉＯ３／２）ｎ（Ｒは水素原子又は置換基を示し、ｎは正の整数を示す。）で表される構造を有する多面体クラスターである。完全縮合したｎ＝８、１０又は１２であるシルセスキオキサンの構造は、それぞれ下記構造式（２００）、（２０１）又は（２０２）で表される。完全縮合していないシルセスキオキサンを用いることもできる。シルセスキオキサンから誘導されるコア部は、４以上のＲを除いた残基である。コア部は、ｎ＝８のシルセスキオキサンから４以上のＲを除いた残基であることが好ましい。
【００２４】
【化２】
【００２５】
コア部に結合する側鎖基は、下記式（１０）で表される基である。
【００２６】
【化３】
【００２７】
式（１０）中、Ｌは単結合、又は、２価の有機基を示し、Ｔは水素原子、ハロゲン原子又は１価の有機基を示す。アクセプター性化合物が有する４以上の側鎖基のうち２以上において、Ｔはアクセプター性の基である。同一分子中に存在する複数のＬ及びＴは、それぞれ同一でも異なっていてもよいが、化合物の製造が容易であり、かつ、分子間の相互作用のし易いので、複数のＬ及びＴは同一であることが好ましい。
【００２８】
アクセプター性の基は、ドナー性の基との組み合わせにより、電子アクセプターとして機能する基から選択される。アクセプター性の基は、例えば、オキサジアゾール誘導体残基、アントラキノジメタン誘導体残基、ベンゾキノン誘導体残基、ナフトキノン誘導体残基、アントラキノン誘導体残基、テトラシアノアンスラキノジメタン誘導体残基、フルオレノン誘導体残基、ジフェニルジシアノエチレン誘導体残基、ジフェノキノン誘導体残基、８−ヒドロキシキノリン誘導体残基、Ｃ６０及びＣ７０等のフラーレン誘導体残基、ナフタレンイミド誘導体残基、又は、ペリレンイミド誘導体残基を含む基、テリレンイミド誘導体残基を含む基、クアテリレンイミド誘導体残基を含む基、ペンタリレンイミド誘導体残基を含む基、ヘキサリレンイミド誘導体残基を含む基、及びヘプタリレンイミド誘導体残基を含む基から選ばれる。これらの中でも、フラーレン誘導体残基を含む基、ナフタレンイミド誘導体残基を含む基、及びペリレンイミド誘導体残基を含む基が好ましい。更に、アクセプター性の基は、フラーレン誘導体残基を含む基、ナフタレンイミド誘導体残基を含む基又はペリレンイミド誘導体残基を含む基であることがより好ましい。合成がし易いので、ナフタレンイミド誘導体残基を含む基が特に好ましい。また、アクセプター性の基の電子吸引性が向上するので、アクセプター性の基は、フッ素原子を含有することが好ましい。
【００２９】
フラーレン誘導体残基を含む基は、例えば、下記構造式で表される。
【００３０】
【化４】
【００３１】
【化５】
【００３２】
【化６】
【００３３】
ペリレンイミド誘導体残基を含む基は、例えば、下記構造式で表される。
【００３４】
【化７】
【００３５】
【化８】
【００３６】
【化９】
【００３７】
【化１０】
【００３８】
【化１１】
【００３９】
【化１２】
【００４０】
【化１３】
【００４１】
【化１４】
【００４２】
ナフタレンイミド誘導体残基を含む基は、例えば、下記構造式で表される。
【００４３】
【化１５】
【００４４】
テリレンイミド誘導体残基を含む基は、例えば、下記構造式で表される。
【００４５】
【化１６】
【００４６】
これらの式中、Ｒ０１は１価の有機基を示し、Ｒ０２は２価の有機基を示し、Ｒ０３は３価の有機基を示し、Ｒ０１、Ｒ０２、Ｒ０３が同一式中に複数あるとき、それらは同じでも異なっていてもよい。Ａは、アルキル基、アルコキシ基、スルホニル基、アミノ基、アンモニオ基、ヒドロキシ基、ニトロ基又はハロゲン原子を示し、ｅは０〜４の整数、ｆは０〜１２の整数、ｇは０〜８の整数を示す。
【００４７】
Ｒ０１で表される１価の有機基としては、直鎖状、分岐状又は環状のアルキル基、アルコキシ基、アリール基、１価の複素環基、アミノ基、ニトロ基、及びシアノ基が例示される。アルキル基の炭素数は１〜２０であってもよく、アルコキシ基の炭素数は１〜２０であってもよく、アリール基の炭素数は６〜６０であってもよい。１価の複素環基は、例えば、フラン、チオフェン、チエノチオフェン、ベンゾチオフェン、チアゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾチアジアゾール、オキサゾール、ピロール、イミダゾール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジンから選ばれる複素環式化合物から１個の水素原子を除いた残基である。アリール基及び１価の複素環基は、ハロゲン原子、炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数１〜１２のアルコキシ基、アミノ基、シアノ基、ニトロ基等の置換基を有していてもよい。
【００４８】
Ｒ０２で表される２価の有機基としては、アルキレン基、ビニレン基、オキシ基（−Ｏ−）、チオ基（−Ｓ−）、カルボニル基、チオカルボニル基、スルフェニル基、スルホニル基、及びモノ置換アミノ基、並びに、ベンゼン、縮合環化合物及び複素環式化合物等の環状化合物から２個の水素原子を除いた環構造を有する残基が例示される。アルキレン基の炭素数は１〜２０であってもよい。モノ置換アミノ基は、炭素数１〜１２のアルキル基、炭素数６〜２０のアリール基等の１個の置換基で置換されたアミノ基である。これらの中でもアルキレン基、及び、ベンゼンから２個の水素原子を除いた残基が特に好ましい。環構造を有する残基は置換基を有していてもよい。この置換基としては、ハロゲン原子、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、１価の複素環基、アミノ基、ニトロ基、及びシアノ基が挙げられる。これらのうち、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基の炭素数は１〜２０であってもよく、アリール基の炭素数は６〜６０であってもよく、アルコキシ基の炭素数は１〜２０であってもよく、アリールオキシ基の炭素数は７〜８０であってもよい。１価の複素環基は、例えば、フラン、チオフェン、チエノチオフェン、ベンゾチオフェン、チアゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾチアジアゾール、オキサゾール、ピロール、イミダゾール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジンから選ばれる複素環式化合物から１個の水素原子を除いた残基である。
【００４９】
Ｒ０３で表される３価の有機基としては、ベンゼン、縮合環化合物及び複素環式化合物等の環状化合物から３個の水素原子を除いた環構造を有する残基が例示される。これらの中でもベンゼンから３個の水素原子を除いた残基が特に好ましい。環構造を有する残基は置換基を有していてもよい。この置換基としては、ハロゲン原子、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、１価の複素環基、アミノ基、ニトロ基、及びシアノ基が挙げられる。これらのうち、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基の炭素数は１〜２０であってもよく、アリール基の炭素数は６〜６０であってもよく、アルコキシ基の炭素数は１〜２０であってもよく、アリールオキシ基の炭素数は７〜８０であってもよい。１価の複素環基は、例えば、フラン、チオフェン、チエノチオフェン、ベンゾチオフェン、チアゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾチアジアゾール、オキサゾール、ピロール、イミダゾール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジンから選ばれる複素環式化合物から１個の水素原子を除いた残基である。
【００５０】
本実施形態に係るアクセプター性化合物は、アクセプター性の基を有する側鎖基を２以上有する。本実施形態に係るアクセプター性化合物の電子輸送性がより高まるので、アクセプター性の基の数は、好ましくは４以上、より好ましくは６以上である。また、本実施形態に係るアクセプター性化合物の電子輸送性がより一層高まるので、コア部に結合した側鎖基の全てがアクセプター性の基を有していることが特に好ましい。
【００５１】
アクセプター性の基は、側鎖基の末端に配置されることが好ましい。アクセプター性の基は、空間的に互いにできるだけ離れて配置されることが好ましい。そのため、アクセプター性の基を有する２以上の側鎖基は、対称性を有する配置の結合部位に結合していることが好ましい。
【００５２】
アクセプター性の基を有しない側鎖基におけるＴは、水素原子、アルキル基、アルコキシ基、フェニル基又は置換フェニル基であることが好ましい。置換フェニル基の置換基としては、ハロゲン原子、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、１価の複素環基、アミノ基、ニトロ基及びシアノ基が挙げられる。これらのうち、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基の炭素数は１〜２０であってもよく、アリール基の炭素数は６〜６０であってもよく、アルコキシ基の炭素数は１〜２０であってもよく、アリールオキシ基の炭素数は７〜８０であってもよい。１価の複素環基は、例えば、フラン、チオフェン、チエノチオフェン、ベンゾチオフェン、チアゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾチアジアゾール、オキサゾール、ピロール、イミダゾール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジンから選ばれる複素環式化合物から１個の水素原子を除いた残基である。これらの置換基における一部又は全部の水素原子がフッ素原子により置換されていてもよい。アクセプター性化合物の安定性が向上するので、フェニル基及び置換フェニル基がより好ましく、フェニル基が更に好ましい。
【００５３】
式（１０）中のＬは、好ましくは、下記一般式（１１）で表される基である。これにより、側鎖基の末端に配置されるアクセプター性の基同士の相互作用が起こりやすくなり、電荷輸送性が特に向上する。
【００５４】
【化１７】
【００５５】
式（１１）中、Ｑは、エステル結合（−Ｃ（＝Ｏ）Ｏ−又は−ＯＣ（＝Ｏ）−）、炭酸エステル結合（−ＯＣ（＝Ｏ）Ｏ−）、オキシ基（−Ｏ−）、チオ基（−Ｓ−）、アミド結合（−Ｃ（＝Ｏ）ＮＨ−、−ＮＨＣ（Ｃ＝Ｏ）−、又はこれらの水素原子が置換された基）、イミド結合（−ＮＨＣ（＝Ｏ）ＮＨ−、又はこれの水素原子が置換された基）、置換基を有してもよいアルキレン基、置換基を有してよいビニレン基、置換基を有してもよいアセチレン基、置換基を有してもよい２価の芳香族炭化水素基、又は置換基を有してもよい２価の複素環基を示し、Ｑが複数ある場合、それらは同一でも異なっていてもよく、ｑは１〜１０の整数を示す。Ｑは、好ましくは、置換基を有してもよいアルキレン基又は置換基を有してもよいアリーレン基である。ｑは、好ましくは１〜６の整数である。
【００５６】
Ｑとしてのアルキレン基は、式：−ＣｎＨ２ｎ−（ここで、ｎは１以上の整数である。）で表される２価の飽和炭化水素基である。アルキレン基の炭素数は、好ましくは１〜１２であり、より好ましくは１〜６である。アルキレン基は、例えば、メチレン基、エチレン基、プロピレン基、ブチレン基、ペンチレン基及びヘキシレン基から選ばれる。アルキレン基の水素原子は、一部又は全部がハロゲン原子で置換されていてもよく、このハロゲン原子は好ましくはフッ素原子である。
【００５７】
Ｑとしての２価の芳香族炭化水素基は、ベンゼン又は縮合環化合物から２個の水素原子を除いた残基である。この芳香族炭化水素基の炭素数は、通常、６〜６０であり、好ましくは６〜２０である。縮合環としては、例えば、ナフタレン環、アントラセン環及びフルオレン環が挙げられる。２価の芳香族炭化水素基としては、ベンゼンから２個の水素原子を除いた残基が好ましい。２価の芳香族炭化水素基は置換基を有していてもよい。２価の芳香族炭化水素基の炭素数には、置換基の炭素数は含まれない。置換基としては、ハロゲン原子、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、１価の複素環基、アミノ基、ニトロ基、及びシアノ基が挙げられる。これらのうち、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基の炭素数は１〜２０であってもよく、アリール基の炭素数は６〜６０であってもよく、アルコキシ基の炭素数は１〜２０であってもよく、アリールオキシ基の炭素数は７〜８０であってもよい。１価の複素環基は、例えば、フラン、チオフェン、チエノチオフェン、ベンゾチオフェン、チアゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾチアジアゾール、オキサゾール、ピロール、イミダゾール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジンから選ばれる複素環式化合物から１個の水素原子を除いた残基である。
【００５８】
Ｑとしての２価の複素環基は、複素環式化合物から２個の水素原子を除いた残基であり、その炭素数は、通常、３〜６０であり、好ましくは３〜２０である。複素環式化合物は、例えば、チオフェン、チエノチオフェン、ジチエノチオフェン、ピロール、ピリジン、ピリミジン、ピラジン及びトリアジンから選ばれる。２価の複素環基としては、チオフェン又はチエノチオフェンから２個の水素原子を除いた残基が好ましい。２価の複素環基は置換基を有していてもよく、２価の複素環基の炭素数には、置換基の炭素数は含まれない。置換基としては、ハロゲン原子、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、１価の複素環基、アミノ基、ニトロ基、及びシアノ基が挙げられる。これらのうち、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基の炭素数は１〜２０であってもよく、アリール基の炭素数は６〜６０であってもよく、アルコキシ基の炭素数は１〜２０であってもよく、アリールオキシ基の炭素数は７〜８０であってもよい。１価の複素環基は、例えば、フラン、チオフェン、チエノチオフェン、ベンゾチオフェン、チアゾール、ベンゾチアゾール、ベンゾチアジアゾール、オキサゾール、ピロール、イミダゾール、ピリジン、ピラジン、ピリミジン、ピリダジン、トリアジンから選ばれる複素環式化合物から１個の水素原子を除いた残基である。
【００５９】
本実施形態に係るアクセプター性化合物の好適な例は、下記一般式（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）又は（ｇ）で表される化合物である。
【００６０】
【化１８】
【００６１】
【化１９】
【００６２】
【化２０】
【００６３】
【化２１】
【００６４】
【化２２】
【００６５】
【化２３】
【００６６】
【化２４】
【００６７】
式（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）及び（ｇ）中のＬ及びＴは、式（１０）のＬ及びＴと同義である。同一分子中の複数のＬ及びＴは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。複数のＴのうち２以上はアクセプター性の基である。
【００６８】
アクセプター性化合物は、電荷輸送性が高くなり、かつ、安定性が優れるので、下記式（ｈ）、（ｉ）又は（ｊ）で表される化合物であることが特に好ましい。
【００６９】
【化２５】
【００７０】
【化２６】
【００７１】
【化２７】
【００７２】
式（ｈ）、（ｉ）及び（ｊ）中、Ｘは単結合又は−（Ｑ）ｑ−を表し、Ｑ及びｑは、式（１１）中のＱ及びｑと同義であり、同一分子中の複数のＱ及びｑはそれぞれ同一でも異なっていてもよい。Ａｃはアクセプター性の基、水素原子又はフェニル基を示し、同一分子中の複数のＡｃは同一でも異なっていてもよく、同一分子中の複数のＡｃのうち２以上はアクセプター性の基である。
【００７３】
本実施形態に係るアクセプター性化合物は、例えば、Ｘが−（Ｑ）ｑ−を表す場合、以下に説明するスキームＡ又はスキームＢの方法により製造することができる。
【００７４】
以下に示すスキームＡの方法の場合、化合物(５０)、化合物（５１）及び化合物(５３)をモノマーとして用いて、アクセプター性化合物（５４）が製造される。
【００７５】
【化２８】
【００７６】
スキームＡにおいて、Ｑ、Ａｃ及びｑは、式（ｈ）、（ｉ）及び（ｊ）中のＱ、Ａｃ及びｑと同義である。Ｔｄはコア部を表し、ｈはコア部が有する結合部位の数であり、４以上の整数を表す。Ｖ及びＷはそれぞれ独立に、互いに反応して結合する活性官能基を示す。Ｖが複数ある場合には、それらは、同一でも異なっていてもよい。ｓは０〜ｑの整数を示す。ｓ＝ｑである場合、化合物（５０）と化合物（５３）とを反応させる。
【００７７】
以下に示すスキームＢの方法の場合、化合物(５６)及び化合物（５５）をモノマーとして用いて、アクセプター性化合物（５８）が製造される。アクセプター性化合物（５８）のコア部は、シルセスキオキサンから誘導される４価以上の基である。
【００７８】
【化２９】
【００７９】
スキームＢにおけるＱ、Ａｃ、Ｖ、Ｗ、ｑ及びｈは、スキームＡのＱ、Ａｃ、Ｖ、Ｗ、ｑ及びｈと同義である。Ｒ’は水素原子又はアルキル基を表し、複数のＲ’は同一でも異なっていてもよい。
【００８０】
スキームＡ及びスキームＢにおいて、活性官能基Ｖと活性官能基Ｗとから化学結合を生成させる反応は、例えば、Ｓｕｚｕｋｉカップリング反応、Ｇｒｉｇｎａｒｄ反応、Ｓｔｉｌｌｅ反応、又は脱ハロゲン化反応である。これらのうち、Ｓｕｚｕｋｉカップリング反応及びＳｔｉｌｌｅ反応が、原料の入手が容易であり、かつ、反応操作が簡便であるので、好ましい。
【００８１】
Ｓｕｚｕｋｉカップリング反応は、例えばパラジウム［テトラキス（トリフェニルホスフィン）］又はパラジウムアセテート類を触媒として用い、炭酸カリウム、炭酸ナトリウム及び水酸化バリウム等の無機塩基、トリエチルアミン等の有機塩基、又はフッ化セシウム等の無機塩を、モノマーに対して当量以上、好ましくは１〜１０当量用いて行われる。無機塩の水溶液を用いて、２相系で反応を行ってもよい。溶媒は、例えば、Ｎ，Ｎ−ジメチルホルムアミド（以下、「ＤＭＦ」という。）、トルエン、ジメトキシエタン及びテトラヒドロフランから選ばれる。反応温度は、使用する溶媒にもよるが５０〜１６０℃が好ましい。溶媒の沸点近くまで昇温し、還流させてもよい。反応時間は通常１〜２００時間である。Ｓｕｚｕｋｉカップリング反応については、例えば、ケミカル・レビュー（Ｃｈｅｍ．Ｒｅｖ．）、第９５巻、２４５７頁（１９９５年）に記載されている。
【００８２】
Ｓｔｉｌｌｅ反応は、例えばパラジウム［テトラキス（トリフェニルホスフィン）］又はパラジウムアセテート類を触媒として用い、有機スズ化合物をモノマーとして用いて行われる。溶媒は、例えば、ＤＭＦ、トルエン、ジメトキシエタン及びテトラヒドロフランから選ばれる。反応温度は、使用する溶媒によるが、５０〜１６０℃が好ましい。溶媒の沸点近くまで昇温し、還流させてもよい。反応時間は通常１〜２００時間である。
【００８３】
Ｖ及びＷは、例えば、ハロゲン原子、アルキルスルホネート基、アリールスルホネート基、アリールアルキルスルホネート基、ホウ酸エステル残基、スルホニウムメチル基、ホスホニウムメチル基、ホスホネートメチル基、モノハロゲン化メチル基、ホウ酸残基、ホルミル基、アルキルスタニル基及びビニル基からそれぞれ選択される。Ｖ及びＷの組み合わせは、用いる反応に応じて選択される。
【００８４】
ホウ酸エステル残基としては、例えば、下記式(３００)、（３０１）、（３０２）又は（３０３）で表される基が挙げられる。
【００８５】
【化３０】
【００８６】
Ｓｕｚｕｋｉカップリング反応の場合、Ｖ及びＷの組み合わせとしては、ハロゲン原子と、ホウ酸エステル残基又はホウ酸残基との組み合わせが好ましい。Ｓｔｉｌｌｅ反応の場合、Ｖ及びＷの組み合わせとしては、ハロゲン原子とアルキルスタニル基との組み合わせが好ましい。
【００８７】
アクセプター性化合物を合成する際、必要に応じて、モノマー中の官能基が保護基により保護される。この保護基としては、保護したい部位及び用いる反応に応じて選択される。Protective Groupes in Organic Syntehesis, 3rd ed. T.W. GreeneandP.G. M.. Wuts, 1999 John Willey & Sons, Inc.に記載されている保護基が好ましい。例えば、保護したい部位がアルキンの場合、トリメチルシリル基、トリエチルシリル基、ｔｅｒｔ−ブチルジメチルシリル基等のトリアルキルシリル基、ビフェニルジメチルシリル基等のアリールジアルキルシリル基、２−ヒドロキシプロピル基等が挙げられる。トリメチルシリル基が特に好ましい。
【００８８】
反応させるモノマーは、必要に応じ有機溶媒に溶解される。必要に応じてアルカリ又は適当な触媒を用い、有機溶媒の融点以上沸点以下で、反応を行うことができる。アルカリ又は触媒は、反応に用いる溶媒に十分に溶解するものであることが好ましい。
【００８９】
有機溶媒は、用いる化合物や反応によっても異なるが、一般に副反応を抑制するために、十分に脱酸素処理が施されていることが好ましい。不活性雰囲気下で反応を進行させることが好ましい。同様に、脱水処理を行うことが好ましい。ただし、Ｓｕｚｕｋｉカップリング反応等の水層と有機層の２相系での反応の場合にはその限りではない。
【００９０】
反応に用いられる溶媒は、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン及びシクロヘキサン等の飽和炭化水素、ベンゼン、トルエン、エチルベンゼン及びキシレン等の不飽和炭化水素、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、ブロモペンタン、クロロヘキサン、ブロモヘキサン、クロロシクロヘキサン及びブロモシクロヘキサン等のハロゲン化飽和炭化水素、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン及びトリクロロベンゼン等のハロゲン化不飽和炭化水素、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール及びｔｅｒｔ−ブチルアルコール等のアルコール類、蟻酸、酢酸及びプロピオン酸等のカルボン酸、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチル−ｔｅｒｔ−ブチルエーテル、テトラヒドロフラン、テトラヒドロピラン及びジオキサン等のエーテル類、塩酸、臭素酸、フッ化水素酸、硫酸及び硝酸等の無機酸から選ばれる。これらの溶媒は、１種を単独で又は２種以上を組み合わせて用いられる。
【００９１】
本実施形態に係るアクセプター性化合物を有機薄膜素子用の材料として用いる場合、その純度が素子特性に影響を与えることがある。そのため、反応前のモノマーを蒸留、昇華精製、再結晶等の方法で精製することが好ましい。該アクセプター性化合物の合成後、昇華精製、再結晶、再沈精製、クロマトグラフィーによる分別等の方法で精製することも好ましい。
【００９２】
反応後は、例えば水で反応を停止させた後に有機溶媒で抽出し、溶媒を留去する等の通常の操作で生成物を得ることができる。生成物の単離後及び精製は、クロマトグラフィーによる分取や再結晶等の方法により行うことができる。
【００９３】
２．有機薄膜
本実施形態に係る有機薄膜は、上述した好適な実施形態に係るアクセプター性化合物を１種又は２種以上含有する。
【００９４】
有機薄膜の厚さは、好ましくは１ｎｍ〜１００μｍであり、より好ましくは２ｎｍ〜１０００ｎｍであり、更に好ましくは５ｎｍ〜５００ｎｍであり、特に好ましくは２０ｎｍ〜２００ｎｍである。
【００９５】
有機薄膜の電子輸送性又はホール輸送性を高めるため、有機薄膜は、本実施形態に係るアクセプター性化合物に加えて、本発明のアクセプター性化合物とは異なる、電子輸送性を有する低分子化合物又は高分子化合物（以下、「電子輸送性材料」という。）、ホール輸送性を有する低分子化合物又は高分子化合物（以下、「ホール輸送性材料」という。）等を含有していてもよい。
【００９６】
ホール輸送性材料は、公知のものから選択することができる。例えば、ピラゾリン誘導体、アリールアミン誘導体、スチルベン誘導体、トリアリールジアミン誘導体、オリゴチオフェン及びその誘導体、ポリビニルカルバゾール及びその誘導体、ポリシラン及びその誘導体、側鎖又は主鎖に芳香族アミン構造を有するポリシロキサン誘導体、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリピロール及びその誘導体、ポリアリーレンビニレン及びその誘導体、ポリチエニレンビニレン及びその誘導体が挙げられる。
【００９７】
電子輸送性材料も、公知のものから選択することができる。例えば、オキサジアゾール誘導体、アントラキノジメタン及びその誘導体、ベンゾキノン及びその誘導体、ナフトキノン及びその誘導体、アントラキノン及びその誘導体、テトラシアノアンスラキノジメタン及びその誘導体、フルオレノン誘導体、ジフェニルジシアノエチレン及びその誘導体、ジフェノキノン誘導体、８−ヒドロキシキノリン及びその誘導体の金属錯体、ポリキノリン及びその誘導体、ポリキノキサリン及びその誘導体、ポリフルオレン及びその誘導体、Ｃ６０等のフラーレン類及びその誘導体が挙げられる。
【００９８】
有機薄膜は、有機薄膜中で吸収した光により電荷を発生させるために、電荷発生材料を含んでいてもよい。電荷発生材料は、公知のものから選択することができる。例えば、アゾ化合物及びその誘導体、ジアゾ化合物及びその誘導体、無金属フタロシアニン化合物及びその誘導体、金属フタロシアニン化合物及びその誘導体、ペリレン化合物及びその誘導体、多環キノン系化合物及びその誘導体、スクアリリウム化合物及びその誘導体、アズレニウム化合物及びその誘導体、チアピリリウム化合物及びその誘導体、Ｃ６０等のフラーレン類及びその誘導体が挙げられる。
【００９９】
有機薄膜は、種々の機能を発現させるために必要なその他の材料を含んでいてもよい。その他の材料としては、例えば、吸収した光により電荷を発生させる機能を増感するための増感剤、安定性を増すための安定化剤、紫外（ＵＶ）光を吸収するためのＵＶ吸収剤等が挙げられる。
【０１００】
有機薄膜は、その機械的特性を高めるために、本実施形態に係るアクセプター性化合物以外の高分子材料を高分子バインダーとして含有していてもよい。高分子バインダーとしては、電荷輸送性を極度に阻害しないものが好ましく、また可視光に対する吸収が強くないものが好ましく用いられる。
【０１０１】
この高分子バインダーとしては、ポリ（Ｎ−ビニルカルバゾール）、ポリアニリン及びその誘導体、ポリチオフェン及びその誘導体、ポリ（ｐ−フェニレンビニレン）及びその誘導体、ポリ（２，５−チエニレンビニレン）及びその誘導体、ポリカーボネート、ポリアクリレート、ポリメチルアクリレート、ポリメチルメタクリレート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリシロキサンが例示される。
【０１０２】
本実施形態に係る有機薄膜は、例えば、本実施形態に係るアクセプター性化合物と、必要に応じて電子輸送性材料、ホール輸送性材料及び高分子バインダー等のその他の材料と、溶媒とを含む溶液を成膜し、成膜された溶液から溶媒を除去する方法により製造することができる。アクセプター性化合物が昇華性を有する場合、真空蒸着法により有機薄膜を形成することができる。
【０１０３】
上記溶液の溶媒は、アクセプター性化合物及びその他の材料を溶解するものであばよい。例えば、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン、デカリン、ビシクロヘキシル、ｎ−ブチルベンゼン、ｓｅｃ−ブチルベンゼン及びｔｅｒｔ−ブチルベンゼン等の不飽和炭化水素系溶媒、四塩化炭素、クロロホルム、ジクロロメタン、ジクロロエタン、クロロブタン、ブロモブタン、クロロペンタン、ブロモペンタン、クロロヘキサン、ブロモヘキサン、クロロシクロヘキサン及びブロモシクロヘキサン等のハロゲン化飽和炭化水素系溶媒、クロロベンゼン、ジクロロベンゼン及びトリクロロベンゼン等のハロゲン化不飽和炭化水素系溶媒、並びに、テトラヒドロフラン及びテトラヒドロピラン等のエーテル類系溶媒を用いることができる。本実施形態に係るアクセプター性化合物は、その構造や分子量にもよるが、通常、これらの溶媒に０．１質量％以上の濃度で溶解することができる。
【０１０４】
溶液を用いた成膜方法としては、スピンコート法、キャスティング法、マイクログラビアコート法、グラビアコート法、バーコート法、ロールコート法、ワイアーバーコート法、ディップコート法、スプレーコート法、スクリーン印刷法、フレキソ印刷法、オフセット印刷法、インクジェット印刷法、ディスペンサー印刷法、ノズルコート法、キャピラリーコート法等の塗布法を用いることができる。これらのうち、スピンコート法、フレキソ印刷法、インクジェット印刷法、ディスペンサー印刷法、ノズルコート法及びキャピラリーコート法が好ましい。
【０１０５】
有機薄膜を製造する方法は、アクセプター性化合物を配向させる工程を含んでいてもよい。この工程により、主鎖及び／又は側鎖が一定の方向に沿って配列して、有機薄膜の電荷移動度がより向上する。
【０１０６】
アクセプター性化合物を配向させる方法としては、液晶の配向手法として知られている方法を用いることができる。その中でも、ラビング法、光配向法、シェアリング法（ずり応力印加法）及び引き上げ塗布法が配向手法として簡便かつ有用で利用しやすい。特に、ラビング法及びシェアリング法が好ましい。
【０１０７】
有機薄膜を製造する方法は、溶媒を除去した後の薄膜をアニールする工程を含んでいてもよい。アニールにより、アクセプター性化合物間の相互作用が促進される等して、有機薄膜の膜質が改善され、電荷移動度が更に向上する。アニールの温度は、５０℃からアクセプター性化合物のガラス転移温度（Ｔｇ）付近の間の温度が好ましく、（Ｔｇ−３０℃）からＴｇの間の温度がより好ましい。アニールの時間としては、１分から１０時間が好ましく、１０分から１時間がより好ましい。アニールする雰囲気としては、真空中又は不活性ガス雰囲気中が好ましい。
【０１０８】
本実施形態の有機薄膜は、電荷輸送性を有することから、電極から注入された電荷、又は光吸収により発生した電荷を輸送制御することにより、有機薄膜トランジスタ、有機薄膜太陽電池、光センサ等、種々の有機薄膜素子に用いることができる。有機薄膜をこれらの有機薄膜素子に用いる場合は、配向処理によりアクセプター性化合物を配向させることが、高い電荷輸送性が得られることからより好ましい。
【０１０９】
３．有機薄膜素子
上述した好適な実施形態に係る有機薄膜は、本実施形態に係るアクセプター性化合物を含むことから、優れた電荷輸送性を有する。したがって、この有機薄膜は、電極等から注入された電荷、又は光吸収により発生した電荷等を効率よく輸送できる。本実施形態に係るアクセプター性化合物は、環境安定性にも優れているため、これらを用いて薄膜を形成することで、通常の大気中においても性能が安定している有機薄膜素子を得ることが可能である。以下、各種の有機薄膜素子の好適な実施形態について説明する。
【０１１０】
（有機薄膜トランジスタ）
有機薄膜トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極と、これらの間の電流経路として機能する活性層と、電流経路を通る電流量を制御するゲート電極とから構成される。有機薄膜トランジスタとしては、電界効果型、静電誘導型が例示される。活性層として、上述の実施形態に係るアクセプター性化合物を含む有機薄膜が用いられる。
【０１１１】
電界効果型有機薄膜トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極と、これらの間に設けられた電流経路である活性層と、電流経路を通る電流量を制御するゲート電極と、有機薄膜とゲート電極との間に設けられた絶縁層とを備えることが好ましい。ソース電極及びドレイン電極が有機薄膜に接して設けられ、更に有機薄膜に接した絶縁層を挟んでゲート電極が設けられていることが好ましい。
【０１１２】
静電誘導型有機薄膜トランジスタは、ソース電極及びドレイン電極と、これらの間に設けられた電流経路である活性層と、電流経路を通る電流量を制御するゲート電極とを備え、該ゲート電極が有機薄膜中に設けられていることが好ましい。ソース電極、ドレイン電極及びゲート電極が、活性層に接して設けられていることが好ましい。ゲート電極は、ソース電極からドレイン電極へ流れる電流経路が形成され、かつゲート電極に印加した電圧で電流経路を流れる電流量が制御できる構造を有していればよい。ゲート電極は、例えば、くし形電極である。
【０１１３】
図１は第１実施形態に係る有機薄膜トランジスタ（電界効果型有機薄膜トランジスタ）の模式断面図である。図１に示す有機薄膜トランジスタ１００は、基板１と、基板１上に所定の間隔を持って形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５及びドレイン電極６を覆うようにして基板１上に形成された活性層２と、活性層２上に形成された絶縁層３と、ソース電極５とドレイン電極６との間の絶縁層３の領域を覆うように絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、を備える。
【０１１４】
図２は第２実施形態に係る有機薄膜トランジスタ（電界効果型有機薄膜トランジスタ）の模式断面図である。図２に示す有機薄膜トランジスタ１１０は、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５と、ソース電極５を覆うようにして基板１上に形成された活性層２と、ソース電極５と所定の間隔をあけて活性層２上に形成されたドレイン電極６と、活性層２及びドレイン電極６上に形成された絶縁層３と、ソース電極５とドレイン電極６との間の絶縁層３の領域を覆うように絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、を備える。
【０１１５】
図３は、第３の実施形態に係る有機薄膜トランジスタ（電界効果型有機薄膜トランジスタ）の模式断面図である。図３に示す有機薄膜トランジスタ１２０は、基板１と、基板１上に形成された活性層２と、活性層２上に所定の間隔をあけて形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５及びドレイン電極６を一部覆うようにして活性層２上に形成された絶縁層３と、ソース電極５が下部に形成されている絶縁層３の領域とドレイン電極６が下部に形成されている絶縁層３の領域とをそれぞれ一部覆うように、絶縁層３上に形成されたゲート電極４と、を備える。
【０１１６】
図４は第４実施形態に係る有機薄膜トランジスタ（電界効果型有機薄膜トランジスタ）の模式断面図である。図４に示す有機薄膜トランジスタ１３０は、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の領域を一部覆うように、絶縁層３上に所定の間隔を持って形成されたソース電極５及びドレイン電極６と、ソース電極５及びドレイン電極６を一部覆うように絶縁層３上に形成された活性層２と、を備える。
【０１１７】
図５は第５実施形態に係る有機薄膜トランジスタ（電界効果型有機薄膜トランジスタ）の模式断面図である。図５に示す有機薄膜トランジスタ１４０は、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の領域を一部覆うように絶縁層３上に形成されたソース電極５と、ソース電極５を一部覆うようにして絶縁層３上に形成された活性層２と、ゲート電極４が下部に形成されている活性層２の領域を一部覆うように、ソース電極５と所定の間隔をあけて絶縁層３上に形成されたドレイン電極６と、を備える。
【０１１８】
図６は第６実施形態に係る有機薄膜トランジスタ（電界効果型有機薄膜トランジスタ）の模式断面図である。図６に示す有機薄膜トランジスタ１５０は、基板１と、基板１上に形成されたゲート電極４と、ゲート電極４を覆うようにして基板１上に形成された絶縁層３と、ゲート電極４が下部に形成されている絶縁層３の領域を覆うように形成された活性層２と、ゲート電極４が下部に形成されている活性層２の領域を一部覆うように絶縁層３上に形成されたソース電極５と、ゲート電極４が下部に形成されている活性層２の領域を一部覆うように、ソース電極５と所定の間隔をあけて絶縁層３上に形成されたドレイン電極６と、を備える。
【０１１９】
図７は第７実施形態に係る有機薄膜トランジスタ（静電誘導型有機薄膜トランジスタ）の模式断面図である。図７に示す有機薄膜トランジスタ１６０は、基板１と、基板１上に形成されたソース電極５と、ソース電極５上に形成された活性層２と、活性層２上に所定の間隔をあけて複数形成されたゲート電極４と、ゲート電極４の全てを覆うようにして活性層２上に形成された活性層２ａ（活性層２ａを構成する材料は、活性層２と同一でも異なっていてもよい）と、活性層２ａ上に形成されたドレイン電極６と、を備える。
【０１２０】
第１〜第７実施形態に係る有機薄膜トランジスタにおいて、活性層２及び／又は活性層２ａは、本実施形態に係るアクセプター性化合物を含有し、ソース電極５とドレイン電極６の間の電流通路（チャネル）として機能する。ゲート電極４は、電圧を印加することにより活性層２及び／又は活性層２ａにおける電流通路（チャネル）を通る電流量を制御する。
【０１２１】
このような電界効果型有機薄膜トランジスタは、公知の方法、例えば特開平５−１１００６９号公報記載の方法により製造することができる。また、静電誘導型有機薄膜トランジスタは、公知の方法、例えば特開２００４−００６４７６号公報記載の方法により製造することができる。
【０１２２】
基板１は有機薄膜トランジスタとしての特性を阻害しないものが選択される。基板１として、ガラス基板、フレキシブルなフィルム基板、プラスチック基板を用いることができる。
【０１２３】
絶縁層３は、公知の絶縁性材料から選択されたものから形成することができる。例えば、ＳｉＯｘ，ＳｉＮｘ、Ｔａ２Ｏ５、ポリイミド、ポリビニルアルコール、ポリビニルフェノール、有機ガラス及びフォトレジストが挙げられる。低電圧化できるので、誘電率の高い材料を用いて絶縁層３を形成することが好ましい。
【０１２４】
絶縁層３の上に活性層２を形成する場合は、絶縁層３と活性層２の界面特性を改善するため、シランカップリング剤等の表面処理剤で絶縁層３の表面を処理して表面改質した後に活性層２を形成することも可能である。表面処理剤としては、例えば、長鎖アルキルクロロシラン類、長鎖アルキルアルコキシシラン類、フッ素化アルキルクロロシラン類、フッ素化アルキルアルコキシシラン類、ヘキサメチルジシラザン等のシリルアミン化合物が挙げられる。表面処理剤で処理する前に、絶縁層表面をオゾンＵＶ、Ｏ２プラズマで処理をしておくことも可能である。
【０１２５】
有機薄膜トランジスタを作製した後、素子を保護するために有機薄膜トランジスタ上に保護膜を形成することが好ましい。これにより、有機薄膜トランジスタが、大気から遮断され、有機薄膜トランジスタの特性の低下を抑えることができる。また、保護膜により有機薄膜トランジスタの上に駆動する表示デバイスを形成する工程における外部からの影響を低減することができる。
【０１２６】
保護膜を形成する方法としては、例えば、ＵＶ硬化樹脂、熱硬化樹脂又は無機のＳｉＯＮｘ膜でカバーする方法が挙げられる。大気との遮断を効果的に行うため、有機薄膜トランジスタを作製後、保護膜を形成するまでの工程を大気に曝すことなく（例えば、乾燥窒素雰囲気中、真空中で）行うことが好ましい。
【０１２７】
有機薄膜トランジスタを複数集積することにより有機薄膜トランジスタアレイを構成することができ、フラットパネルディスプレイのバックプレーンとして用いることもできる。
【０１２８】
（有機薄膜太陽電池）
図８は、好適な実施形態に係る有機薄膜太陽電池の模式断面図である。図８に示す有機薄膜太陽電池２００は、基板１と、基板１上に形成された第１の電極７ａと、第１の電極７ａ上に形成された活性層２と、活性層２上に形成された第２の電極７ｂと、を備える。活性層２は、本実施形態に係るアクセプター性化合物を含有する有機薄膜である。
【０１２９】
第１の電極７ａ及び第２の電極７ｂの少なくとも一方は、透明又は半透明の電極である。電極材料としては、アルミニウム、金、銀、銅、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の金属又はそれらの半透明膜、透明導電膜を用いることができる。高い開放電圧を得るためには、それぞれの電極として、仕事関数の差が大きくなるように選ばれることが好ましい。活性層２は光感度を高めるために電荷発生剤、増感剤等を含んでいてもよい。基板１としては、シリコン基板、ガラス基板、プラスチック基板等を用いることができる。
【０１３０】
有機薄膜太陽電池の動作機構を説明する。透明又は半透明の電極から入射した光エネルギーがアクセプター性化合物及び／又はドナー性化合物で吸収され、電子とホールの結合した励起子を生成する。生成した励起子が移動して、アクセプター性化合物とドナー性化合物が隣接しているヘテロ接合界面に達すると、該界面での各々の化合物のＨＯＭＯ及びＬＵＭＯのエネルギーの違いにより電子とホールが分離し、独立に動くことができる電荷が発生する。発生した電子は陰極へ、発生したホールは陽極へ移動することにより外部へ電気エネルギー（電流）として取り出すことができる。
【０１３１】
このような動作機構を考慮すると光電変換効率の高い有機薄膜太陽電池を得るためには、所望の入射光のスペクトルを効率的に吸収することができる吸収域を有したアクセプター性化合物及び／又はドナー性化合物を用いること、励起子を効率よく分離するために有機薄膜太陽電池がヘテロ接合界面を多く含むこと、生成した電荷を速やかに電極へ輸送する電荷輸送性を有する材料を用いることが重要である。
【０１３２】
本発明の有機薄膜太陽電池としては、第１の電極７ａ及び第２の電極７ｂの少なくとも一方の電極と該素子中の活性層２との間に付加的な層を設けてもよい。付加的な層としては、例えば、電荷を輸送する電荷輸送層、電極と有機層を隔離するためのバッファ層等が挙げられる。
【０１３３】
具体的には、図８に示す有機薄膜太陽電池２００において、アクセプター性化合物及びドナー性化合物を含有する活性層２と前記一対の電極のうちの一方又は両方との間にバッファ層を有する前記有機薄膜太陽電池が好ましい。
【０１３４】
有機薄膜太陽電池は、透明又は半透明の電極から太陽光等の光を照射することにより、電極間に光起電力が発生し、太陽電池として動作させることができる。有機薄膜太陽電池を複数集積することにより有機薄膜太陽電池モジュールを構成することができる。
【０１３５】
（光センサ）
図９は、第１実施形態に係る光センサの模式断面図である。図９に示す光センサ３００は、基板１と、基板１上に形成された第１の電極７ａと、第１の電極７ａ上に形成された活性層２と、活性層２上に形成された電荷発生層８と、電荷発生層８上に形成された第２の電極７ｂと、を備える。活性層２は、本実施形態に係るアクセプター性化合物を含有する有機薄膜である。
【０１３６】
図１０は、第２実施形態に係る光センサの模式断面図である。図１０に示す光センサ３１０は、基板１と、基板１上に形成された第１の電極７ａと、第１の電極７ａ上に形成された電荷発生層８と、電荷発生層８上に形成された活性層２と、活性層２上に形成された第２の電極７ｂと、を備える。活性層２は、本実施形態に係るアクセプター性化合物を含有する有機薄膜である。
【０１３７】
本実施形態に係る有機薄膜を備える光センサは、電極間に電圧を印加した状態で、透明又は半透明の電極から光を照射することにより、光電流が流れ、光センサとして動作することができる。光センサを複数集積することによりイメージセンサを構成することができる。
【０１３８】
図１１は、第３実施形態に係る光センサの模式断面図である。図１１に示す光センサ３２０は、基板１と、基板１上に形成された第１の電極７ａと、第１の電極７ａ上に形成された活性層２と、活性層２上に形成された第２の電極７ｂと、を備えるものである。活性層２は、本実施形態に係るアクセプター性化合物を含有する有機薄膜である。
【０１３９】
第１〜第３実施形態に係る光センサにおいては、第１の電極７ａ及び第２の電極７ｂの一方が透明又は半透明の電極である。電荷発生層８は光を吸収して電荷を発生する層である。電極材料としては、アルミニウム、金、銀、銅、アルカリ金属、アルカリ土類金属等の金属又はそれらの半透明膜、透明導電膜を用いることができる。活性層２中は、光感度を高めるためにキャリア発生剤、増感剤等を含有していてもよい。基板１としては、シリコン基板、ガラス基板、プラスチック基板等を用いることができる。
【０１４０】
本発明は必ずしも以上説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【実施例】
【０１４１】
以下、実施例及び比較例に基づいて本発明を更に具体的に説明する。ただし、本発明は以下の実施例に何ら限定されるものではない。
【０１４２】
（測定条件等）
核磁気共鳴（ＮＭＲ）スペクトルは、ＪＥＯＬ（日本電子株式会社）製の商品名ＪＭＮ−２７０（１Ｈ測定時２７０ＭＨｚ）、又は同社製の商品名ＪＭＮＬＡ−６００（１３Ｃ測定時１５０ＭＨｚ）を用いて測定した。ケミカルシフトは百万分率（ｐｐｍ）で表している。内部標準０ｐｐｍとして、テトラメチルシラン（ＴＭＳ）を用いた。結合定数（Ｊ）は、ヘルツで示しており、略号ｓ、ｄ、ｔ、ｑ、ｍ及びｂｒは、それぞれ、一重線（(singlet)、二重線(doublet)、三重線(triplet)、四重線(quartet)、多重線(multiplet)及び広幅線(broad)を表す。質量分析（ＭＳ）は、PerSeptive Biosystems社製のVoyager Linear DE-H MALDI-TOF MS（商品名）を用いて測定した。カラムクロマトグラフィー（ＧＰＣ）分離におけるシリカゲルは、関東化学株式会社製の商品名Silicagel60N（４０〜５０μｍ）を用いた。アルミナは、Merck社製の商品名aluminum oxide 90standardizedを用いた。全ての化学物質は、試薬級であり、和光純薬工業株式会社、東京化成工業株式会社、関東化学株式会社、ナカライテスク株式会社、又はシグマアルドリッチジャパン株式会社より購入した。
【０１４３】
サイクリックボルタンメトリー（以下、「ＣＶ」という。）は、ＢＡＳ社製の装置を使用し、作用電極としてＢＡＳ社製Ｐｔ電極、対電極としてＰｔ線、参照電極としてＡｇ線を用いて測定した。この測定時の掃引速度は１００ｍＶ／秒、走査電位領域は−２．８Ｖ〜１．６Ｖであった。還元電位及び酸化電位の測定は、測定される化合物を１×１０−３ｍｏｌ／Ｌと、支持電解質としてのテトラブチルアンモニウムヘキサフルオロホスフェートを０．１ｍｏｌ／Ｌとを、塩化メチレンに完全に溶解させた溶液を用いて行った。
【０１４４】
溶液の吸収スペクトルは、自記分光光度計（UV-3100PC：(株)島津製作所製）を用い、セル幅１ｃｍの石英セル、スリット幅１ｍｍの条件で測定した。溶液の蛍光スペクトルは、蛍光分光光度計（FluoroMax-2：(株)堀場製作所製）を用い、検出器として光電子増倍管（R928：浜松ホトニクス(株)製）を用いて測定した。蛍光スペクトルの測定は、溶液を石英セルに入れ、スリット幅１ｍｍ、積算時間(1nm/秒)の条件で行った。
【０１４５】
実施例１
＜化合物Ｂの合成＞
原料として用いる化合物ＡをToshifumi Dohi et al. J. Org. Chem. 2007, 72, 109.に記載の方法にしたがって合成した。
【０１４６】
【化３１】
【０１４７】
５ｍＬの試験管に、化合物Ａ（２５８ｍｇ，０．３９ｍｍｏｌ）、及び、３−アミノプロピルトリエトキシシラン（１ｍＬ）を入れ、１５０℃で一晩攪拌した。得られた生成物を、シリカゲルカラム（クロロホルム）、ＧＰＣで精製し、赤色固体の化合物Ｂ（２１７ｍｇ，収率６４％）を得た。化合物Ｂの分析結果及び構造式は、以下の通りである。
ＴＬＣ Ｒｆ ＝０．１（クロロホルム）
１Ｈ ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）：δ０．８１（ｍ），１．２１（ｍ），１．８７（ｍ），２．２６（ｍ，２Ｈ），３．８４（ｍ，６Ｈ），４．２１（ｔ，２Ｈ），５．１８（ｍ，１Ｈ），８．６９（ｍ，８Ｈ）
【０１４８】
【化３２】
【０１４９】
＜化合物Ｃの合成＞
５０ｍＬナスフラスコに、化合物Ｂ（２１７ｍｇ，０．２５２ｍｍｏｌ）、クロロホルム（３ｍＬ）、及び、テトラ−ｎ−ブチルアンモニウムフルオライド（０．１ｍＬ）を加え、一晩攪拌した。得られた生成物を水洗後、クロロホルムで抽出した。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥させ、溶媒を留去し、残渣を真空乾燥させた。これを、シリカゲルカラム（クロロホルム）、ＧＰＣで精製し、赤色固体の化合物Ｃ（１７７ｍｇ，収率９３％）を得た。化合物Ｃの分析結果及び構造式は、以下の通りである。
ＭＡＬＤＩ ＴＯＦＭＳ：ｍ／ｚ＝５９９８．９７
【０１５０】
ＣＶ測定の結果、化合物Ｃは、−１．２９Ｖの還元電位ＥＲＥＤ（ピーク値）を示した。
【０１５１】
【化３３】
【０１５２】
＜吸収スペクトル及び蛍光スペクトルの測定＞
化合物Ｃのクロロホルム溶液を用いて、吸収スペクトル及び蛍光スペクトルを測定した。吸収スペクトルにおいて、４６５ｎｍ、４９０ｎｍ及び５３０ｎｍにピークが見られた（図１２）。蛍光スペクトルにおいて、末端基であるペリレンビス（ジカルボキシイミド）基同士の会合に起因すると考えられる、６２０ｎｍ付近にピークを持つブロードな蛍光が強く観測された（図１３）。アクセプター性の基であるペリレンビス（ジカルボキシイミド）基同士の会合が生じていることから、化合物Ｃが良好な電子輸送性を有することが示唆された。
【０１５３】
実施例２
＜化合物Ｄの合成＞
ふた付き試験管に、ペリレン−３，４，９，１０−テトラカルボン酸二無水物（５５０ｍｇ，１．４０ｍｍｏｌ）、エチルヘキシルアミン（４３５ｍｇ，３．３７ｍｍｏｌ）、及び、ＤＭＦ（１０ｍＬ）を入れ、１４０℃で一晩攪拌した。得られた生成物を、ヘキサンで洗浄した後、シリカゲルカラム（クロロホルム）で精製し、赤色固体の化合物Ｄ（５４２ｍｇ，収率６３％）を得た。化合物Ｄの分析結果及び構造式は、以下の通りである。
１Ｈ ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）：δ０．９１（ｍ），１．４１（ｍ），４．１３（ｍ），８．４５（ｄ，４Ｈ），８．５７（ｄ，４Ｈ）
【０１５４】
【化３４】
【０１５５】
＜化合物Ｅの合成＞
５０ｍＬナスフラスコに、化合物Ｄ（７３４ｍｇ，１．１９ｍｍｏｌ）、水酸化カリウム（２３４ｍｇ，４．１７ｍｍｏｌ）、及び、２−メチル−２−プロパノール（５０ｍＬ）を加え、８０℃で２時間攪拌した。反応液を、水及びメタノールによる洗浄の後、真空乾燥させて、赤色固体（６１３ｍｇ）を得た。試験管に赤色固体（６１３ｍｇ）、及び、トリエトキシシリルプロピルアミン（４ｍＬ）を入れ、１５０℃で一晩攪拌した。得られた生成物を、シリカゲルカラム（クロロホルム）、ＧＰＣで精製し、赤色固体の化合物Ｅ（３０４ｍｇ，収率３６％）を得た。化合物Ｅの分析結果及び構造式は、以下の通りである。
ＴＬＣ Ｒｆ ＝ ０．１（クロロホルム）
１Ｈ ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）：δ０．９０（ｍ），１．２３（ｍ，９Ｈ），１．４０（ｍ），３．８４（ｍ，６Ｈ），４．１９（ｍ），８．６８（ｍ，８Ｈ）
【０１５６】
【化３５】
【０１５７】
＜化合物Ｆの合成＞
５ｍＬの試験管に化合物Ｅ（８７ｍｇ，０．１２３ｍｍｏｌ）、クロロホルム（２ｍＬ）、及び、テトラ−ｎ−ブチルアンモニウムフロライド（０．１ｍＬ）を加え、一晩攪拌した。得られた生成物を、水洗後、クロロホルムで抽出した。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥させ、溶媒を留去し、残渣を真空乾燥させた。これを、シリカゲルカラム（クロロホルム）、ＧＰＣで精製し、赤色固体の化合物Ｆ（３６ｍｇ，収率４１％）を得た。得られた化合物Ｆの分析結果及び構造式は、以下の通りである。
ＭＡＬＤＩ ＴＯＦＭＳ：ｍ／ｚ＝４７６５．７
【０１５８】
【化３６】
【０１５９】
実施例３
＜化合物Ｈの合成＞
原料として用いる化合物ＧをYutaka Ie et al. Chem. Comm. 2009, 10, 1213.に記載の方法にしたがって合成した。
【０１６０】
【化３７】
【０１６１】
５ｍＬの試験管に、化合物Ｇ（１ｇ，１．１６ｍｍｏｌ）、ＰｄＣｌ２（ｄｐｐｆ）（９５ｍｇ，０．１６ｍｍｏｌ）、酢酸カリウム（３４２ｍｇ）、ビス（ピナコラート）ジボロン（４４３ｍｇ）、及び、ジメチルスルホキシド（１ｍＬ）を入れ、１１０℃にて反応させた。反応液を水洗し、クロロホルムで抽出した。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥させ、溶媒を留去し、残渣を真空乾燥させた。シリカゲルカラム（クロロホルム）、ＧＰＣで精製し、赤色固体の化合物Ｈ（２１６ｍｇ，収率２２％）を得た。得られた化合物Ｈの分析結果及び構造式は以下の通りである。
１Ｈ ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）：δ０．８４（ｔ，６Ｈ），１．２６（ｍ），１．９１（ｍ），２．２６（ｍ），５．１９（ｍ，１Ｈ），７．３７（ｄ，２Ｈ），８．０３（ｄ，２Ｈ），８．６７（ｍ，８Ｈ）
【０１６２】
【化３８】
【０１６３】
＜化合物Ｊの合成＞
原料として用いる化合物ＩをIsabelle Aujard et al. J. Am. Chem. Soc. 2001, 123, 8177.に記載の方法にしたがって合成した。
【０１６４】
【化３９】
【０１６５】
５ｍＬの試験管に、化合物Ｈ（１３０ｍｇ，０．１５ｍｍｏｌ）、化合物Ｉ（２８ｍｇ，０．０３ｍｍｏｌ）、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（７ｍｇ，０．００６０ｍｍｏｌ）、炭酸カリウム（４２ｍｇ）、及び、テトラヒドロフランと水との混合液（テトラヒドロフラン／水＝１．５ｍＬ／０．３ｍＬ）を入れ、９０℃で一晩反応させた。得られた生成物を、シリカゲルカラム（クロロホルム）、ＧＰＣで精製し、赤色固体の化合物Ｊ（２６ｍｇ，収率２６％）を得た。得られた化合物Ｊの分析結果及び構造式は、以下の通りである。
ＭＡＬＤＩ ＴＯＦＭＳ：ｍ／ｚ＝３３６３．８
【０１６６】
ＣＶ測定の結果、化合物Ｊは、−１．２５Ｖの還元電位ＥＲＥＤ（ピーク値）を示した。
【０１６７】
【化４０】
【０１６８】
実施例４
＜化合物Ｌの合成＞
原料として用いる化合物ＫをLyle D. Wescott and Daniell Lewis Mattern, J. Org. Chem. 2003, 68, 10058.に記載の方法で合成した。
【０１６９】
【化４１】
【０１７０】
５ｍＬの試験管に、化合物Ｈ（８６ｍｇ，０．１０ｍｍｏｌ）、化合物Ｋ（１６ｍｇ，０．０２ｍｍｏｌ）、テトラキス（トリフェニルホスフィン）パラジウム（５ｍｇ，０．００４３ｍｍｏｌ）、炭酸カリウム（２８ｍｇ）、及び、テトラヒドロフランと水との混合液（テトラヒドロフラン／水＝１．０ｍＬ／０．２ｍＬ）を入れ、９０℃で一晩反応させた。得られた生成物を、シリカゲルカラム（クロロホルム）、ＧＰＣで精製し、赤色固体の化合物Ｌ（２０ｍｇ，収率３０％）を得た。得られた化合物Ｌの分析結果及び構造式は、以下の通りである。
ＭＡＬＤＩ ＴＯＦＭＳ：ｍ／ｚ＝３２４３．７
【０１７１】
ＣＶ測定の結果、化合物Ｌは、−１．２６Ｖの還元電位ＥＲＥＤ（ピーク値）を示した。
【０１７２】
【化４２】
【０１７３】
実施例５
＜化合物Ｏの合成＞
原料として用いる化合物ＮをMichael R. Wasielewski et al. J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 5563.に記載の方法にしたがって合成した。
【０１７４】
【化４３】
【０１７５】
５ｍＬの試験管に、化合物Ｎ（１００ｍｇ，０．２６ｍｍｏｌ）、及び、３−アミノプロピルトリエトキシシラン（０．６ｍＬ）を入れ、１５０℃で一晩攪拌した。得られた生成物を、シリカゲルカラム（クロロホルム）で精製し、白色固体の化合物Ｏ（６７ｍｇ，収率３０％）を得た。得られた化合物Ｏの分析結果及び構造式は、以下の通りである。
１Ｈ ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）：δ０．７７（ｍ），０．９５（ｍ），１．９５（ｍ），３．８３（ｔ，６Ｈ），４．１５（ｍ，２Ｈ），８．７５（ｓ，４Ｈ）
【０１７６】
【化４４】
【０１７７】
＜化合物Ｐの合成＞
５ｍＬの試験管に、化合物Ｏ（８６ｍｇ，０．１５ｍｍｏｌ）、ジクロロメタン（３ｍＬ）、及び、テトラ−ｎ−ブチルアンモニウムフロライド（０．０７ｍＬ）を加え、一晩攪拌した。反応液を水洗し、ジクロロメタンで抽出した。有機層を硫酸ナトリウムで乾燥させ、溶媒を留去し、残渣を真空乾燥させた。これを、シリカゲルカラム（クロロホルム）、ＧＰＣで精製し、白色固体の化合物Ｐ（３７ｍｇ，収率５６％）を得た。得られた化合物Ｐの分析結果及び構造式は、以下の通りである。
１Ｈ ＮＭＲ（４００ＭＨｚ，ＣＤＣｌ３）：δ０．９０（ｍ），１．３４（ｍ），１．８５（ｍ），４．０３（ｍ），８．３７（ｍ，３２Ｈ）
ＭＡＬＤＩ ＴＯＦＭＳ ： ｍ／ｚ ＝ ３７０８．４
【０１７８】
【化４５】
【０１７９】
実施例６
＜有機薄膜素子１の作製及びトランジスタ特性の評価＞
ゲート電極としての高濃度にドープされたｐ型シリコン基板の表面に、３００ｎｍのシリコン酸化膜を熱酸化により絶縁膜として形成した基板を準備した。この基板の上に、リフトオフ法によりチャネル幅３８ｍｍ、チャネル長２５μｍの櫛形ソース電極及びドレイン電極を形成した。得られた電極付き基板をアセトンで１０分間、次いでイソプロピルアルコールで１０分間超音波洗浄した後、オゾンＵＶを３０分間照射し、該基板の表面を洗浄した。実施例１で合成した化合物Ｃをクロロホルムに１質量％の濃度で溶解させたところ、化合物Ｃは、クロロホルムに完全に溶解したので、有機溶媒に溶解可能であることを確認できた。この溶液を、洗浄した上記基板上にスピンコート法により回転数１５００ｒｐｍで、１分間かけて塗布するともに乾燥させて、化合物Ｃの有機薄膜を形成した。その後、窒素中で２００℃にて３０分間アニール処理をし、有機薄膜素子１を得た。半導体パラメータアナライザー（ｋｅｉｔｈｌｅｙ社製、商品名「４２００−ＳＣＳ」）を用いて、真空中でゲート電圧Ｖｇ及びソース−ドレイン間電圧Ｖｓｄを０〜８０Ｖの範囲で変化させながら、有機薄膜素子１の有機トランジスタ特性を測定したところ、良好なｎ型半導体のＩｄ−Ｖｇ特性が得られた。このときの移動度は１．２×１０−４ｃｍ２／Ｖｓであり、しきい値電圧は５９Ｖであり、オン／オフ比は１０５であり、いずれも良好であった。このことから、有機薄膜素子１は、ｎ型有機トランジスタとして有効に機能することが確認された。また、化合物Ｃは電子輸送性に優れた有機ｎ型半導体として利用可能であることが確認された。
【０１８０】
実施例７
＜有機薄膜素子２の作製及び太陽電池特性の評価＞
ドナー性化合物としてのレジオレギュラーポリ−３−ヘキシルチオフェンと、アクセプター性化合物としての化合物Ｃとを１:１（質量比）で混合し、クロロホルム溶媒に溶解させ、塗布溶液を調製する。スパッタリング法によりＩＴＯ膜を付けたガラス基板をオゾンＵＶで表面処理し、次に、表面処理した基板上にスピンコート法により前記塗布溶液を塗布し、有機薄膜太陽電池の活性層を得る。その後、真空蒸着法により、活性層上にフッ化リチウム、次いで、フッ化リチウムの層の上にアルミニウムを蒸着して、有機薄膜素子２を作製する。
【０１８１】
有機薄膜素子２について、有機薄膜太陽電池の特性をソーラシミュレーター(AM1.5Gフィルター、放射照度100mW/cm2)による光照射下で測定すると、太陽電池として動作する。
【０１８２】
実施例８
＜有機薄膜素子３の作製及びトランジスタ特性の評価＞
実施例５で合成した化合物Ｐを、１質量％の濃度でクロロホルムに加えたところ、化合物Ｐはクロロホルムに完全に溶解したので、有機溶媒に溶解可能であることを確認できた。こうして得られた溶液を、化合物Ｃのクロロホルム溶液の代わりに用いた以外は、実施例６と同様にして、有機薄膜素子３を作製した。次いで、実施例６と同様にして、有機薄膜素子３の有機トランジスタ特性を測定したところ、良好なｎ型半導体のＩｄ−Ｖｇ特性が得られた。このときの移動度は１．１×１０−４ｃｍ２／Ｖｓであり、しきい値電圧は１４Ｖであり、オン／オフ比は１０７であり、いずれも良好であった。このことから、有機薄膜素子３は、ｎ型有機トランジスタとして有効に機能することが確認された。また、化合物Ｐは電子輸送性に優れた有機ｎ型半導体として利用可能であることが確認された。
【０１８３】
比較例１
＜化合物Ｑの合成＞
化合物ＱをLyle D. Wescott and Daniell Lewis Mattern, J. Org. Chem. 2003, 68, 10058. に記載の方法で合成した。
【０１８４】
【化４６】
【０１８５】
＜吸収スペクトル及び蛍光スペクトルの評価＞
化合物Ｑをクロロホルムに溶解させて、吸収スペクトル及び蛍光スペクトルを測定した。吸収スペクトルにおいて、４６０ｎｍ、４９０ｎｍ及び５２５ｎｍにピークが見られた（図１２）。また、蛍光スペクトルにおいて、５３０ｎｍ、５７０ｎｍ及び６２０ｎｍにピークが見られ、最大のピークは５３０ｎｍであり、化合物Ｑ同士の会合に起因すると思われる６２０ｎｍ付近にピークを持つ蛍光はそれほど強くなかった（図１３）。
【符号の説明】
【０１８６】
１…基板、２…活性層、２ａ…活性層、３…絶縁層、４…ゲート電極、５…ソース電極、６…ドレイン電極、７ａ…第１の電極、７ｂ…第２の電極、８…電荷発生層、１００，１１０，１２０，１３０，１４０，１５０，１６０…有機薄膜トランジスタ、２００…有機薄膜太陽電池、３００，３１０，３２０…光センサ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
かご状化合物又は脂肪族炭化水素化合物から誘導される４価以上の基であるコア部と、
該コア部に結合した４以上の側鎖基と、
を備え、前記側鎖基のうち２以上がアクセプター性の基を有する、化合物。
【請求項２】
下記一般式（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）又は（ｇ）で表され、これら式中の−Ｌ−Ｔが前記側鎖基であり、同一分子中の複数のＴのうち２以上が前記アクセプター性の基である、請求項１に記載の化合物。
【化１】
【化２】
【化３】
【化４】
【化５】
【化６】
【化７】
［式（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）及び（ｇ）中、Ｌは単結合又は２価の有機基を示し、Ｔは前記アクセプター性を有する基、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、フェニル基又は置換フェニル基を示し、前記置換フェニル基の置換基は、ハロゲン原子、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、１価の複素環基、アミノ基、ニトロ基及びシアノ基から選ばれる、一部又は全部の水素原子がフッ素原子により置換されていてもよい基であり、同一分子中の複数のＬ及びＴは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。］
【請求項３】
前記かご状化合物がアダマンタン又はシルセスキオキサンであり、前記脂肪族炭化水素化合物がメタンである、請求項１に記載の化合物。
【請求項４】
前記アクセプター性の基が、下記構造式：
【化８】
【化９】
【化１０】
のいずれかで表される、フラーレン誘導体残基を含む基、
下記構造式：
【化１１】
で表される、ナフタレンイミド誘導体残基を含む基、
下記構造式：
【化１２】
【化１３】
【化１４】
【化１５】
【化１６】
【化１７】
【化１８】
のいずれかで表される、ペリレンイミド誘導体残基を含む基、又は、
下記構造式：
【化１９】
で表される、テリレンイミド誘導体残基を含む基であり、
これら式中、Ｒ０１は１価の有機基を示し、Ｒ０２は２価の有機基を示し、Ｒ０３は３価の有機基を示し、Ｒ０１、Ｒ０２及びＲ０３がそれぞれ同一式中に複数あるとき、それらは同じでも異なっていてもよく、Ａは、アルキル基、アルコキシ基、スルホニル基、アミノ基、アンモニオ基、ヒドロキシ基、ニトロ基又はハロゲン原子を示し、ｅは０〜４の整数を示し、ｆは０〜１２の整数を示し、ｇは０〜８の整数を示す、請求項１〜３のいずれか一項に記載の化合物。
【請求項５】
前記アクセプター性の基が、フラーレン誘導体残基を含む基、ナフタレンイミド誘導体残基を含む基又はペリレンイミド誘導体残基を含む基である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の化合物。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の化合物を含む有機薄膜。
【請求項７】
請求項６記載の有機薄膜を備える有機薄膜素子。
【請求項８】
請求項６記載の有機薄膜を備える有機薄膜トランジスタ。
【請求項９】
請求項６記載の有機薄膜を備える有機薄膜太陽電池。
【請求項１０】
請求項６記載の有機薄膜を備える光センサ。
【請求項１】
かご状化合物又は脂肪族炭化水素化合物から誘導される４価以上の基であるコア部と、
該コア部に結合した４以上の側鎖基と、
を備え、前記側鎖基のうち２以上がアクセプター性の基を有する、化合物。
【請求項２】
下記一般式（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）又は（ｇ）で表され、これら式中の−Ｌ−Ｔが前記側鎖基であり、同一分子中の複数のＴのうち２以上が前記アクセプター性の基である、請求項１に記載の化合物。
【化１】
【化２】
【化３】
【化４】
【化５】
【化６】
【化７】
［式（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）及び（ｇ）中、Ｌは単結合又は２価の有機基を示し、Ｔは前記アクセプター性を有する基、水素原子、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、フェニル基又は置換フェニル基を示し、前記置換フェニル基の置換基は、ハロゲン原子、飽和又は不飽和の脂肪族炭化水素基、アリール基、アルコキシ基、アリールオキシ基、１価の複素環基、アミノ基、ニトロ基及びシアノ基から選ばれる、一部又は全部の水素原子がフッ素原子により置換されていてもよい基であり、同一分子中の複数のＬ及びＴは、それぞれ同一でも異なっていてもよい。］
【請求項３】
前記かご状化合物がアダマンタン又はシルセスキオキサンであり、前記脂肪族炭化水素化合物がメタンである、請求項１に記載の化合物。
【請求項４】
前記アクセプター性の基が、下記構造式：
【化８】
【化９】
【化１０】
のいずれかで表される、フラーレン誘導体残基を含む基、
下記構造式：
【化１１】
で表される、ナフタレンイミド誘導体残基を含む基、
下記構造式：
【化１２】
【化１３】
【化１４】
【化１５】
【化１６】
【化１７】
【化１８】
のいずれかで表される、ペリレンイミド誘導体残基を含む基、又は、
下記構造式：
【化１９】
で表される、テリレンイミド誘導体残基を含む基であり、
これら式中、Ｒ０１は１価の有機基を示し、Ｒ０２は２価の有機基を示し、Ｒ０３は３価の有機基を示し、Ｒ０１、Ｒ０２及びＲ０３がそれぞれ同一式中に複数あるとき、それらは同じでも異なっていてもよく、Ａは、アルキル基、アルコキシ基、スルホニル基、アミノ基、アンモニオ基、ヒドロキシ基、ニトロ基又はハロゲン原子を示し、ｅは０〜４の整数を示し、ｆは０〜１２の整数を示し、ｇは０〜８の整数を示す、請求項１〜３のいずれか一項に記載の化合物。
【請求項５】
前記アクセプター性の基が、フラーレン誘導体残基を含む基、ナフタレンイミド誘導体残基を含む基又はペリレンイミド誘導体残基を含む基である、請求項１〜３のいずれか一項に記載の化合物。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載の化合物を含む有機薄膜。
【請求項７】
請求項６記載の有機薄膜を備える有機薄膜素子。
【請求項８】
請求項６記載の有機薄膜を備える有機薄膜トランジスタ。
【請求項９】
請求項６記載の有機薄膜を備える有機薄膜太陽電池。
【請求項１０】
請求項６記載の有機薄膜を備える光センサ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１２−１８４２２７（Ｐ２０１２−１８４２２７Ａ）
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−３３１９２（Ｐ２０１２−３３１９２）
【出願日】平成２４年２月１７日（２０１２．２．１７）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月２７日（２０１２．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月１７日（２０１２．２．１７）
【出願人】（０００００２０９３）住友化学株式会社 (8,981)
【出願人】（５０４１７６９１１）国立大学法人大阪大学 (1,536)
【Ｆターム（参考）】
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