JP2001064642A - 高分子電荷輸送材料および発光材料 - Google Patents
高分子電荷輸送材料および発光材料Info
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Abstract
度を有する電荷輸送材料及び発光材料を提供する。 【解決手段】本発明の高分子電荷輸送材料は、少なくと
も2ヵ所以上のアリール基のパラ位が水素である、芳香
族第三級アミンと、ジビニル化合物との付加縮合により
得られ、下記一般式(1)で示されることを特徴とす
る。 【化1】 (式中、m、nは重合度を示す正の整数を表し、R1 及
びR3 はアリーレン基、R2 はアリール基、R4 はアル
キレン基、アリーレン基、及びジアルキレンオキサイド
基、R5 、R6 は水素原子、アルキル基からなる群から
選ばれる置換基を示し、前記アリール基及びアリーレン
基は、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、シア
ノ基、トリフルオロメチル基、アミノ基、アリール基、
及び芳香族第3級アミンを含む基からなる群から選ばれ
る置換基で置換された置換基、または未置換の置換基を
示す。)
Description
り、有機薄膜EL素子や電子写真感光体に適用可能な高
分子電荷輸送材料および発光材料に関する。
センス(以下単にELという)現象を利用した、発光層が
有機材料からなる発光素子であり、自発光型の平面表示
素子や平面光源として利用されている。この有機薄膜EL
素子は、イーストマン・コダック社のC.W.Tangらにより
開発され、特開昭59−194293号公報、特開昭6
3−264692号公報、特開昭63−295695号
公報、アプライド・フィジックス・レター第51巻第1
2号第913頁(1987年)、及びジャーナル・オブ
・アプライドフィジックス第65巻第9号第3610頁
(1989年)等に記載されている。
孔注入輸送層、有機発光層、及び陰極の順に積層されて
構成され、以下に示すようにして作製される。
性の基板上に、陽極として、インジウムとスズとの複合
酸化物(以下、単にITOという)からなる透明導電膜
を蒸着法または、スパッタリング法等により形成する。
次に、この陽極上に、有機正孔注入輸送層として、銅フ
タロシアニンやテトラアリールジアミン化合物等の有機
正孔注入輸送材料からなる、単層または多層膜を、10
0nm程度以下の厚さで形成する。
光層としてトリス(8−キノリノール)アルミニウム
(以下、単にAlqとする)等の有機電子輸送性発光材
料からなる有機発光層を、100nm程度以下の厚さ
で、蒸着法により形成する。この有機発光層上に、陰極
としてMg:Ag等の合金膜を、200nm程度の厚さ
で、共蒸着法により形成することにより、有機薄膜EL
素子が作製される。
素子においては、電極間に直流低電圧を印加することに
より、正孔と電子が有機発光層に注入され、これらの再
結合により発光が生じる。なお、この素子に印加する直
流低電圧は、通常、20〜30V以下であり、陰極にM
g:Ag合金を用いた素子では、1000cd/m2以
上の輝度が得られる。さらに、有機発光層中にクマリン
系、ピラン系、キナクリドン系等の蛍光量子収率の高い
蛍光色素を共蒸着等の方法でドーピングすれば、ELの
輝度は、さらに2倍以上に高めることができる。
れている電荷輸送材料(正孔注入輸送材料または電子輸
送材料)および発光材料の大半は、これまで、耐熱性が
十分でない低分子化合物が占めていた。これら低分子化
合物を蒸着等の方法で正孔注入輸送層等の電荷輸送膜や
発光層を形成した場合、膜の機械的強度や耐熱性が不足
しピンホールが生じ易く、安定性に優れた有機薄膜EL
素子を作製することができないという問題を有してい
た。このため、耐熱性に優れた、機械的強度の良好な電
荷輸送材料および発光材料が望まれ、低分子電荷輸送材
料および発光材料をポリマー化する試みもなされてき
た。しかし、低分子電荷輸送材料および発光材料分子に
ビニル基、アミノ基等の重合性官能基を導入することは
合成、精製工程が複雑になる。また、官能基を有するモ
ノマーは精製が困難であったり保存安定性が不足したり
する問題があった。
材料は、以下に示すように電子写真技術における感光体
にも用いられている。電子写真技術においては、非晶質
セレン感光体を用いた電子写真複写機が実用化されて以
来、数多くの無機及び有機感光体材料の開発が行われて
いる。電子写真感光体の感光体材料としては、従来、非
晶質シリコンやセレン、酸化亜鉛、及び硫化カドミウム
等の無機感光体材料の膜が用いられていた。しかし、こ
れら無機感光体材料は、CVD法や蒸着等の真空成膜に
よる製造コストが高かったり、セレンや硫化カドミウム
等の材料は毒性を有するので廃棄処理の問題もあり、代
わりに、安価で感度、及び安全性の高い有機感光体材料
の開発が急速に進展している。
は、一般に、伝導性支持体上に、電荷発生層及び電荷輸
送層が順次積層された2層構造となっている。ここで、
電荷発生層とは、光を吸収することにより電荷を発生す
る機能を有する層であり、電荷輸送層は、電荷発生層で
発生した電荷の感光体内での移動を可能にする機能を有
する層である。
体に用いた場合は、上述の廃棄処理問題を引き起こす可
能性は少なく、成膜もポリマーバインダー中に有機感光
体材料を分散させてディップコートすることにより安価
に製造することができる。また、有機感光体材料では、
高い電荷発生性及び電荷輸送性を同時に有する材料が少
ないため、通常、電荷発生層及び電荷輸送層を積層した
二層構造とする必要がある。
体を用いた電子写真プロセスでは、この電子写真感光体
を、コロナ放電または接触帯電により帯電させ画像を露
光することにより、静電潜像を感光体表面に形成し、こ
の静電潜像を、潜像の電荷とは逆の符号に帯電したトナ
ーを用いて現像し、これを普通紙に転写して定着するこ
とにより印画がおこなわれる。
子写真感光体は、光応答性を向上させるために電荷輸送
特性の向上が要求されている。また、この感光体はクリ
ーニングすることにより再利用されるため、くり返し使
用に耐えうる、優れた耐久性も要求されている。
電荷輸送材料を樹脂バインダー中に分散塗布させた電荷
輸送材料では電荷輸送特性を上げるために低分子電荷発
生材料または電荷輸送材料の濃度を上げると成膜性の低
下や塗膜の機械的強度が減少する問題があった。
膜EL素子の電荷輸送材料、発光材料あるいは電子写真
感光体等の電荷輸送材料として用いられてきた材料は求
められる特性を必ずしも満足させているわけではなく、
より優れた電荷輸送性と耐久性の高い材料が求められて
いる。
は電子写真感光体に用いる、耐熱性、機械的強度を有
し、容易に合成可能な高分子電荷輸送材料および発光材
料を提供することにある。
ヵ所以上の窒素に結合したアリール基のパラ位が水素で
ある芳香族第三級アミンと、ジビニル化合物との付加重
合により得られる、下記一般式(1)で示される構造を
繰り返し単位として分子中に含むことを特徴とする高分
子電荷輸送材料である。
分子電荷輸送材料において、下記一般式(2)で示され
る構造を繰り返し単位として分子中に含むことを特徴と
する高分子電荷輸送材料である。
基のパラ位が水素である芳香族第三級アミンと、ジビニ
ル化合物との付加重合により得られる、下記一般式
(1)で示される構造を繰り返し単位として分子中に含
むことを特徴とする発光材料である。
おいて、下記一般式(2)で示される構造を繰り返し単
位として分子中に含むことを特徴とする発光材料であ
る。
び発光材料は、芳香族第三級アミンの窒素原子に結合し
たアリール基の主にパラ位水素が官能基となりジビニル
化合物のビニル基との付加重合が酸触媒存在下容易に起
こることを鋭意研究の結果見い出したことにより得られ
たものである。
のパラ位の水素を2個有する芳香族第三級アミン化合物
と同モル量のジビニル化合物とを、1,4−ジオキサ
ン、ジクロロメタン等の有機溶媒中で、1 〜10mol %程
度のパラ- トルエンスルホン酸やトリフルオロメチルス
ルホン酸等の酸触媒存在下、付加重合させることによ
り、容易に合成することが可能である。
アミンの窒素原子に結合したアリール基のパラ位の水素
の数が2つ以上必要であるが、3つ以上の場合は重合反
応が進むとゲル化しやすくなるため、好ましくは2〜4
つが望ましい。
料は、数平均分子量が1,000〜1,000,000
程度の重合度のものが得られる。正孔輸送能を有するト
リアリールアミン化合物を容易に高濃度で主鎖骨格に導
入でき、さらに、高分子材料とすることで、ガラス転移
温度をモノマーに用いた低分子化合物よりも高くするこ
とも可能となる。薄膜の作製は溶媒に溶かし、スピンコ
ート法、ディップコート法、インクジェット法等の湿式
法で容易に行うことができる。
明の高分子電荷輸送材料および発光材料において、R1
及びR4 はアリーレン基を示している。アリーレン基と
しては、フェニレン基、ナフチレン基、ビフェニレン基
及びトリフェニレン基、および発光性の高いアントリレ
ン基等をあげることができる。
基としては、フェニル基、トリル基、ナフチル基、アン
トリル基、フェナントリル基、ビフェニルイル基、トリ
フェニルイル基、ペンタフェニル基、インデニル基、及
びフルオレニル基等をあげることができる。
レン基はフッ素、塩素等のハロゲン原子、メチル基、エ
チル基、イソプロピル基、及びターシャリーブチル基等
のアルキル基、メトキシ基、エトキシ基、イソプロポキ
シ基、及びターシャリーブトキシ基等のアルコキシ基、
ジメチルアミノ基、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミ
ノ基、及びジナフチルアミノ基等のアミノ基、N,N-ジト
リルアニリン基等の芳香族第三級アミンを含む基、トリ
フルオロメチル基及びシアノ基等の電子吸引性置換基で
置換されてもよい。また、R1 とR3 とは、互いに同一
であっても、異なっていてもよい。
基、アリーレン基及びジアルキレンオキサイド基等を挙
げることができる。
ルキル基を挙げることができる。R 5 及びR6 に用いら
れるアルキル基は、好ましくは炭素数1〜4のアルキル
基であり、メチル基、エチル基、イソプロピル基、及び
ターシャリーブチル基等を挙げることができる。
原子、アルキル基、アルコキシ基、シアノ基、トリフル
オロメチル基、アミノ基、及びアリール基を挙げること
ができる。R7 〜R12に用いられるハロゲン原子はフッ
素、塩素等を挙げることができる。アルキル基としては
エチル基、メチル基、イソプロピル基、及びターシャリ
ーブチル基等を挙げることができる。アルコキシ基とし
ては、メトキシ基、エトキシ基、及びイソプロポキシ基
等を挙げることができる。
しては、ジフェニルアミノ基、ジトリルアミノ基、及び
ジナフチルアミノ基などを挙げることができる。アリー
ル基としては、フェニル基、トリル基、ナフチル基、ア
ントラリル基、フェナントリル基、ビフェニルイル基、
トリフェニルイル基、ペンタフェニル基、インデニル
基、及びフルオレニル基等を挙げることができる。
は、フッ素、塩素等のハロゲン原子、エチル基、メチル
基、イソプロピル基、及びターシャリーブチル基等のア
ルキル基、メトキシ基、エトキシ基、及びイソプロポキ
シ基等のアルコキシ基、ジメチルアミノ基、ジフェニル
アミノ基、ジトリルアミノ基、及びジナフチルアミノ基
等のアミノ基、及びシアノ基等の置換基で置換されてい
てもよい。また、R7〜R12は、互いに同一であって
も、異なっていてもよい。
〜(8)に挙げる。
有機薄膜EL素子用の正孔輸送材料及び電子写真用電荷輸
送材料として利用できる。化学式(8)に示した材料は
可視領域の青緑色蛍光が強く有機薄膜EL素子用の発光材
料として利用できる。以上示した本発明の高分子電荷輸
送材料および発光材料は、他の電荷輸送材料や発光材料
と混合して用いることも可能である。
アミン0.5mmolと1,4−ジビニルベンゼン0.
5mmolに、1,4−ジオキサン4.0mlを加え、
これにパラ−トルエンスルホン酸10mol%を加えて
105℃で24時間攪拌反応させた。これをメタノール
で沈殿し、得られた沈殿物をトルエンとメタノールを用
いて、再沈殿法で精製することにより、化学式(1)に
示す、白色粉末状の高分子電荷輸送材料を得た。
電荷輸送材料の1HNMRスペクトル(日本電子社製α
−500を使用、重クロロホルム溶媒)を示す。
pm] :1.2〜1.7(6H、CH3)、2.1〜
2.4(3H、CH3)、3.6〜4.4(2H、C
H)、6.6〜7.4(16H、CH)
ポンプとして日本分光工業社製の880−PUを用い、
検出器として日本分光工業社製の示差屈折計830−R
Iを用い、スチレンゲルを固定相、クロロホルムを移動
相としてGPC測定を行ったところ、数平均分子量が
1,800、重量平均分子量が70,900(昭和電工
社製、標準ポリスチレン換算)であることがわかった。
ー電子工業社製のDSC 220を用い、窒素雰囲気下で昇
温速度20℃/minでガラス転移温度(Tg)を測定し
たところ、160.7℃であることがわかった。
キャスト膜を白金電極上に形成し、窒素雰囲気下、アセ
トニトリル中で、参照電極にAg/AgClを用い、東
方研社製PS−06により、この高分子電荷輸送材料の
酸化電位を測定した。その結果、0.88V、1.00
Vであり、高分子化していない低分子の電荷輸送材料を
用いた場合とほぼ同様の値が得られた。また、このキャ
スト膜は、掃引を繰り返し行っても、同様な酸化還元波
が得られた。
ルジフェニルアミン0.5mmolと1,3−ジイソプ
ロペニルベンゼン0.5mmolに、クロロベンゼン
4.0mlを加え、これにパラ- トルエンスルホン酸1
0mol%を加えて105℃で2時間攪拌反応させた。
これをメタノールで沈殿し、得られた沈殿物をトルエン
とメタノールを用いて、再沈殿法で精製することによ
り、化学式(2)に示す、白色粉末状の高分子電荷輸送
材料を得た。
電荷輸送材料の1HNMRスペクトル(日本電子社製α
−500を使用、重クロロホルム溶媒)を示す。 1HNMR(CDCl3,TMS)σ[ ppm] :1.
5〜1.8(12H、CH3)、2.2〜2.4(3
H、CH3)、6.8〜7.4(16H、CH)
ポンプとして日本分光工業社製の880−PUを用い、
検出器として日本分光工業社製の示差屈折計830−R
Iを用い、スチレンゲルを固定相、クロロホルムを移動
相としてGPC測定を行ったところ、数平均分子量が
4, 200、重量平均分子量が5, 700(昭和電工社
製、標準ポリスチレン換算)であることがわかった。
ー電子工業社製のDSC 220を用い、窒素雰囲気下で昇
温速度20℃/minでガラス転移温度(Tg)を測定し
たところ、113.4℃であることがわかった。
キャスト膜を白金電極上に形成し、窒素雰囲気下、アセ
トニトリル中で、参照電極にAg/AgClを用い、東
方研社製PS−06により、この高分子電荷輸送材料の
酸化電位を測定した。その結果、0.80V、1.05
Vであり、高分子化していない低分子の電荷輸送材料を
用いた場合とほぼ同様の値が得られた。また、このキャ
スト膜は、掃引を繰り返し行っても、同様な酸化還元波
が得られた。
さ1.1mmの青板ガラス板上にスパッタリング法で成
膜した110nmのITOをエッチングしパターニング
した後、使用前に水洗し、イソプロピルアルコール蒸気
で乾燥し陽極とした。次に、第1正孔注入輸送層として
CuPcを10nm真空蒸着し、次に、第2正孔注入輸
送層として(化学式1)で表す化合物をトルエンに溶解
させ、スピンコート法により40nmの厚さで形成し
た。
蒸着し、その上面にアルカリ金属含有電子注入層として
LiFを0.5nm蒸着し、さらにその上面に陰極とし
てAlを200nm蒸着する。次に絶縁封止膜として酸
化ゲルマニウムをArプラズマ下で素子全体に1μm蒸
着した。最後に乾燥窒素下で、プラズマ洗浄したカバー
ガラスを感光性接着剤で貼り付けた。
で電圧印加すると3V以上の電圧で緑色発光し最高輝度
で1000cd/m2 以上得られた。100℃で30分間加
熱した後も素子は破壊せず高い耐熱性を示した。
さ1.1mmの青板ガラス板上にスパッタリング法で成
膜した170nmのITOをエッチングしパターニング
した後、使用前に水洗し、イソプロピルアルコール蒸気
で乾燥し陽極とした。次に、正孔注入輸送層としてCu
Pcを10nm真空蒸着する。
される化合物をトルエンに溶解させスピンコート法によ
り90nmの厚さで形成し、その上面にアルカリ金属含
有電子注入層としてLiFを0.5nm蒸着し、陰極と
してAlを200nm蒸着する。次に絶縁封止膜として
酸化ゲルマニウムをArプラズマ下1μm蒸着した。最
後に乾燥窒素下で、プラズマ洗浄したカバーガラスを感
光性接着剤で貼り付けた。
で電圧印加すると3V以上の電圧で青緑色発光が得られ
た。100℃で30分間加熱した後も素子は破壊せず高
い耐熱性を示した。
料からなるキャスト膜は、剥離やクラックなどが発生し
にくく、機械的強度に優れていることが確認された。ま
た、上記実施例の高分子電荷輸送材料は、100℃以上
の高いガラス転移温度を有し、高い耐熱性を得ることが
できた。さらに、酸化電位も、それらの高分子化してい
ない低分子の電荷輸送材料と同程度であり、低分子と同
等の電荷注入特性を得ることができる。
芳香族第三級アミンとジビニル化合物との付加重合によ
り生成される高分子で電荷輸送材料または発光材料とし
て用いることにより、高い電荷注入特性、耐熱性、及び
機械的強度を得ることができる。
1HNMRスペクトルを示すグラフ図。
1HNMRスペクトルを示すグラフ図。
Claims (4)
- 【請求項1】少なくとも2ヵ所以上の窒素原子に結合し
たアリール基のパラ位が水素である、芳香族第三級アミ
ンと、ジビニル化合物との付加重合により得られる、下
記一般式(1)で示される構造を繰り返し単位として分
子中に含むことを特徴とする高分子電荷輸送材料。 【化1】 (式中、m、nは重合度を示す正の整数を表し、R1 及
びR3 はアリーレン基、R2 はアリール基、R4 はアル
キレン基、アリーレン基、及びジアルキレンオキサイド
基、R5 、R6 は水素原子、アルキル基からなる群から
選ばれる置換基を示し、前記アリール基及びアリーレン
基は、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、シア
ノ基、トリフルオロメチル基、アミノ基、アリール基、
及び芳香族第3級アミンを含む基からなる群から選ばれ
る置換基で置換された置換基、または未置換の置換基を
示す。) - 【請求項2】下記一般式(2)で示される構造を繰り返
し単位として分子中に含むことを特徴とする請求項1に
記載の高分子電荷輸送材料。 【化2】 (式中、nは重合度を表す正の整数を示し、R4 〜R6
は請求項1と同様。R7〜R12は水素原子、ハロゲン原
子、アルキル基、アルコキシ基、シアノ基、トリフルオ
ロメチル基、アミノ基及び、アリール基からなる群から
選ばれる置換基を示し、上記R7 〜R12に用いられるア
リール基はハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、
シアノ基、トリフルオロメチル基、及びアミノ基からな
る群から選ばれる置換基で置換された置換基、または未
置換の置換基を示す。) - 【請求項3】少なくとも2ヵ所以上の窒素原子に結合し
たアリール基のパラ位が水素である、芳香族第三級アミ
ンと、ジビニル化合物との付加重合により得られる、下
記一般式(1)で示される構造を繰り返し単位として分
子中に含むことを特徴とする発光材料。 【化3】 (式中、m、nは重合度を示す正の整数を表し、R1 及
びR3 はアリーレン基、R2 はアリール基、R4 はアル
キレン基、アリーレン基、及びジアルキレンオキサイド
基、R5 、R6 は水素原子、アルキル基からなる群から
選ばれる置換基を示し、前記アリール基及びアリーレン
基は、ハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、シア
ノ基、トリフルオロメチル基、アミノ基、アリール基、
及び芳香族第3級アミンを含む基からなる群から選ばれ
る置換基で置換された置換基、または未置換の置換基を
示す。) - 【請求項4】下記一般式(2)で示される構造を繰り返
し単位として分子中に含むことを特徴とする請求項3に
記載の発光材料。 【化4】 (式中、nは重合度を表す正の整数を示し、R4 〜R6
は請求項1と同様。R7〜R12は水素原子、ハロゲン原
子、アルキル基、アルコキシ基、シアノ基、トリフルオ
ロメチル基、アミノ基及び、アリール基からなる群から
選ばれる置換基を示し、上記R7 〜R12に用いられるア
リール基はハロゲン原子、アルキル基、アルコキシ基、
シアノ基、トリフルオロメチル基、及びアミノ基からな
る群から選ばれる置換基で置換された置換基、または未
置換の置換基を示す。)
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