JP2008101182A - ピレン系有機化合物、トランジスタ材料及び発光トランジスタ素子 - Google Patents

ピレン系有機化合物、トランジスタ材料及び発光トランジスタ素子 Download PDF

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Abstract

【課題】発光トランジスタ素子として使用する場合、発光と移動度の両方の特性が良好である発光トランジスタ材料を提供する。
【解決手段】例えば下記ジブロモピレンより得られるジフェニルピレン系有機化合物発光をトランジスタ素子の発光層に使用した発光トランジスタ素子。
Figure 2008101182

【選択図】なし

Description

本発明は、発光トランジスタ素子に使用できるトランジスタ材料及びこれを用いた発光トランジスタ素子に関する。
発光トランジスタ素子は、有機トランジスタに発光機能を持たせた複合デバイスである。発光トランジスタ素子を使用した素子は、トランジスタ部と発光部を別にもつ従来のデバイスに比べて、部品が少なくコンパクト化することが出来る。また、発光効率の向上も期待出来ることから、現在非常に注目を集めている。
発光トランジスタに使用できる材料としては、例えば、非特許文献1にはテトラセン、非特許文献2にはオリゴチオフェン、或いはポリフェニレンビニレンを用いたものが報告されている。
Appl.Phys.Lett.,2005,86,141106. Science,2000,290,963.
しかしながら、これらの材料は、発光特性や電荷の移動度が低く、さらなる改良が求められている。
そこで、本発明では、発光トランジスタ素子として使用する場合、発光と移動度の両方の特性が良好である発光トランジスタ材料を提供することを目的とする。
本発明者らが鋭意検討した結果、ピレン環を母骨格として、特定位置に置換基を特定の数有する化合物をトランジスタ材料として用いることにより、非常に高い発光と移動度を有する発光トランジスタ素子を得られることがわかり本発明に到達した。
すなわち、本発明は、下記式(1)又は式(2)で表される化合物からなるトランジスタ材料、及び該トランジスタ材料を含有する発光トランジスタに存する。また、本発明はトランジスタ材料として有用な、下記式(3)、式(4)、式(5)で表される新規ピレン系有機化合物に存する。
Figure 2008101182
Figure 2008101182
(式(1)及び式(2)中、X及びYは、それぞれ独立に、置換基を有してもよい芳香族炭化水素基、置換基を有してもよい芳香族複素環基、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいシクロアルキル基、置換基を有してもよいアルケニル基、置換基を有してもよいアルキニル基から選ばれる基を示す。また、上記のX及びYが有していてもよい置換基は、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、アミノ基、ボリル基、シリル基、シアノ基、炭素数6〜36の芳香族炭化水素基、炭素数4〜36の芳香族複素環基、及びハロゲン原子から選ばれるいずれかの基である。また、式(1)及び式(2)で表される化合物が一分子中に有するピレン環は、1つである。)
Figure 2008101182
(式(3)中、Ar1及びAr2は、それぞれ独立に、ピレン環以外の芳香族炭化水素基、あるいは芳香族複素環基を表す。R1およびR2は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、炭素数2〜20の置換基を有してもよいアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシル基を表し、Ar1及びAr2に1つ以上有することを特徴とする。さらに、上記の有しても良い置換基は、炭素数6〜36の芳香族炭化水素基、炭素数4〜36の芳香族複素環基、及びハロゲン原子から選ばれるいずれかの基である。)
Figure 2008101182
(式(4)中、Ar1及びAr2は、それぞれ独立に、ピレン環以外の芳香族炭化水素基、あるいは芳香族複素環基を表す。R1およびR2は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、炭素数2〜20の置換基を有してもよいアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシル基を表し、Ar1及びAr2に1つ以上有することを特徴とする。さらに、上記の有しても良い置換基は、炭素数6〜36の芳香族炭化水素基、炭素数4〜36の芳香族複素環基、及びハロゲン原子から選ばれるいずれかの基である。)
Figure 2008101182
(式(5)中、Ar1及びAr2は、それぞれ独立に、ピレン環以外の芳香族炭化水素基、あるいは芳香族複素環基を表す。R1およびR2は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、炭素数2〜20の置換基を有してもよいアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシル基を表し、Ar1及びAr2に1つ以上有することを特徴とする。さらに、上記の有しても良い置換基は、炭素数6〜36の芳香族炭化水素基、炭素数4〜36の芳香族複素環基、及びハロゲン原子から選ばれるいずれかの基である。)
本発明のトランジスタ材料は、高いキャリア移動度を有するため、トランジスタ材料として非常に有効である。また、本発明のトランジスタ材料を使用すると、結晶性が高まり、得られる発光トランジスタ素子の発光と移動度の両方の特性を高めることができる。
以下において、この発明について詳細に説明する。
本発明は、置換位置を特定した2置換ピレン誘導体からなるトランジスタ材料にかかる発明である。この2置換ピレン誘導体は、高いキャリア移動度を有しており、有機電界効果トランジスタなどの有機物半導体を用いるデバイスに使用して、トランジスタ材料として使用することができる。本発明に使用される化合物は、発光特性を有することから、発光トランジスタ素子として利用することが出来る。
この2置換ピレン誘導体は、具体的には、下記式(1)又は式(2)で表される化合物からなる。
Figure 2008101182
Figure 2008101182
上記の式(1)及び式(2)中、X及びYは、それぞれ独立に、置換基を有してもよい芳香族炭化水素基、置換基を有してもよい芳香族複素環基、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいシクロアルキル基、置換基を有してもよいアルケニル基、置換基を有してもよいアルキニル基から選ばれる基を示す。また、上記のX及びYが有していてもよい置換基は、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、アミノ基、ボリル基、シリル基、シアノ基、炭素数6〜36の芳香族炭化水素基、炭素数4〜36の芳香族複素環基、及びハロゲン原子から選ばれるいずれかの基である。また、式(1)及び式(2)で表される化合物が一分子中に有するピレン環は、1つである。
上記式(1)又は式(2)で表される化合物からなるトランジスタ材料は、置換基が少なく、さらに特定位置に置換基を有するために、母骨格のピレン環と導入置換基との立体的な障害及び上記式(1)又は式(2)で表される化合物どうしの立体的な障害が少ない。そのため、結晶構造が密になり、分子間のエネルギー移動効率が高まるため、移動度が高く、かつ発光効率のよい、発光トランジスタ素子を得ることができるものと推測される。このため、本発明の発光トランジスタ材料は、発光トランジスタ素子の発光層の主構成成分として、使用することができる。なお、これらの化合物が一分子中に有するピレン環は1つであるが、これは、ピレン環を置換基として有すると、共役が伸びすぎ、可視発光が得られないおそれがあるからである。
上記式(1)及び式(2)で表される化合物について説明する。
(X及びY)
X及びYは、それぞれ独立に、置換基を有してもよい芳香族炭化水素基、置換基を有してもよい芳香族複素環基、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいシクロアルキル基、置換基を有してもよいアルケニル基、置換基を有してもよいアルキニル基から選ばれる基を示す。
上記の芳香族炭化水素基としては、ピレン環以外の芳香族炭化水素がよく、例として、フェニル基、ビフェニル基、テルフェニル基、ナフチル基(好ましくは2−ナフチル基)、アントリル基(好ましくは2−アントリル基)、フェナントリル基、フルオレニル基、フェニルエテノフェニル基等があげられ、これらは置換基を有していてもよい。これらの中でも、炭素数14以下の芳香族炭化水素基が特に好ましい。これは、あまり炭素数が多すぎると、分子に自由度を持たせるためには、好ましくないからである。
上記の芳香族複素環基としては、ピリジル基、ピラジル基、ビピリジル基、フェニルピリジル基、ピリジノフェニル基、フリル基、チエニル基、ビチエニル基、テルチエニル基、ピロリジル基、イミダゾール基、ベンゾイミダゾール基、オキサゾール基、インドール基、ベンゾオキサゾール基、チアゾール基、ベンゾチアゾール基、ベンゾチアゾリル基、ベンゾフリル基、ベンゾオキサゾリル基、ピロリル基、ピリダジル基、ピラジニル基、ピリミジル基、チエニル基、ビチエニル基、フェニルチエニル基、ベンゾチエニル基、キノリル基等があげられ、これらは置換基を有していてもよい。これらの中でも、炭素数12以下の芳香族複素環基が特に好ましい。これは、あまり炭素数が多すぎると、分子に自由度を持たせるためには、好ましくないからである。
上記のアルキル基としては、炭素数が1〜20の直鎖または分岐のアルキル基があげられ、具体例としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、2−プロピル基、n−ブチル基、イソブチル基、tert−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基、ドデシル基、オクタデシル基等があげられ、これらは置換基を有していてもよい。
上記シクロアルキル基としては、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基等があげられ、これらは置換基を有していてもよい。
上記アルケニル基としては、ビニル基、フェニル置換ビニル基、エチル置換ビニル基、ビフェニル置換ビニル基、アリル基、1−ブテニル基等があげられ、これらは置換基を有していてもよい。
上記アルキニル基としては、エチニル基、フェニル置換エチニル基、トリメチルシリル置換エチニル基、プロパルギル基等があげられ、これらは置換基を有していてもよい。
また、上記のX及びYが有していてもよい置換基としては、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、アミノ基、ボリル基、シリル基、シアノ基、炭素数6〜36、好ましくは炭素数6〜14の芳香族炭化水素基、炭素数4〜36、好ましくは炭素数4〜12の芳香族複素環基、及びハロゲン原子から選ばれるいずれかの基があげられる。これらのそれぞれの基の具体例は、上記したX,Yにおける基の例と同様である。
上記のX及びYは、同一であっても異なっていてもよいが、同一であることが分子の配列を制御しやすく、移動度の向上が期待出来るため好ましい。
また、X及びYがピレン環と結合される位置としては、Xの位置が1位から3位のいずれかであり、かつ、Yの位置が6位から8位のいずれかであることが好ましい。具体的には、下記の式(1−1)、式(1−2)、式(1−3)、式(2−1)、式(2−2)、及び式(2−3)で示される化合物が好ましい。これらの化合物は、トランジスタ材料として使用した場合、対称性が良いため、高移動度が期待できる。なお、下記の式(1−1)、式(1−2)、式(1−3)、式(2−1)、式(2−2)、及び式(2−3)で示される化合物におけるX及びYは、上記のX及びYと同様である。また、式(1−1)、式(1−2)、式(1−3)、式(2−1)、式(2−2)、及び式(2−3)で表される化合物が一分子中に有するピレン環は、1つである。
Figure 2008101182
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Figure 2008101182
Figure 2008101182
Figure 2008101182
このX及びYの具体例としては、図1〜図22に示される、具体例<1>〜<26>があげられる。この図1〜図22には、X及びYのみを示した。また、具体例<1>〜<25>は、それぞれ、特定のX((X−1)〜(X−25))の場合におけるYの例を示した。また、具体例<1>〜<25>は、X=Yでないもの、すなわち、非対称のピレン系有機化合物のみを示した。X=Yのもの、すなわち、対称のピレン系有機化合物は、具体例<26>にまとめて示した。なお、同じ基であっても、Xで示される基と、Yで示される基とは、ことなる番号を付与した。また、図1〜図22、及び具体例<1>〜<26>において、1枚の図面に収まらず、数枚の図面にわたった場合は、(a)、(b)、(c)を番号のあとにつけ、図面の区別を行った。
上記式(1)や式(2)で表される化合物の分子量は、それぞれ、好ましくは500以上、さらに好ましくは800以上であり、また好ましくは5000以下、さらに好ましくは3000以下である。分子量をこの範囲とすることにより、化合物が安定性を有するという特徴を発揮することができる。
また、X及びYの分子量は、それぞれ、その置換基を含めて、好ましくは5000以下、さらに好ましくは3000以下、より好ましくは1000以下、特に好ましくは200以下である。分子量をこの範囲とすることにより、化合物が安定性を有するという特徴を発揮することができる。
上記式(1)又は(2)で表される化合物は、トランジスタ材料として用いることができる。この式(1)又は(2)で表される化合物を用いたトランジスタ材料は、高いキャリア移動度だけでなく、高い発光特性を有することから、特に発光トランジスタ材料として使用することができる。
上記式(1)や式(2)で示される化合物の中でも、下記式(3)〜式(5)で表される化合物は、トランジスタ材料、特に発光トランジスタ材料として有用な、新規化合物である。この化合物は、発光色素としても利用出来るため、トランジスタ材料だけでなく、有機EL用色素、色素レーザー、光電変換材料、医療診断薬としても使用できる。
Figure 2008101182
Figure 2008101182
Figure 2008101182
上記の式(3)、式(4)及び式(5)中、Ar1及びAr2は、それぞれ独立に、ピレン環以外の芳香族炭化水素基、あるいは芳香族複素環基を表す。R1およびR2は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、炭素数2〜20の置換基を有してもよいアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシル基を表し、Ar1及びAr2に1つ以上有することを特徴とする。さらに、上記の有しても良い置換基は、炭素数6〜36の芳香族炭化水素基、炭素数4〜36の芳香族複素環基、及びハロゲン原子から選ばれるいずれかの基である。
((3)の合成方法)
以下に、上記式(3)で表される化合物の合成方法について説明する。
Figure 2008101182
Figure 2008101182
上記式(3)で示される化合物は、一般的に、上記反応式<1>にしたがって製造することができる。
まず、式<1−2>で示される化合物は、ピレン(式<1−1>)を用いて、Bull. Chem. Soc. Jpn., 67, 172− (1994) 、J. Chem. Soc., Perkin Trans 1., 1622− (1972)に記載の方法にしたがって製造することができる。すなわち、<1−1>→<1−2>は、臭素、N−ブロモスクシンイミド(NBS)、N−ヨードスクシンイミド、ヨウ素とヨウ素酸ナトリウムなどを用いて、ジメチルホルムアミドなどの有機溶剤中で反応させることにより得ることができる。
また、式<1−3>で示される化合物は、式<1−2>で示される化合物を用いて、EP0964045号公報に記載の方法で合成することができる。すなわち、<1−2>→<1−3>は、n−BuLiをTHF(テトラヒドロフラン)またはエーテル中で、−78℃〜0℃で、30分から5時間反応させた後、ジメチルホルムアミドを加え、酸で加水分解することにより、得ることができる。
式<1−3>で示される化合物から、式(3)で示される化合物の合成は、一般的にはHorner−Wadsworth−Emmons法を用いて合成することができる。すなわち、反応式<2>に示すように、対応するホスホン酸エステル(式<2−1>)と<1−3>で示される化合物とを、塩基存在下、有機溶媒中で反応させることにより得ることができる。上記塩基としては、水素化ナトリウム、t−ブトキシカリウム、ナトリウムメトキソド、などが好ましい。また、上記有機溶剤としては、ジメチルホルムアミド、THF、トルエン、ベンゼンなどが好ましい。この反応の反応温度は、用いる有機溶剤により変わるが、好ましくは0℃〜110℃である。さらに、添加剤としてクラウンエーテルを用いても良い。
((4)及び(5)の合成方法)
以下に、上記式(4)及び式(5)で表される化合物の合成方法について説明する。
まず、下記式(1−3−1)の一般的合成方法について説明する。
Figure 2008101182
上記の式(1−3−1)で表される化合物(2,7−ジブロモピレン)は文献記載の方法によって合成することができる。すなわち,1,3−(ブロモメチル)ベンゼンとp−トルエンスルホニルメチル イソシアニドをカップリングさせて対応するメタシクロファンジオンを得たのち(文献:Tetrahedron Letters, 1982, 23, 5335−5338)、これに光照射による脱カルボニル化をおこなって[2.2]メタシクロファンへと変換し(文献:Eur. J. Org. Chem. 2001, 2487−2499)、これに臭素を作用させて酸化(文献:Chem. Ber. 1984, 117, 260−276; Synth. Commun. 1988, 18, 2207−2209; J. Org. Chem. 1986, 51, 2847−2848)することにより合成できる。具体的には、下記の反応式<1−4>による方法で製造できる。
Figure 2008101182
次に、式(4)で示される化合物の一般的合成法について説明する。
式(4)で示される化合物は、一般的に、式(1−3−1)で表される化合物を出発原料として、下記式<2−3>にしたがって製造することができる。
すなわち、式<2−2>で表される化合物と、式(1−3−1)で表される化合物とをパラジウム触媒(Pd(PPh34、PdCl2(PPh3)2など)やNi触媒と、塩基(K2CO3,Na2CO3,Et3Nなど)を用いて、トルエンやジオキサン、THFなどの有機溶剤中で、不活性ガス(N2,Arなど)存在下、室温から溶剤の沸点温度で反応させることにより得ることができる。
Figure 2008101182
また、別の方法として、下記式<2−4>に従って製造することができる。
すなわち文献Chem. Commun., 2005, 2172−2174で合成することができる式(1−3−2)で表される化合物と、式<2−2>で表される化合物とをパラジウム触媒(Pd(PPh34、PdCl2(PPh32など)やNi触媒と、塩基(K2CO3,Na2CO3,Et3Nなど)を用いて、トルエンやジオキサン、THFなどの有機溶剤中で、不活性ガス(N2,Arなど)存在下、室温から溶剤の沸点温度で反応させることにより得ることが出来る。
Figure 2008101182
なお、上記反応式<2−3>や<2−4>におけるArは、上記式(4)で示されるAr1又はAr2と同一であり、R1及びR2は、上記式(4)で示されるAr1又はAr2と同一である。
次に、式(5)で示される化合物の一般的合成法について説明する。
式(5)で示される化合物は、一般的に、下記式<2−6>にしたがって製造することができる。
すなわち、式(1−3−1)で表される化合物と式<2−5>で表される化合物とをパラジウム触媒(Pd(PPh34、PdCl2(PPh32など)と、ヨウ化銅を用いて、ジイソプロピルアミンやジエチルアミン、ピリジンなどの溶剤中で、不活性ガス(N2,Arなど)存在下、室温から溶剤の沸点温度で反応させることにより得ることができる。
Figure 2008101182
(発光トランジスタ素子)
次に、上記のピレン系化合物を用いた発光トランジスタ素子について説明する。
上記発光トランジスタ素子としては、図23に示すような電界効果型トランジスタ(FET)の基本構造を有する素子をあげることができる。
この発光トランジスタ素子10は、キャリアとしての正孔及び電子を輸送可能であり、正孔及び電子の再結合により発光を生じる、上記ピレン系化合物を主構成成分とする発光層1、この発光層1に正孔を注入する正孔注入電極、いわゆるソース電極2、上記発光層に電子を注入する電子注入電極、いわゆるドレイン電極3,及び上記ソース電極2及びドレイン電極3に対向し、上記発光層1内のキャリアの分布を制御する、N+シリコン基板で構成されたゲート電極4から構成される。なお、ゲート電極4は、シリコン基板の表層部に形成される不純物拡散層からなる導電層で構成してもよい。
具体的には、図23に示すように、ゲート電極4の上に酸化シリコン等からなる絶縁膜5が設けられ、その上にソース電極2及びドレイン電極3が間隔を開けて設けられる。そして、このソース電極2及びドレイン電極3を覆い、かつ、両電極の間に入り込むように発光層1が設けられる。
このとき、キャリア移動度を向上させるために、絶縁膜5形成後、又はソース電極2及びドレイン電極3の形成後、シリコン基板の処理を行うことが好ましい。シリコン基板の処理方法としては、表面処理と基板温度の制御の2種類が挙げられる。
上記の表面処理は、絶縁膜5の形成後、又はソース電極2及びドレイン電極3の形成後、UVオゾン処理し、表面処理剤を塗布する方法である。この表面処理剤としては、HMDS(ヘキサメチルジシラザン)やOTS(オクチルトリクロロシラン)などの、通常公知の表面処理剤を使用することができる。表面処理剤を塗布後、表面処理剤の残渣を取り除き、真空下で発光層に用いる化合物を蒸着する。
上記シリコン基板の温度制御は、絶縁膜5形成後、又はソース電極2及びドレイン電極3の形成後の基板に、真空状態で熱を加えながら温度を一定にして、発光層に用いる化合物を真空蒸着する方法である。基板の温度範囲は40〜80℃が好ましい。なお、上記表面処理と基板の温度の制御は、両方を行ってもよい。
上記の素子が発光トランジスタの機能を発揮するためには、上記発光層1を構成する有機蛍光体、特に主構成成分であるピレン系化合物のHOMOエネルギーレベルとLUMOエネルギーレベルとの差、キャリア移動度、On/Off比、又は発光効率が所定の範囲を満たすことが好ましい。
なお、上記発光層1は、本発明のピレン系化合物1種のみから形成されていてもよいし、2種以上の化合物から形成されていても良い。更に、異なる波長を有する有機蛍光体等の副構成成分を加えることにより、それぞれの機能をより高くすることも可能である。
異なる波長を有する有機蛍光体を組み合わせる場合、主成分である上記ピレン系化合物に対して(本発明のピレン系化合物を2種以上用いる場合、その総計に対して)0.1%以上、好ましくは0.5%以上、20%以下、より好ましくは10%以下ドープしてもよい。なお、異なる波長を有する有機蛍光体としては、図27に示される各化合物が挙げられるが、それに限られるわけではない。
まず、上記のHOMOエネルギーレベルとLUMOエネルギーレベルとの差は、小さいほど電子の移動がより容易となって発光及び半導体性(すなわち、一方向への電子又は正孔の導通性)が生じやすくなり、好ましい。具体的には、5eV以下がよく、3eV以下がより好ましく、2.7eV以下がさらに好ましい。なお、この差は、小さいほど好ましいので、この差の下限は、0eVである。
また、上記のキャリア移動度は、大きいほど半導体性が高まり好ましい。具体的には、1.0×10-5cm2/V・s以上がよく、4.0×10-5cm2/V・s以上がより好ましく、1.0×10-4cm2/V・s以上がさらに好ましい。なお、キャリア移動度の上限は、特に限定されず、1cm2/V・s程度であれば十分である。
さらに、上記On/Off比は、ドレイン電圧が[−100V]の時、ゲート電圧[−100V]における最大Id(Ion)と、オフ状態を与えるゲート電圧[0V]における最小Id(Ioff)との比として求められるものである。この比が大きいほど、半導体特性が高いと判断できる。好ましくは102以上、より好ましくは103以上である。
上記発光効率は、光子や電子を入れることによって生じる光の割合をいい、注入された光エネルギーに対する、放出された光エネルギーの割合をPL発光効率(又はPL量子効率)といい、注入された電子の個数に対する、放出された光子の個数の割合をEL発光効率(又はEL量子効率)という。
注入され、励起された電子は、正孔と再結合することにより光を発するが、この再結合は必ずしも100%の確率で生じない。このため、上記発光層1を構成する有機化合物を比較する際、EL発光効率を対比することにより、注入された光エネルギーに対する光エネルギー放出量の割合、及び電子と正孔との再結合の割合の相乗効果を比較することができる。ところで、PL発光効率を対比することにより、注入された光エネルギーに対する光エネルギー放出量の割合を比較することができるので、PL発光効率及びEL発光効率の両方を組み合わせて対比することにより、電子と正孔との再結合の割合を比較することも可能となる。
上記PL発光効率は、発光の程度が大きいほど好ましく、20%以上がよく、30%以上がより好ましい。なお、PL発光効率の上限は、100%である。一方、PL発光収率の好ましい下限は、3%であり、5%がより好ましい。
また、上記EL発光効率は、発光の程度が大きいほど好ましく、1×10-3%以上がよく、5×10-3%以上が好ましい。なお、EL発光効率の上限は、100%である。
上記発光トランジスタ素子10の特徴として、上記以外に、発光する光の波長があげられる。この波長は、可視光の範囲内であるが、使用する有機蛍光体、特に上記ピレン系化合物の種類によって異なる波長を有する。そして、異なる波長を有する有機蛍光体を組み合わせることにより、種々の色を発現させることができる。このため、発光する光の波長は、波長そのものが特徴を発揮することとなる。
また、上記発光トランジスタ素子10は、発光を特徴とするので、ある程度の発光輝度を有するのがよい。この発光輝度は、人間が物を見るときに感じる物の明るさに対応する発光量をいう。この発光輝度は、フォトカウンターによる測定法において、大きいほど好ましく、1×104CPS(count per sec)以上がよく、1×105CPS以上が好ましく、1×106CPS以上がより好ましい。
上記発光層1は、構成する有機蛍光体等を蒸着(複数種あるときは、共蒸着)することにより形成される。この発光層の膜厚は、少なくとも70nm程度あればよい。
上記ソース電極2及びドレイン電極3は、正孔及び電子を上記発光層1に注入するための電極で、金(Au)、マグネシウム−金合金(MgAu)等で形成される。両者間は、0.4〜50μm等の微小間隔を開けて対向するように形成される。具体的には、例えば、図24に示すように、ソース電極2及びドレイン電極3が、それぞれ複数の櫛歯からなる櫛歯形状部2a,3aを有するように形成され、ソース電極2の櫛歯形状部2aを構成する櫛歯と、ドレイン電極3の櫛歯形状部3aを構成する櫛歯とを、所定間隔を開けて交互に配置することにより、発光トランジスタ素子10としての機能をより効率的に発揮させることができる。
このときのソース電極2及びドレイン電極3の間隔、すなわち、櫛歯形状部2a及び櫛歯形状部3aの間隔は、50μm以下がよく、3μm以下が好ましく、1μm以下がより好ましい。50μmを超えると、十分な半導体性を発揮し得なくなる。
上記発光トランジスタ素子10は、上記ソース電極2及びドレイン電極3に電圧を印加することにより、その内部で正孔及び電子の両方を移動させ、発光層1内で、両者を再結合させることにより、発光を生じさせることができる。このとき、発光層1を通って両電極間を移動する正孔及び電子の量は、ゲート電極4に印加される電圧に依存する。このため、ゲート電極4にかける電圧及びその変化を制御することにより、上記ソース電極2及びドレイン電極3の間の導通状態を制御することが可能となる。なお、この発光トランジスタ素子10は、P型駆動を行うので、ソース電極2に対しドレイン電極3に負の電圧が加えられ、また、ソース電極2に対してゲート電極4に負の電圧が加えられる。
具体的には、ゲート電極4にソース電極2に対して負の電圧を印加することにより、発光層1内の正孔がゲート電極4側に引き寄せられ、絶縁膜5の表面付近における正孔の密度が高い状態となる。ソース電極2及びドレイン電極3の間の電圧を適切にすると、ゲート電極4に与える制御電圧の大小によって、ソース電極2から発光層1に正孔が注入され、ドレイン電極3から発光層1に電子が注入される状態となる。すなわち、ソース電極2が正孔注入電極として機能し、ドレイン電極3は電子注入電極として機能する。これにより、発光層1内において、正孔及び電子の再結合が生じ、これに伴う発光が生じることとなる。この発光状態は、ゲート電極4に与えられる制御電圧を変化させることにより、オン/オフさせたり、発光強度を変えたりすることができる。
上記の正孔及び電子の再結合が生じる理論は、次のように説明することができる。ゲート電極4にソース電極2に対して負の電圧を印加することにより、図25(a)に示すように、発光層1において、絶縁膜5の界面近くに正孔のチャネル11が形成され、そのピンチオフ点12がドレイン電極3近傍に至る。そして、ピンチオフ点12とドレイン電極3との間に高電界が形成され、図25(b)に示すように、エネルギーバンドが大きく曲げられる。これにより、ドレイン電極3内の電子が、ドレイン電極3と発光層1との間の電位障壁を突き抜けるFN(ファウラーノルドハイム)トンネル効果が生じ、発光層1内に注入され、正孔と再結合される。
また、正孔及び電子の再結合は、上記のFNトンネル効果によるという理論以外に、次の理論による説明も可能である。すなわち、図25(c)に示すように、発光層1内の有機蛍光体のHOMOエネルギーレベルにある電子が高電界によってLUMOエネルギーレベルに励起され、この励起された電子が発光層1内の正孔と再結合する。それと共に、LUMOエネルギーレベルへの励起によって空席となったHOMOエネルギーレベルにドレイン電極3から電子が注入されて補われる。
上記発光トランジスタ素子10は、基板20上に、複数個、二次元配列されることにより、表示装置21を構成することができる。この表示装置21の電気回路図を図26に示す。すなわち、この表示装置21は、前述のような発光トランジスタ素子10を、マトリクス配列された画素P11,P12,……,P21,P22,……内にそれぞれ配置し、これらの画素の発光トランジスタ素子10を選択的に発光させ、また、各画素の発光トランジスタ素子10の発光強度(輝度)を制御することによって、二次元表示を可能としたものである。基板20は、例えば、ゲート電極4を一体化したシリコン基板であってもよい。すなわち、ゲート電極4は、シリコン基板の表面にパターン形成した不純物拡散層からなる導電層により構成しておけばよい。また、基板20として、ガラス基板を用いてもよい。
各発光トランジスタ素子10は、P型駆動するので、そのドレイン電極3(D)にはバイアス電圧Vd(<0)が与えられ、そのソース電極2(S)は接地電位(=0)とされる。ゲート電極4(G)には、各画素を選択するための選択トランジスタTsと、データ保持用のキャパシタCとが並列に接続される。
行方向に整列した画素P11,P12,……;P21,P22,……の選択トランジスタTsのゲートは、行ごとに共通の走査線LS1,LS2,……にそれぞれ接続されている。また、列方向に整列した画素P11,P21,……;P12,P22,……の選択トランジスタTsにおいて発光トランジスタ素子10と反対側には、列ごとに共通のデータ線LD1,LD2,……がそれぞれ接続される。
走査線LS1,LS2,……には、コントローラ24によって制御される走査線駆動回路22から、各行の画素P11,P12,……;P21,P22,……を循環的に順次選択(行内の複数画素の一括選択)するための走査駆動信号が与えられる。すなわち、走査線駆動回路22は、各行を順次選択行として、選択行の複数の画素の選択トランジスタTsを一括して導通させ、これにより、非選択行の複数の画素の選択トランジスタTsを一括して遮断させるための走査駆動信号を発生させることができる。
一方、データ線LD1,LD2,……には、データ線駆動回路23からの信号が入力される。このデータ線駆動回路23には、画像データに対応した制御信号が、コントローラ24から入力される。データ線駆動回路23は、各行の複数の画素が走査線駆動回路22によって一括選択されるタイミングで、当該選択行の各画素の発光階調に対応した発光制御信号をデータ線LD1,LD2,……に並列に供給する。
これにより、選択行の各画素においては、選択トランジスタTsを介してゲート電極4(G)に発光制御信号が与えられるから、当該画素の発光トランジスタ素子10は、発光制御信号に応じた階調で発光(または消灯)することになる。発光制御信号は、キャパシタCにおいて保持されるから、走査線駆動回路22による選択行が他の行に移った後にも、ゲート電極Gの電位が保持され、発光トランジスタ素子10の発光状態が保持される。このようにして、二次元表示が可能になる。
本発明を実施例によって更に具体的に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例の記載に限定されるものではない。まず、ピレン系化合物の製造法について説明する。
(原料中間体の合成)
(原料中間体製造例1)[ジブロモピレンの製造]
Figure 2008101182
200ml四つ口フラスコに滴下漏斗、窒素ライン接続した三方コックをつけて窒素置換を行った。次に、ピレン(東京化成(株)製:試薬、純度97%)5.00g、DMF(純正化学(株)製:試薬)30mlを入れて再度窒素置換を行い、室温で攪拌を行った。ここに、N−ブロモスクシンイミド(NBS、東京化成(株)製:試薬、純度98%)8.81gを上記DMF25mlに溶解させた溶液を、20分かけて滴下し、滴下終了からさらに室温で9時間攪拌を継続した。反応で精製した黄色の固体を吸引ろ過で回収し、この固体をエタノール(純正化学(株)製:試薬)で懸濁洗浄して粗体を得た。
得られた固体に対し、トルエン(純正化学(株)製:試薬)を用いて3回再結晶し、モノブロモピレンを除去した。3回の再結晶後に主として1,6−ジブロモピレン、1,8−ジブロモピレンの混合物の白色個体を得た。
回収物の1H−NMRから、1,6−、1,8−ジブロモピレンは混合比1:1であることを確認した。また回収物のLC純度はジブロモピレンの混合物として93%、7%が1,3,6−トリブロモピレンであった。また、収量は4.48g、収率は50.3%であった。
1H−NMR(CDCl3、400MHz)
・・1,8−ジブロモピレン…δ8.53(s,2H)、8.28(d,2H, J=8.40)、8.05(d,2H,J=8.00)、8.04(s,2H)
・・1,6−ジブロモピレン…δ8.47(d,2H,J=9.60)、8.27(d,2H,J=8.40)、8.13(d,2H,J=9.20)、8.06(d,2H,J=8.40)
(原料中間体製造例2)[ジホルミルピレンの製造]
Figure 2008101182
1000ml四つ口フラスコに滴下ロート、窒素ライン接続三方コック、攪拌用スリーワンモーター、ガラスシャフト、テフロン羽根、低温温度計を取り付け、減圧下ヒートガンで加熱乾燥と窒素置換を5回繰り返し系内を窒素雰囲気とした。1,6−ジブロモピレン、1,8−ジブロモピレンの1:1混合物15.0g、乾燥THF(関東化学(株)製:試薬)300mlを入れ、反応器をドライアイス−アセトンバス中で−70℃まで冷却した。n−ブチルリチウム(2.6M、関東化学(株)製:試薬)80mlを20分掛けて滴下し、滴下終了から2時間−70℃のまま保持しながら攪拌を継続した。乾燥DMF(関東化学(株)製:試薬)32mlを滴下ロートから10分間で滴下した。この際発熱が確認され内温は−70℃から−50℃まで上昇した。DMF滴下終了から30分冷却条件下で攪拌を行ない、その後冷却用バスを外して室温に昇温し、終夜静置した。1N−HCl300mlをゆっくり加えた後析出した黄色固体を吸引ろ過で回収し、ウエットケーキを得た。ろ液はジクロロメタン300mlで分液、抽出し、乾燥剤を使わずにそのまま濃縮しウエットケーキとして回収した。得られたケーキを合わせてメタノールで懸洗し、減圧下乾燥した。1H−NMRから得られた黄色結晶が1,6−ジホルミルピレン、1,8−ジホルミルピレンの1:1混合物であることを確認した。また、収量は6.78g、収率は63.0%であった。
1H−NMR(CDCl3、400MHz)
・・1,6−ジホルミルピレン…δ10.82(s,2H)、9.60(d,2H,J=9.20)、8.55(d,2H,J=7.60)、8.43(d,2H,J=8.00)、8.36(d,2H,J=9.20)
・・1,8−ジホルミルピレン…δ10.87(s,2H)、9.62(s,2H)、8.57(d,2H,J=7.60)、8.43(d,2H,J=8.00)、8.26(s,2H)
(製造例)
(製造例1)[1,6−ジフェニルピレン(化合物1)、1,8−ジフェニルピレン(化合物2)の製造]
Figure 2008101182
還流冷却管、窒素ライン接続三方コック、温度計、回転子を備えた300mlの三口フラスコに1,6−ジブロモピレン、1,8−ジブロモピレンの1:1混合物4.00g、フェニルホウ酸(東京化成(株)製:試薬、純度記載無し)7.17g(ジブロモピレンに対して5.0当量)、Na2CO3(関東化学(株)製:試薬)11.82gを入れ、トルエン(純正化学(株)製:試薬)100ml、エタノール(純正化学(株)製:試薬)50ml、脱塩水10mlを加えて懸濁させた。この懸濁液を減圧下で脱気し、窒素で常圧に戻す操作を5回繰り返し、さらに反応混合物を窒素でバブリングして系内を窒素で置換した。テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(東京化成(株)製:試薬)0.49gを加えてからオイルバス中80℃で10時間加熱攪拌を行った。
反応混合物を吸引ろ過して不溶のフェニルホウ酸と無機塩を除去した。ろ液に脱塩水100mlを加えて分液し、有機層を無水硫酸マグネシウムで脱水後濃縮した。カラムクロマトグラフィー(シリカゲル、CHCl3)で混在する無機塩、パラジウムを除去して緑黄色の粗体を得た。LC分析からこの粗体は1,6−ジフェニルピレン、1,8−ジフェニルピレン、1,3,6−トリフェニルピレン、1−フェニルピレンの4成分の混合物であった。それぞれLCの面積値から、ジフェニルピレン混合物として94.2%、モノフェニルピレン0.5%、トリフェニルピレン5.3%であった。
この粗体にエタノールを加えて加熱後、熱ろ過して緑色のろ液と無色の結晶を分離した。回収した約2gの結晶をイソプロピルアルコールに加熱還流下懸濁させた後、室温に冷却して結晶を回収した。1H−NMRによる構造解析で、回収した結晶が1,6−ジフェニルピレンであることを確認した。LC分析では1,6−ジフェニルピレンが1成分であり、この回収結晶は純度99.8%以上であった。また、収量は0.92g、収率は23.3%であった。
1H−NMR(CDCl3、400MHz)
・・1,6−ジフェニルピレン…δ8.22(d,2H、,J=7.60)、8.20(d,2H,J=9.20)、8.05(d,2H,J=9.20)、8.04(d,2H,J=8.40)、7.67−7.63(m,4H)、7.61−7.55(m,4H)、7.53−7.47(m,2H)
エタノール熱ろ過時のろ液を濃縮後、ヘキサンで懸濁洗浄して白色の固体をろ別した。このろ液をGPCで精製し、混在するトリフェニルピレンを除去した留分をエバポレーターで濃縮後、メタノールで洗浄して白色固体を得た。1H−NMRから得られた固体が1,8−ジフェニルピレンであることを確認した。LC分析では1,8−ジフェニルピレンが1成分であり、純度は99.8%であった。また、収量は0.32g、収率は8.1%であった。
1H−NMR(CDCl3、400MHz)
・・1,8−ジフェニルピレン…δ8.25(d,2H、,J=7.60)、8.13(s,2H)、8.12(s,2H)、8.00(d,2H,J=7.60)、7.66−7.62(m,4H)、7.57−7.52(m,4H)、7.49−7.43(m,2H)
(製造例2)[ビス(トリフルオロメチルフェニル)ピレン(化合物3)の製造]
Figure 2008101182
還流冷却管、窒素ライン接続三方コック、温度計、回転子を備えた200mlの三口フラスコに1,6−ジブロモピレン、1,8−ジブロモピレンの1:1混合物2.50g、p−トリフルオロメチルフェニルホウ酸(和光純薬(株)製:試薬)3.98g(ジブロモピレンに対して3.0当量)、Na2CO3(関東化学(株)製:試薬)4.45gを入れ、トルエン(純正化学(株)製:試薬)50ml、エタノール(純正化学(株)製:試薬)20ml、脱塩水10mlを加えて懸濁させた。この懸濁液を減圧下で脱気し、窒素で常圧に戻す操作を5回繰り返し、さらに反応混合物を窒素でバブリングして系内を窒素で置換した。テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(東京化成(株)製:試薬)0.41gを加え、オイルバス中80℃で10時間加熱攪拌を行った後室温まで冷却した。
析出した反応混合物を吸引ろ過で回収し、固体をエタノールに懸濁させて洗浄した。得られた粗体をクロロホルムに懸濁させて加熱し、不溶物をひだ折りろ紙でろ過した。ろ液を濃縮して得られた結晶をメタノールで洗浄後吸引ろ過により回収した。1H−NMRから得られた結晶が1,6−ビス(4−トリフルオロメチルフェニル)ピレンであることを確認した。LC分析では1,6−ビス(4−トリフルオロメチルフェニル)ピレンが1成分であり、純度は99.1%であった。また、収量は1.59g、収率は46.6%、1,6−異性体含有割合が93.2%であった。
1H−NMR(CDCl3、400MHz)
・・1,6−(4−トリフルオロメチルフェニル)ピレン…δ8.26(d,2H、,J=7.60)、8.14(d,2H,J=9.20)、8.09(d,2H,J=9.60)、7.99(d,2H,J=8.40)、7.85(d,4H,J=8.00)、7.77(d,4H,J=8.00)
(製造例3)[ビス(p−ブチルフェニル)ピレン(化合物4)の製造]
Figure 2008101182
還流冷却管、窒素ライン接続三方コック、温度計、回転子を備えた200mlの三口フラスコに1,6−ジブロモピレン、1,8−ジブロモピレンの1:1混合物3.01g、p−ブチルフェニルホウ酸(和光純薬(株)製:試薬)4.50g(ジブロモピレンに対して3.0当量)、Na2CO3(関東化学(株)製:試薬)5.30gを入れ、トルエン(純正化学(株)製:試薬)50ml、エタノール(純正化学(株)製:試薬)20ml、脱塩水10mlを加えてに懸濁させた。この懸濁液を減圧下で脱気し、窒素で常圧に戻す操作を5回繰り返し、さらに反応混合物を窒素でバブリングして系内を窒素で置換した。テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(東京化成(株)製:試薬)0.50gを加え、オイルバス中80℃で11時間加熱攪拌を行った後室温まで冷却した。
反応液にクロロホルム、脱塩水100mlを加えて分液した後、水層をさらにクロロホルムで抽出した。有機層を合わせて無水硫酸マグネシウムで乾燥し、乾燥剤除去後濃縮して得た粗体をカラムクロマトグラフィー(SiO2、クロロホルム)で無機物を除去し、白色個体を得た。
得られた個体をイソプロピルアルコールで加熱懸洗して、熱ろ過により不溶分をろ別し、さらにろ液から析出した結晶を回収し、これを合わせてエタノールで加熱懸洗を行ない、白色結晶を得た。1H−NMRから得られた結晶が1,6−ビス(4−ブチルフェニル)ピレンであることを確認した。LC分析では1,6−ビス(4−ブチルフェニル)ピレンの他、1,8−ビス(4−ブチルフェニル)ピレンが確認され、この面積比は1,6−体:1,8−体=98.0:2.0であった。また、収量は0.99g、収率は25.2%、1,6−異性体含有割合が50.4%であった。
1H−NMR(CDCl3、400MHz)
・・1,6−(4−ブチルフェニル)ピレン…δ8.22(d,2H、,J=9.20)、8.19(d,2H,J=7.60)、8.04(d,2H,J=8.80)、7.99(d,2H,J=7.60)、7.56(d,4H,J=8.40)、7.39(d,4H,J=8.40)、2.78(t,4H,J=8.00)、1.77(m,4H)、1.51(m,4H)、1.02(t,6H,J=7.20)
(製造例4)[ビス(ビフェニル)ピレン(化合物5)の製造]
Figure 2008101182
還流冷却管、窒素ライン接続三方コック、温度計、回転子を備えた200mlの三口フラスコに1,6−ジブロモピレン、1,8−ジブロモピレンの1:1混合物2.88g、4−ビフェニルホウ酸(和光純薬(株)製:試薬)4.75g、Na2CO3(関東化学(株)製:試薬)5.10gを入れ、トルエン(純正化学(株)製:試薬)110ml、エタノール(純正化学(株)製:試薬)20ml、脱塩水10mlを加えて懸濁させた。この反応液の系内を窒素で置換した。テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(東京化成(株)製:試薬)0.46gを加え、オイルバス中80℃で11時間加熱攪拌を行った後室温まで冷却した。反応液をろ過し、得られた個体をトルエンで再結晶を2回繰り返すことにより黄色結晶を0.86g得た。
1H−NMR(CDCl3、400MHz)
・・1,6−ビス(4,4’―ビフェニル)ピレン…δ8.28(d,2H,J=9.60)、8.23(d,2H,J=8.0)、8.08(d,2H,J=9.6)、8.04(d,2H,J=8.0)、7.81(d,4H,J=8.4)、7.76−7.73(m,8H)、7.54−7.50(m,4H)、7.34−7.36(m,2H)
(製造例5)[ビス(スチリル)ピレン(化合物6)の製造]
Figure 2008101182
還流冷却管、窒素ライン接続三方コック、温度計、回転子を備えた200mlの三口フラスコに1,6−ジブロモピレン、1,8−ジブロモピレンの1:1混合物3.09g、スチリルホウ酸(アルドリッチ)4.88g、Na2CO3(関東化学(株)製:試薬)3.35gを入れ、トルエン(純正化学(株)製:試薬)110ml、エタノール(純正化学(株)製:試薬)20ml、脱塩水10mlを加えて懸濁させた。この反応液の系内を窒素で置換し、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(東京化成(株)製:試薬)0.46gを加え、オイルバス中80℃で11時間加熱攪拌を行った後室温まで冷却した。反応液をろ過し、得られた個体をトルエンで再結晶を2回繰り返すことにより黄色結晶を0.51g得た。
1H−NMR(CDCl3、400MHz)
・・1,6−ビススチリルピレン…δ8.48(d,2H、,J=8.80)、8.32(d,2H,J=8.0)、8.19(d,2H,J=15.6)、8.18(d,2H,J=8.0)、8.11(d,2H,J=9.6)、7.69(d,2H,J=8.4)、7.47−7.43(m,4H),7.38−7.34(m,4H)
(製造例6)[ビス(2−ナフチル)ピレン(化合物7)の製造]
Figure 2008101182
還流冷却管、窒素ライン接続三方コック、温度計、回転子を備えた200mlの三口フラスコに1,6−ジブロモピレン、1,8−ジブロモピレンの1:1混合物3.60g、2−ナフチルホウ酸(アルドリッチ社製)5.16g、Na2CO3(関東化学(株)製:試薬)6.36gを入れ、トルエン(純正化学(株)製:試薬)120ml、エタノール(純正化学(株)製:試薬)25ml、脱塩水14mlを加えて懸濁させた。この反応液の系内を窒素で置換し、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(東京化成(株)製:試薬)0.58gを加え、オイルバス中80℃で11時間加熱攪拌を行った後室温まで冷却した。反応液をろ過し、得られた個体をトルエンで再結晶をおこなうことにより黄色結晶を1.5g得た。
1H−NMR(CDCl3、400MHz)
δ8.25(d,2H、,J=8.80)、8.17(d、4H,J=3.2),8.10(d、4H,J=8.80),8.00(d、2H,J=8.4),7.95−8.00(m,4H)、7.80(dd,2H,J=2.0,8.4)、7.55−7.65(m,4H)
(製造例7)[1,6−ビス(p−ブチルスチリル)ピレン(化合物8)の製造]
Figure 2008101182
200ml三口フラスコに滴下ロート、窒素ライン接続三方コック、回転子をつけ、系内を減圧乾燥、窒素置換の操作を5回行った。反応器へ1,6−ジホルミルピレン、1,8−ジホルミルピレンの1:1混合物1.51g、p−ブチルベンジルホスホン酸4.14gを入れ、再度窒素置換をした後乾燥DMF(関東化学(株)製:試薬)100mlを加えて室温で攪拌を行った。滴下ロートから5N−NaOMe/メタノール溶液(東京化成(株)製:試薬)4.4mlを滴下し、滴下終了後からオイルバス中で内温80℃で10時間加熱を行った。
反応終了後析出した針状結晶を吸引ろ過で回収し、これをメタノールで懸洗して薄黄色の結晶を得た。回収した粗結晶をトルエンから再結晶し、薄黄色の結晶を得た。この再結晶のろ液は濃縮後別途トルエンから再結晶を行ない、薄黄色の結晶を得た。1H−NMR
から、得られた結晶両方が1,6−ビス(p−ブチルスチリル)ピレンであることを確認した。LC分析では1,6−ビス(4−ブチルスチリル)ピレンのほか、1,8−ビス(4−ブチルスチリル)ピレンが確認され、この面積比は1,6−体:1,8−体=99.8:0.2であった。また、収量は0.82g、収率は27.0%、1,6−異性体含有割合は54.0%であった。
1H−NMR(CDCl3、400MHz)
・・1,6−ビス(p−ブチルスチリル)ピレン…δ8.47(d,2H、8.80)、8.31(d,2H,J=7.60)、8.18−8.13(m,4H)、8.11(d,2H,J=9.20)、7.61(d,4H,J=8.00)、7.35(d,2H,J=15.60)、7.26(d,4H,J=8.00)、2.68(t,4H,J=7.60)、1.69−1.61(m,4H)、1.45−1.35(m,4H)、0.98(t,6H,J=7.20)
(製造例8)[1,6−ビス(4−トリフルオロメチルスチリル)ピレン(化合物9)の製造]
Figure 2008101182
200ml三口フラスコに滴下ロート、窒素ライン接続三方コック、回転子をつけ、系内を減圧乾燥、窒素置換の操作を5回行った。反応器へ1,6−ジホルミルピレン、1,8−ジホルミルピレンの1:1混合物1.50g、p−トリフルオロメチルベンジルホスホン酸3.80gを入れ、再度窒素置換をした後乾燥DMF(関東化学(株)製:試薬)100mlを加えて室温で攪拌を行った。滴下ロートから5N−NaOMe/メタノール溶液(東京化成(株)製:試薬)4.0mlを滴下し、室温で5時間攪拌後、オイルバス中、内温80℃で3時間加熱を行った。
反応終了後析出した固体を吸引ろ過で回収し、これをメタノールで懸洗して薄黄色の結晶を得た。回収した粗結晶をクロロホルムで加熱懸洗し、不溶固体を吸引ろ過で回収した。回収固体をトルエンから再結晶し、白色鱗片状の結晶を得た。1H−NMRから、得られた結晶が1,6−ビス(4−トリフルオロメチルスチリル)ピレンであることを確認した。LC分析では1,6−ビス(4−トリフルオロメチルスチリル)ピレン単一成分であることを確認した。また、収量は0.50g、収率は16.1%、1,6−異性体含有割合は32.2%であった。
1H−NMR(CDCl3、400MHz)
・・1,6−ビス(4−トリフルオロメチルスチリル)ピレン…δ8.51(d,2H、8.80)、8.36(d,2H,J=8.00)、8.32(d,2H,J=16.40)、8.23(d,2H,J=8.00)、8.17(d,2H,J=9.20)、7.80(d,4H,J=8.00)、7.70(d,4H,J=8.00)、7.40(d,2H,J=16.00)
(製造例9)[1,6−ビス(4’−ブチルスチルベン−4−イル)ピレン(化合物10)の製造]
[原料中間体:1,6−ピレンビス(ピナコラートジボラン)の製造]
Figure 2008101182
1000ml四つ口フラスコに滴下ロート、窒素ライン接続三方コック、低温温度計を取り付け、撹拌子を入れ、減圧下ヒートガンで加熱乾燥と窒素置換を5回繰り返し系内を窒素雰囲気とした。1,6−ジブロモピレン、1,8−ジブロモピレンの1:1混合物14.4g、乾燥THF(関東化学(株)製:試薬)300mlを入れ、反応器をドライアイス−アセトンバス中で−70℃まで冷却した。n−ブチルリチウム(1.06M、関東化学(株)製:試薬)100mlを30分掛けて滴下し、滴下終了から2時間−70℃のまま保持しながら攪拌を継続した。Dioxaborolane(関東化学(株)製:試薬)35mlを滴下ロートから15分間で滴下した。この際発熱が確認され内温は−70℃から−60℃まで上昇した。Dioxaborolane滴下終了から30分冷却条件下で攪拌を行ない、その後冷却用バスを外して徐々に室温に昇温し、終夜静置した。淡黄色の溶液中に白色結晶が析出しており、これを吸引ろ過でろ過を行った。1N−HCl10mlと水100mlで結晶を撹拌し、得られた結晶を吸引ろ過で回収し、ウエットケーキを得た。得られたケーキをTHFで懸洗し、減圧下乾燥した。1H−NMRから得られた黄色結晶が1,6−ピレンビス(ピナコラートジボラン)であることを確認した。また、収量は4.6g、収率は25.0%、1,6体含有割合が50%であった。
1H−NMR(CDCl3、400MHz)
・・1,6−ピレンビス(ピナコラートジボラン)…δ9.1(d,2H,J=9.20)、8.52(d,2H,J=7.60)、8.18(d,2H,J=7.60)、8.19(d,2H,J=9.2)、1.49(s,12H)
[原料中間体:4−ブロモベンジルホスホン酸ジエチルの製造]
Figure 2008101182
100mLナスフラスコに窒素ライン接続三方コックを接続し、回転子を入れた。4−ブロモベンジルブロミド(アルドリッチ社製:試薬)10.00g、トリエチルホスファイト(和光純薬(株)製:試薬)20mLを入れてオイルバス中100℃で4時間加熱攪拌を行った。TLCから原料が消失し、高極性の1成分が精製していることを確認した。
反応終了後、過剰に用いたトリエチルホスファイトを減圧下で留去し、留出物残渣として淡黄色透明油状物を得た。1H NMRから、この残渣が4−ブロモベンジルホスホン酸ジエチルと、残存したトリエチルホスファイトの混合物であることを確認した。また、収量は15.3g、収率は126%、純度は約80%であった。
1H−NMR(CDCl3、300MHz)
・・4−ブロモベンジルホスホン酸ジエチル…δ7.44(d,2H、7.81)、7.19(d,2H,J=8.41)、4.06(m,4H)、3.12(d,2H,J=21.62)、1.27(t,3H,J=7.20)
[原料中間体:4−ブロモ−4’−ブチルスチルベンの製造]
Figure 2008101182
100mL三口フラスコに回転子を入れ、滴下ロート、窒素ライン接続三方コック、温度計を取り付けた。4−ブチルベンズアルデヒド(東京化成(株)製:試薬)4.89g、4−ブロモベンジルホスホン酸ジエチル10.03gを入れ、反応器内部を窒素で置換した後乾燥DMF(和光純薬(株)製:試薬)50mLを加えて室温で攪拌を行った。滴下ロートから、ナトリウムメトキシド/メタノール溶液(和光純薬(株)製:試薬)6.5mLを2分間でゆっくり滴下し、滴下終了後からオイルバス中40℃で4時間加熱攪拌を行った。
反応終了後、反応液に200mLの脱塩水と100mLのトルエンを加えて分液し、さらに水層をトルエン100mLで2回抽出した。有機層を合わせて濃縮し、ワックス状になった固体をヘキサンで懸洗し白色結晶を得た。1H−NMRからこの結晶が4−ブロモ
−4’−ブチルスチルベンである事を確認した。また、収量は6.17g、収率は68.4%であった。
1H−NMR(CDCl3、300MHz)
・・4−ブロモ−4’−ブチルスチルベン…δ7.47−7.34(m,6H)、7.18(d,2H,J=8.11)、7.10(d,1H、J=16.20)、7.00(J=16.20)、2.63(t,2H,J=7.51)、1.65−1.55(m,2H)、1.40−1.31(m,2H)、0.95(t,3H,J=7.51)
[1,6−ビス(4’−ブチルスチルベン−4−イル)ピレン(化合物10)の製造]
Figure 2008101182
200mL三口フラスコに回転子を入れ、還流冷却、窒素ライン接続三方コック、温度計を取り付けた。1,6−ピレンビス(ピナコラートジボラン)2.01g、4−ブロモ−4’−ブチルスチルベン4.23g、炭酸ナトリウム(和光純薬(株)製:試薬)2.86g、トルエン(和光純薬(株)製:試薬)50mL、エタノール(和光純薬(株)製:試薬)20mL、脱塩水5mLを入れ、減圧脱気、窒素置換を5回行った後さらに混合物内に30分間窒素を通気した。脱気操作後、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(和光純薬(株)製:試薬)0.30gを加えてオイルバス中80℃で14時間加熱攪拌を行った。
反応液に脱塩水100mL、クロロホルム100mLを加えて分液し、さらに水層をクロロホルム50mLで2回抽出した。溶媒を留去し、加熱還流温度で抽出物をトルエンに溶解させて熱ろ過し、不溶の無機物を除去したろ液から析出した黄色固体を吸引ろ過で回収した。1H NMRからこの黄色結晶が1,6−ビス(4’−ブチルスチルベン−4−イル)ピレンである事を確認した。また、収量は2.06g、収率は69.5%であった。
1H−NMR(CDCl3、300MHz)
・・1,6−ビス(4’−ブチルスチルベン−4−イル)ピレン…δ8.26(d,2H,J=9.31)、8.22(d,2H,J=8.11)、8.07(d,2H、J=9.30)、8.02(d,2H、J=7.81)、7.73(d,4H,J=8.41)、7.66(d,4H,J=8.41)、7.52(d,4H,J=8.11)、7.22−7.20(m,8H)、2.67(t,4H,J=7.51)、1.69−1.60(m,4H)、1.48−1.32(m,4H)、0.98(t,6H,J=7.20)
[2,7−ビス(4−n−ヘキシルフェニル)ピレン(化合物11)の製造]
Figure 2008101182
アルゴン雰囲気下、2,7−ジブロモピレン(504mg,1.4mmol)、1−(トリ−n−ブチルスタニル)−4−n−ヘキシルベンゼン(1.90g,4.2mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(97mg,0.084mmol)のトルエン(35ml)溶液を120℃で24時間加熱攪拌した。反応溶液をセライトろ過し、減圧下濃縮した後の結晶性生成物を、トルエン溶液から再結晶することにより乳白色板状晶の表題化合物(483mg,0.92mmol)を収率66%で得た。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)…δ8.39(s,4H),8.13(s,4H),7.82(d,J=8.0Hz,4H),7.38(d,J=8.0Hz,4H),2.72(t,J=7.8Hz,4H),1.71(m,4H),1.45−1.34(m,12H),0.91(t,J=7.0Hz,6H).
13C−NMR(100MHz,CDCl3)…δ142.43,138.93,138
.91,131.58,129.21,127.97,123.81,35.82,31.93,31.68,29.24,22.81,14.30.
[2,7−ビス[2−(6−n−ヘキシル)ナフチル]ピレン(化合物12)の製造]

Figure 2008101182
アルゴン雰囲気下、2,7−ジブロモピレン(504mg,1.4mmol)、2−(トリ−n−ブチルスタニル)−6−n−ヘキシルナフタレン(1.92g,3.8mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(97mg,0.084mmol)のトルエン(35ml)溶液を120℃で24時間加熱攪拌した。反応溶液を減圧下濃縮し残渣をヘキサンで洗浄した後、トルエン溶液から再結晶することにより白色粉末状の表題化合物(315mg,0.51mmol)を収率36%で得た。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)…δ8.54(s,4H),8.32(br,2H),8.20(s,4H),8.04(dd,J=8.4/1.6Hz,2H),7.97(d,J=8.4Hz,2H),7.92(d,J=8.4Hz,2H),7.70(br,2H),7.42(dd,J=8.4/1.2Hz,2H),2.83(t,J=7.6Hz,4H),1.75(m,4H),1.43−1.33(m,12H),0.91(t,J=7.0Hz,6H).
13C−NMR(100MHz,CDCl3)…δ141.04,139.13,138
.11,133.05,132.47,131.75,128.33,128.22,128.13,126.72,126.36,126.27,124.21,36.36,31.94,31.52,29.21,22.80,14.30.
[2,7−ビス(4−n−ヘキシルフェニルエチニル)ピレン(化合物13)の製造]
Figure 2008101182
アルゴン雰囲気下、2,7−ジブロモピレン(504mg,1.4mmol)、1−エチニル−4−n−ヘキシルベンゼン(634mg,3.4mmol)、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(97mg,0.084mmol)、ヨウ化銅(8mg,0.042mmol)、ジイソプロピルアミン(344mg,3.4mmol)のトルエン(35ml)溶液を120℃で24時間加熱攪拌した。反応溶液を氷水に注ぎ、抽出した有機層を食塩水で洗浄した後、無水硫酸マグネシウムで乾燥した。減圧下濃縮した残渣にジエチルエーテルを加えて結晶化することにより黄色粉末状の表題化合物(335mg,0.59mmol)を収率42%で得た。
1H−NMR(400MHz,CDCl3)…δ8.32(s,4H),8.04(s,4H),7.56(d,J=8.0Hz,4H),7.22(d,J=8.0Hz,4H),2.65(t,J=7.8Hz,4H),1.64(m,4H),1.38−1.29(m,12H),1.ee(t,J=7.8Hz,4H),0.90(t,J=7.0Hz,6H).
13C−NMR(100MHz,CDCl3)…δ143.84,131.80,131
.30,128.72,128.20,127.74,123.99,121.48,120.46,90.57,89.42,36.12,31.87,31.39,29.11,22.76,14.26.
[原料中間体:1,6−ビス(3−メチル−3−ヒドロキシ−1−エチニル)ピレンの製造]
Figure 2008101182
還流冷却管、窒素ライン接続三方コック、セプタムキャップを取り付けた500mL三口フラスコに1,6−体、1,8−体混合比が4:6であるジブロモピレン10.80g、ヨウ化銅(和光純薬工業(株)製:試薬、純度95%)0.21g、ジクロロビス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(2)(和光純薬(株)製:試薬)0.57gを入れ、反応器内を窒素で置換した。
シリンジでジエチルアミン(和光純薬工業(株)製:試薬、純度99%)300mLを加え、20分間溶液中に窒素を通気して脱気操作とした。脱気後、シリンジで2−メチル−3−ブチン−2−オール(和光純薬試薬、純度98%)7.5mLを加え、オイルバス中55℃で10時間加熱攪拌を行なった。
反応終了後、ロータリーエバポレーターで溶媒を減圧留去し、残渣をクロロホルム(和光純薬工業(株)製:試薬)で洗浄して白色固体を得た。1H−NMRからこの白色固体が1,6−ビス(3−メチル−3−ヒドロキシ−1−ブチニル)ピレンであることを確認した。収量4.2g、収率:原料1,6−ジブロモピレンに対して96%。
1H−NMR(CDCl3、300MHz) δ8.52(d、2H、J=9.1)、8.12(m、6H)、2.20(s、2H)、1.81(s、12H)
[原料中間体:1,6−ジエチニルピレンの合成の製造]
Figure 2008101182
還流冷却管を取り付け、回転子を入れた300mLナスフラスコに1,6−ビス(3−メチル−3−ヒドロキシ−1−ブチニル)ピレン4.2g、水酸化ナトリウム(和光純薬工業(株)製:試薬、純度96%)4.2g、トルエン(和光純薬工業(株)製:試薬)170mLを入れオイルバス中105℃で70時間加熱攪拌を行なった。
反応終了後、熱時ろ過により不溶性固体を除去し、得られたろ液をロータリーエバポレーターで減圧濃縮して赤色固体を得た。得られた固体をトルエンから再結晶し、赤色針状結晶を得た。1H−NMRからこの赤色針状結晶が1,6−ジエチニルピレンであることを確認した。収量1.79g、収率60%。
1H−NMR(CDCl3、300MHz) δ8.62(s、2H)、8.13−8.22(m、6H)、3.64(s、2H)
[原料中間体:1,6−ピレンビス(ビニルホウ酸カテコールエステル)の合成の製造]
Figure 2008101182
還流冷却管、窒素ライン接続三方コックを取り付け、回転子を入れた100mL二口フラスコに1,6−ジエチニルピレン2.10gを入れ、反応器を窒素で置換した。シリンジで脱水トルエン(和光純薬工業(株)製:試薬)60mL、カテコールボランTHF溶液(アルドリッチ試薬、濃度1M)25mLを加え、オイルバス中110℃で40時間加熱攪拌を行なった。
反応で生成した固体を吸引ろ過で回収し、トルエン(和光純薬工業(株)製:試薬)で洗浄して黄色固体を得た。クロロホルムへの溶解度が低いためこの化合物の1H−NMRは測定を行なうことができなかった。収量2.60g、収率64%。
[1,6−ビス(4−メチルスチリル)ピレン(化合物14)の製造]
Figure 2008101182
還流冷却管、窒素ライン接続三方コックを取り付け、回転子を入れた200mL二口フラスコに1,6−ピレンビス((E)−ビニルホウ酸カテコールエステル)1.30g、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(和光純薬工業(株)製:試薬)0.15g、炭酸ナトリウム(和光純薬工業(株)製:試薬、純度99.5%)1.70gを入れて系内を窒素で置換した。この反応器へトルエン(和光純薬工業(株)製:試薬)60mL、エタノール(和光純薬工業(株)製:試薬)24mL、脱塩水6mLを加え、溶液中に窒素を30分間通気して脱気操作とした。p−ブロモトルエン(和光純薬工業(株)製:試薬、純度95%)1.0mLをシリンジで加え、オイルバス中90℃で12時間加熱攪拌を行なった。
反応終了後溶媒をロータリーエバポレーターで減圧留去し、残渣を熱トルエンに溶解させ、セライト(和光純薬工業(株)製:試薬)、フローリジル(和光純薬工業(株)製:試薬)を通して無機物、不溶成分を除去した。ろ液を濃縮後、o−ジクロロベンゼン(和光純薬工業(株)製:試薬)から再結晶を行い、赤色の結晶を得た。1H−NMRからこの赤色結晶が1,6−ビス(4−メチルスチリル)ピレンであることを確認した。収量0.66g、収率57%。
1H−NMR(CDCl3、270MHz) δ8.48(2H、d、J=9.2)、8.31(2H、d、J=7.8)、8.17(d、4H、J=8.10)、8.15(2H、d、J=15.7)、8.11(2H、d、J=9.5)、7.59(2H、d、J=8.1)、7.33(2H、d、J=8.1)、7.25(4H、d)、2.41(6H、s)
[1,6−ビス(4−エチルスチリル)ピレン(化合物15)の製造]
Figure 2008101182
還流冷却管、窒素ライン接続三方コックを取り付け、回転子を入れた200mL二口フラスコに1,6−ピレンビス((E)−ビニルホウ酸カテコールエステル)2.00g、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(和光純薬工業(株)製:試薬)0.24g、炭酸ナトリウム(和光純薬工業(株)製:試薬、純度99.5%)2.60gを入れて系内を窒素で置換した。この反応器へトルエン(和光純薬工業(株)製:試薬)100mL、エタノール(和光純薬工業(株)製:試薬)40mL、脱塩水10mLを加え、溶液中に窒素を30分間通気して脱気操作とした。p−ブロモエチルベンゼン(和光純薬工業(株)製:試薬)1.7mLをシリンジで加え、オイルバス中90℃で6時間加熱攪拌を行なった。
反応終了後溶媒をロータリーエバポレーターで減圧留去し、残渣を熱トルエンに溶解させ、セライト(和光純薬工業(株)製:試薬)、フローリジル(和光純薬工業(株)製:試薬)を通して無機物、不溶成分を除去した。ろ液を濃縮後、トルエン(和光純薬工業(株)製:試薬)から再結晶を行い、黄色結晶を得た。1H−NMRからこの黄色結晶が1,6−ビス(4−エチルスチリル)ピレンであることを確認した。収量1.12g、収率58%。
1H−NMR(CDCl3、400MHz) δ8.47(2H、d、J=9.6)、8.31(2H、d、J=8.4)、8.17(d、2H、J=8.0)、8.16(d、2H、J=16.8)、8.10(2H、d、J=9.2)、7.62(2H、d、J=8.0)、7.34(2H、d、J=16.0)、7.26(4H、d)、2.70(4H、m)、1.29(t、6H、J=8.0)
[1,6−ビス(4−プロピルスチリル)ピレン(化合物16)の製造]
Figure 2008101182
還流冷却管、窒素ライン接続三方コックを取り付け、回転子を入れた200mL二口フラスコに1,6−ピレンビス((E)−ビニルホウ酸カテコールエステル)2.00g、テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0)(和光純薬工業(株)製:試薬)0.24g、炭酸ナトリウム(和光純薬工業(株)製:試薬、純度99.5%)2.60gを入れて系内を窒素で置換した。この反応器へトルエン(和光純薬工業(株)製:試薬)100mL、エタノール(和光純薬工業(株)製:試薬)40mL、脱塩水10mLを加え、溶液中に窒素を30分間通気して脱気操作とした。p−ブロモプロピルベンゼン(和光純薬工業(株)製:試薬)1.9mLをシリンジで加え、オイルバス中90℃で6時間加熱攪拌を行なった。
反応終了後溶媒をロータリーエバポレーターで減圧留去し、残渣を熱トルエンに溶解させ、セライト(和光純薬工業(株)製:試薬)、フローリジル(和光純薬工業(株)製:試薬)を通して無機物、不溶成分を除去した。ろ液を濃縮後、トルエン(和光純薬工業(株)製:試薬)から再結晶を行って黄色結晶を得た。1H−NMRからこの黄色結晶が1,6−ビス(4−プロピルスチリル)ピレンであることを確認した。収量1.27g、収率63%。
1H−NMR(CDCl3、400MHz) δ8.46(2H、d、J=8.8)、8.30(2H、d、J=7.6)、8.15(d、2H、J=8.8)、8.14(d、2H、J=15.2)、8.09(2H、d、J=9.2)、7.60(2H、d、J=8.4)、7.33(2H、d、J=16.4)、7.25(4H、d、J=8.0)、2.64(4H、t、J=7.59)、1.69(m、4H、J=7.6)、0.99(6H、t、J=7.20)
(キャリア移動度、On/Off比、EL発光効率、PL発光効率の測定・算出)
キャリア移動度、EL発光効率、PL発光効率は以下のようにして測定・算出した。
[キャリア移動度μ(cm2/Vs)]
トランジスタ素子のドレイン電圧(Vd)とドレイン電流の関係式は次式[1]で表さ
れ、直線的に増加する(直線領域)。
Figure 2008101182
また、Vdが大きくなると、チャネルのピンチ・オフによりIdは飽和して一定の値となり(飽和領域)、Idは次式[2]で表される。
Figure 2008101182
なお、上記式[1][2]の各符号は、下記の通りである。
L :チャネル長[cm]
W :チャネル幅[cm]
i:ゲート絶縁膜の単位面積当たりの静電容量[F/cm2
μsat:飽和領域における移動度[cm2/Vs]
d:ドレイン電流[A]
d:ドレイン電圧[V]
g:ゲート電圧[V]
T:ゲート閾値電圧[V] (これは、飽和領域におけるドレイン電圧(Vd)が一定の下でドレイン電流の1/2乗(Vdsat 1/2)をゲート電圧(Vg)に対してプロットし、漸近線が横軸と交わる点を示す。)
この飽和領域におけるId 1/2とVgの関係から、トランジスタ素子中の移動度(μ)を求めることができる。
本発明では、圧力を真空度〜5×10-3Pa、温度を室温とする条件の下、半導体パラメーターアナライザー(Agilent,HP4155C)を用いて、ドレイン電圧を10Vから−100Vまで、−1Vステップで、ゲート電圧を0Vから−100Vまで、−20Vステップで操作し、上式(2)を用いて移動度を算出した。
[On/Off比]
上記キャリア移動度の測定におけるゲート電圧−100Vにおける最大Id(Ion)と、ゲート電圧0Vにおける最小Id(Ioff)との比として算出した。
[Vth及びEL発光効率の測定]
thは、EL発光開始時の電圧を表す。Vth及びEL発光効率ηextは、トランジスタ素子を用いて、ドレイン電圧を10Vから−100Vまで、−1Vステップで、ゲート電圧を0Vから−100Vまで、−20Vステップで操作し、素子から発せられる発光をフォトンカウンター(Newport社製:4155C Semiconductor Parameter Analyzer)によって測定し、発光開始時の電圧(Vth)を算出した。さらに、そこで得られた光子数[CPS]を下記式[3]を用いて光束[lw]に変換後、下記式[4]を用いてEL発光効率ηextを算出した。
Figure 2008101182
Figure 2008101182
なお、上記式[3][4]の各符号は、下記の通りである。
PC :フォトンカウンター(PC)によって観測した光子数[CPS]
PC :光子数を光束[lw]に変換した値
r :円錐又は円の半径[cm]
h :フォトンカウンターとサンプルの距離[cm]
(PLピーク及びPL発光効率)
PLのピーク及び発光効率は、本発明のトランジスタ材料を窒素雰囲気下において石英基板上に100nm蒸着し単層膜を形成したあと、積分球(IS−060、Labsphere Co.)を用いて、励起光として波長325nmのHe−Cdレーザ(IK5651R−G、Kimmon electric Co.)を照射し、サンプルからの発光Multi−channel photodiode(PMA−11、Hamamatsu photonics Co.)を測定することにより算出した。
(HOMO及びLUMOエネルギーレベルの測定)
石英基板上に100nm蒸着した単層膜を形成した後、AC−1(理研計器(株)製)を用いて測定することにより、HOMOエネルギーを算出した。LUMOエネルギーは、化合物の10-5Mトルエン溶液を調液し、日立分光光度計((株)日立製作所製:UV−3500)を用いて、バンドギャップを測定した後、HOMOエネルギーに加えることにより、LUMOエネルギーを算出した。
(実施例1〜15、比較例1)
下記の条件下、図23、図24に示す発光トランジスタ素子を製造した。
・絶縁膜5…シリコン基板上に、300nmの酸化シリコン膜を蒸着形成させ絶縁膜とした。
・ソース電極2及びドレイン電極3…それぞれ20本の櫛歯からなる櫛歯形状部を有する電極(Au、厚さ40nm)を形成し、図24に示すように、それぞれの櫛歯形状部が交互に配されるように、絶縁膜5の上に配置した。このとき、絶縁膜5と両電極との間にクロムからなる層(1nm)を設けた。また、このときのチャネル部(それぞれの櫛歯形状部間)の幅を25μm、長さを4mmとした。
・発光層1…上記各製造例で製造された化合物1、2、4、5、6、7、8、11から選ばれるトランジスタ材料を、絶縁膜、ソース電極2及びドレイン電極3の周囲に覆うように蒸着することにより、発光層1を形成した。
得られた素子について、HOMO及びLUMOエネルギーレベルの比、EL発光効率、キャリア移動度、PLピーク、Vthを上記測定方法により測定した。また、各化合物からなるトランジスタ材料を用いて、上記測定方法により、PL発光効率を測定した。結果を表1に示す。
なお、表1中のHMDS処理とは、下記の操作Aを行ったものをいう。
・操作A:ソース電極2及びドレイン電極3を形成した後の基板を、UVオゾン処理し、表面処理剤であるHMDSを塗布して2分間置いた。その後、エアーでHMDSの残渣を取り除き、真空下で発光層に用いる化合物を蒸着した。
(比較例1)
発光層に用いる化合物として、下記式(6)で示される比較化合物1を用いたこと以外は、実施例1と同様にして素子を作成した。得られた素子について、HOMO及びLUMOエネルギーレベルの比、EL発光効率、キャリア移動度、PLピーク、Vthを上記測定方法により測定した。また、比較化合物1からなるトランジスタ材料を用いて、上記測定方法により、PL発光効率を測定した。結果を表1に示す。
Figure 2008101182
Figure 2008101182
(結果)
以上の結果から、実施例に用いた化合物を使用した素子は、キャリア移動度が高いことがわかった。また、実施例1、4の化合物は、比較例1の化合物とキャリア移動度は同等であるが、PL発光効率は非常に高いことがわかった。
また、HMDS処理の有無の比較より、HMDSで処理することにより、移動度が向上することがわかった。
さらに、実施例10、13〜15を対比したとき、アルキル基の中でもメチル基の移動度が高く、PL発光効率及びEL発光効率も向上している。アルキル基をメチル基にすることにより、昇華による精製を行うことがより容易となり、より高純度化できることも利点の一つである。
(実施例16〜19、比較例2)
上記製造例で製造された化合物10,14〜16から選ばれるトランジスタ材料にJ.Am.Chem.Soc.,(1952),74,1075、J.Am.Chem.Soc.,(1996),118,2374に記載の方法で製造したペリフランテン(下記式(7)で示される化合物)を1wt%ドープした以外は実施例11と同様の方法で素子を作成し、評価をおこなった。結果を表2に示す。
Figure 2008101182
Figure 2008101182
(結果)
実施例16〜19は、比較例2に比べて移動度がいずれも2桁向上しており、駆動電圧を大きく減少させることが可能となった。さらに、発光効率も化合物単体での発光効率に比べて1桁以上高くなっていることから、本願発明の化合物の励起エネルギーがゲスト材料へ効率よくエネルギー移動しており、本発明化合物が発光層でのホスト材料としても利用出来ることが分かった。
ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式
ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式 ピレン系有機化合物のX及びYの例を示す化学式
この発明にかかる発光トランジスタ素子の例を示す断面図 ソース電極及びドレイン電極の構成を示す平面図 (a)(b)(c)発光トランジスタ素子の発光のメカニズムを示す模式図 この発明にかかる発光トランジスタ素子を用いた表示装置の例を示す電機回路図 異なる波長を有する有機蛍光体の例を示す化学式
1 発光層
2 ソース電極
2a 櫛歯形状部
3 ドレイン電極
3a 櫛歯形状部
4 ゲート電極
5 絶縁膜
10 発光トランジスタ素子
11 正孔チャネル
12 ピンチオフ点
20 基板
21 表示装置
22 走査線駆動回路
23 データ線駆動回路
24 コントローラ
S ソース電極
D ドレイン電極
G ゲート電極
C キャパシタ
Ts 選択トランジスタ
P11,P12 画素
LS1,LS2 走査線
LD1,LD2 データ線

Claims (9)

  1. 下記式(1)又は式(2)で表される化合物からなるトランジスタ材料。
    Figure 2008101182
    Figure 2008101182
    (式(1)及び式(2)中、X及びYは、それぞれ独立に、置換基を有してもよい芳香族炭化水素基、置換基を有してもよい芳香族複素環基、置換基を有してもよいアルキル基、置換基を有してもよいシクロアルキル基、置換基を有してもよいアルケニル基、置換基を有してもよいアルキニル基から選ばれる基を示す。また、上記のX及びYが有していてもよい置換基は、炭素数1〜20のアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシ基、アミノ基、ボリル基、シリル基、シアノ基、炭素数6〜36の芳香族炭化水素基、炭素数4〜36の芳香族複素環基、及びハロゲン原子から選ばれるいずれかの基である。また、式(1)及び式(2)で表される化合物が一分子中に有するピレン環は、1つである。)
  2. 上記式(1)が、下記式(1−1)乃至式(1−3)のいずれかで表される請求項1に記載のトランジスタ材料。
    Figure 2008101182
    Figure 2008101182
    Figure 2008101182
    (上記の式(1−1)から式(1−3)におけるX及びYは、上記式(1)のX及びYと同義である。また、式(1−1)から式(1−3)で表される化合物が一分子中に有するピレン環は、1つである。)
  3. 上記式(2)が、下記式(2−1)乃至式(2−3)のいずれかで表される請求項1に記載のトランジスタ材料。
    Figure 2008101182
    Figure 2008101182
    Figure 2008101182
    (上記の式(2−1)から式(2−3)におけるX及びYは、上記式(2)のX及びYと同義である。また、式(2−1)から式(2−3)で表される化合物が一分子中に有するピレン環は、1つである。)
  4. 請求項1乃至3のいずれかに記載のトランジスタ材料を用いた発光トランジスタ材料。
  5. キャリアとしての正孔及び電子を輸送可能であり、請求項4に記載の発光トランジスタ材料を主構成成分とする、正孔及び電子の再結合により発光を生じる発光層、この発光層に正孔を注入する正孔注入電極、上記発光層に電子を注入する電子注入電極、並びに、上記正孔注入電極及び電子注入電極に対向し、上記発光層内のキャリアの分布を制御するゲート電極を含有する発光トランジスタ素子。
  6. 上記正孔注入電極及び電子注入電極は、それぞれ複数の櫛歯からなる櫛歯形状部を有し、かつ、上記正孔注入電極の櫛歯形状部を構成する櫛歯と、電子注入電極の櫛歯形状部を構成する櫛歯とを、所定間隔を開けて交互に配置した請求項5に記載の発光トランジスタ素子。
  7. 下記式(3)で表されるピレン系有機化合物。
    Figure 2008101182
    (式(3)中、Ar1及びAr2は、それぞれ独立に、ピレン環以外の芳香族炭化水素基、あるいは芳香族複素環基を表す。R1およびR2は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、炭素数2〜20の置換基を有してもよいアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシル基を表し、Ar1及びAr2に1つ以上有することを特徴とする。さらに、上記の有しても良い置換基は、炭素数6〜36の芳香族炭化水素基、炭素数4〜36の芳香族複素環基、及びハロゲン原子から選ばれるいずれかの基である。)
  8. 下記式(4)で表されるピレン系有機化合物。
    Figure 2008101182
    (式(4)中、Ar1及びAr2は、それぞれ独立に、ピレン環以外の芳香族炭化水素基、あるいは芳香族複素環基を表す。R1およびR2は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、炭素数2〜20の置換基を有してもよいアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシル基を表し、Ar1及びAr2に1つ以上有することを特徴とする。さらに、上記の有しても良い置換基は、炭素数6〜36の芳香族炭化水素基、炭素数4〜36の芳香族複素環基、及びハロゲン原子から選ばれるいずれかの基である。)
  9. 下記式(5)で表されるピレン系有機化合物。
    Figure 2008101182
    (式(5)中、Ar1及びAr2は、それぞれ独立に、ピレン環以外の芳香族炭化水素基、あるいは芳香族複素環基を表す。R1およびR2は、それぞれ独立に、ハロゲン原子、炭素数2〜20の置換基を有してもよいアルキル基、炭素数1〜20のアルコキシル基を表し、Ar1及びAr2に1つ以上有することを特徴とする。さらに、上記の有しても良い置換基は、炭素数6〜36の芳香族炭化水素基、炭素数4〜36の芳香族複素環基、及びハロゲン原子から選ばれるいずれかの基である。)
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