JP2008244471A - Material for organic electronics, thin-film employing the material, organic electronics element and organic electroluminescence element - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、有機エレクトロニクス用材料、並びにこれを用いた薄膜、有機エレクトロニクス素子及び有機エレクトロルミネセンス素子(以下、有機EL素子ということもある)に関する。 The present invention relates to a material for organic electronics, and a thin film, an organic electronics element and an organic electroluminescence element (hereinafter sometimes referred to as an organic EL element) using the same.
有機エレクトロニクス素子は、有機物を用いて電気的な動作を行う素子であり、省エネルギー、低価格、柔軟性といった特長を発揮できると期待され、従来のシリコンを主体とした無機半導体に替わる技術として注目されている。 Organic electronics elements are elements that perform electrical operations using organic substances, and are expected to exhibit features such as energy saving, low cost, and flexibility, and are attracting attention as a technology that can replace conventional inorganic semiconductors based on silicon. ing.
有機エレクトロニクス素子の中でも有機EL素子は、例えば、白熱ランプ、ガス充填ランプの代替えとして、大面積ソリッドステート光源用途として注目されている。また、フラットパネルディスプレイ(FPD)分野における液晶ディスプレイ(LCD)に置き換わる最有力の自発光ディスプレイとしても注目されており、製品化が進んでいる。 Among organic electronics elements, organic EL elements are attracting attention as applications for large-area solid-state light sources as an alternative to incandescent lamps and gas-filled lamps, for example. It is also attracting attention as the most powerful self-luminous display that can replace the liquid crystal display (LCD) in the flat panel display (FPD) field, and its commercialization is progressing.
有機EL素子は、有機化合物の薄膜を、陰極と陽極とで挟んだ構成を有しており、薄膜の形成方法としては、蒸着法と塗布法とに大別される。蒸着法は、主に低分子化合物を用い、真空中で基板上に薄膜を形成する手法であり、製品化が先行している。一方、塗布法は、インクジェットや印刷など、溶液を用いて基板上に薄膜を形成する手法であり、材料の利用効率が高く、大面積化、高精細化に向いており、今後の大画面有機ELディスプレイには不可欠な手法である。しかし、どちらの手法を用いた有機EL素子とも、これまでの精力的な研究にもかかわらず、その発光効率の低さ、素子寿命の短さが未だに大きな問題となっている。この問題を解決する一つの手段として、蒸着法による有機EL素子の多層化が行われている。 The organic EL element has a configuration in which a thin film of an organic compound is sandwiched between a cathode and an anode, and the method of forming the thin film is roughly classified into a vapor deposition method and a coating method. The vapor deposition method is a method of forming a thin film on a substrate in a vacuum mainly using a low molecular compound, and commercialization has preceded. On the other hand, the coating method is a method of forming a thin film on a substrate using a solution, such as ink jet or printing, and the use efficiency of the material is high, and it is suitable for large area and high definition. This is an indispensable technique for EL displays. However, organic EL devices using either method still have great problems, despite their intensive research, low light emission efficiency and short device life. As one means for solving this problem, organic EL elements are multilayered by vapor deposition.
図1に多層化された有機EL素子の一例を示す。図1において、発光を担う層を発光層1、それ以外の層を有する場合、陽極2に接する層を正孔注入層3、陰極4に接する層を電子注入層5と記述する。さらに、発光層1と正孔注入層3の間に異なる層が存在する場合、正孔輸送層6と記述、また発光層1と電子注入層5の間に異なる層が存在する場合、電子輸送層7と記述する。なお、図1において、8は基板である。
FIG. 1 shows an example of a multilayered organic EL element. In FIG. 1, the layer responsible for light emission is referred to as a
ここで、蒸着法によって製膜を行う場合、用いる化合物を順次変更しながら蒸着を行うことで容易に多層化が達成できる。一方、塗布法によって製膜、多層化する場合には、新たな層を製膜する際に既に製膜した層が変化しないような方法が必要である。そこで、塗布法による有機EL素子の多くは、水分散液を用いて製膜を行うポリチオフェン:ポリスチレンスルホン酸(PEDOT:PSS)からなる正孔注入層、トルエン等の芳香族系有機溶媒を用いて製膜を行う発光層の2層構造を有している。この場合、PEDOT:PSS層はトルエンに溶解しないため、2層構造を作製することが可能となっている。 Here, when forming a film by a vapor deposition method, multilayering can be easily achieved by performing vapor deposition while sequentially changing the compound to be used. On the other hand, in the case of film formation and multilayering by a coating method, a method is required in which the formed layer does not change when a new layer is formed. Therefore, many organic EL devices by the coating method use a hole injection layer made of polythiophene: polystyrene sulfonic acid (PEDOT: PSS) which is formed using an aqueous dispersion, and an aromatic organic solvent such as toluene. It has a two-layer structure of a light emitting layer for film formation. In this case, since the PEDOT: PSS layer is not dissolved in toluene, a two-layer structure can be produced.
塗布法による有機EL素子でさらなる多層化が困難であったのは、類似溶媒で積層を行った場合に下層が溶解してしまうことが原因である。この問題に対処するために、重合可能な置換基を有する低分子化合物を塗布後、重合させることにより溶解度を変化させ、多層構造を形成する技術が知られている(例えば、非特許文献1、特許文献1参照)。しかしながら、低分子化合物は結晶化しやすい傾向があり、良質な薄膜を形成しにくいという問題があった。
The reason why it is difficult to further increase the number of layers in the organic EL device by the coating method is that the lower layer dissolves when lamination is performed with a similar solvent. In order to cope with this problem, a technique is known in which a low molecular compound having a polymerizable substituent is applied and then the solubility is changed by polymerization to form a multilayer structure (for example, Non-Patent
つまり、現状の有機EL素子の諸問題を解決するためには、大面積でも製膜が容易な塗布法により良質な薄膜(有機層)を形成し、なおかつ多層化により各層の機能を分離することが重要である。 In other words, in order to solve the problems of the current organic EL elements, a high-quality thin film (organic layer) is formed by a coating method that can be easily formed even in a large area, and the functions of each layer are separated by multilayering. is important.
ところで、近年、有機EL素子の高効率化のため、燐光有機EL素子の開発も活発に行われている。この燐光有機EL素子では、一重項状態のエネルギーのみならず三重項状態のエネルギーも利用することが可能であり、内部量子収率を原理的には100%まで上げることが可能となる。 By the way, in recent years, phosphorescent organic EL elements have been actively developed in order to increase the efficiency of organic EL elements. In this phosphorescent organic EL element, not only singlet state energy but also triplet state energy can be used, and the internal quantum yield can be increased to 100% in principle.
また、燐光有機EL素子では、燐光を発するドーパントとして、白金やイリジウムなどの重金属を含む金属錯体系発光材料を、ホスト材料にドーピングすることで燐光発光を取り出す(例えば、非特許文献2、非特許文献3、非特許文献4参照)。この燐光ドーパントの発光には、ホスト材料に対する依存性がある。ホスト材料に必要とされる基本性能としては、正孔輸送性及び電子輸送性を有すること、ホスト材料の三重項状態エネルギーレベルが高いことなどが挙げられ、一般にはCBP(4,4’−Bis(Carbazol−9−yl)−biphenyl)などのカルバゾールの誘導体が好適に用いられている(例えば、特許文献2参照)。しかし、CBPのような電荷輸送材料は、結晶化しやすく、塗布法による成膜は困難であった。一方、塗布法による有機EL素子では、ポリフルオレン誘導体やポリパラフェニレンビニレン(PPV)誘導体などが広く用いられているが、これらは3重項状態のエネルギーレベルが低く、燐光有機EL素子のホスト材料としては不十分であった。
Further, in a phosphorescent organic EL element, phosphorescence is extracted by doping a host material with a metal complex light emitting material containing a heavy metal such as platinum or iridium as a phosphorescent dopant (for example, Non-Patent
上記問題に鑑み、本発明は、容易に多層化することが可能であり、かつ良質な薄膜を形成できる有機エレクトロニクス用材料を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、本発明の有機エレクトロニクス用材料を用いて、従来よりも高効率でかつ長寿命の有機エレクトロニクス素子及び有機EL素子を提供することを目的とするものである。
In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a material for organic electronics that can be easily multilayered and can form a high-quality thin film.
Another object of the present invention is to provide an organic electronics element and an organic EL element which are more efficient and have a longer life than those of the conventional materials using the organic electronics material of the present invention.
本発明者らは、鋭意検討した結果、1つ以上の重合可能な置換基と、2つ以上のカルバゾール基とを共に有する化合物を含有する材料が、安定的かつ容易に薄膜を形成でき、また重合反応によって溶解度が変化することを見出し、さらにこの材料が、有機エレクトロニクス用材料として有用であることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、分子内に、1つ以上の重合可能な置換基と2つ以上のカルバゾール基とを有する化合物を含有する有機エレクトロニクス用材料に関する。
前記化合物の具体例として、下記一般式(1a)〜(3a)のいずれかで表される構造を有する化合物を挙げることができる。
前記化合物が有する前記重合可能な置換基は、オキセタン基であることが好ましい。また、前記化合物の分子量は、3000以下であることが好ましい。
本発明の有機エレクトロニクス用材料は、さらにイリジウム錯体又は白金錯体を含有していてもよく、また、さらに重合開始剤を含有していてもよい。
また、本発明は、上記有機エレクトロニクス用材料を含む溶液を用いて形成された薄膜に関する。
さらに、本発明は、上記有機エレクトロニクス用材料を用いて作製された有機エレクトロニクス素子、または、上記有機エレクトロニクス用材料を用いて作製された有機エレクトロルミネセンス素子に関する。
本発明の有機エレクトロルミネセンス素子の態様として、例えば、少なくとも陽極、発光層及び陰極が積層されてなる有機エレクトロルミネセンス素子であって、前記発光層が上記有機エレクトロニクス用材料により形成された層である有機エレクトロルミネセンス素子;少なくとも陽極、正孔輸送層、発光層及び陰極が積層されてなる有機エレクトロルミネセンス素子であって、前記正孔輸送層が上記有機エレクトロニクス用材料により形成された層である有機エレクトロルミネセンス素子;少なくとも陽極、正孔注入層、発光層及び陰極が積層されてなる有機エレクトロルミネセンス素子であって、前記正孔注入層が上記有機エレクトロニクス用材料により形成された層である有機エレクトロルミネセンス素子などがある。
As a result of intensive studies, the inventors of the present invention can form a thin film stably and easily using a material containing a compound having both one or more polymerizable substituents and two or more carbazole groups. It has been found that the solubility is changed by the polymerization reaction, and further, this material has been found to be useful as a material for organic electronics, and the present invention has been completed.
That is, the present invention relates to an organic electronic material containing a compound having one or more polymerizable substituents and two or more carbazole groups in the molecule.
Specific examples of the compound include compounds having a structure represented by any of the following general formulas (1a) to (3a).
The polymerizable substituent that the compound has is preferably an oxetane group. The molecular weight of the compound is preferably 3000 or less.
The material for organic electronics of the present invention may further contain an iridium complex or a platinum complex, and may further contain a polymerization initiator.
Moreover, this invention relates to the thin film formed using the solution containing the said material for organic electronics.
Furthermore, this invention relates to the organic electronics element produced using the said organic electronics material, or the organic electronics element produced using the said organic electronics material.
As an aspect of the organic electroluminescent device of the present invention, for example, an organic electroluminescent device in which at least an anode, a light emitting layer and a cathode are laminated, wherein the light emitting layer is a layer formed of the organic electronics material. An organic electroluminescence device; an organic electroluminescence device in which at least an anode, a hole transport layer, a light emitting layer, and a cathode are laminated, wherein the hole transport layer is a layer formed of the organic electronics material. An organic electroluminescent element; an organic electroluminescent element in which at least an anode, a hole injection layer, a light emitting layer, and a cathode are laminated, wherein the hole injection layer is a layer formed of the organic electronics material. There are certain organic electroluminescent elements.
本発明の有機エレクトロニクス用材料は、安定的かつ容易に薄膜を形成でき、また重合反応によって溶解度が変化するため、当該薄膜層の多層化を容易に行うことができ、それゆえ、有機エレクトロニクス素子、特に塗布法によって薄膜を形成する有機EL素子の発光効率や発光寿命、さらには生産性を向上させる上で極めて有用な材料である。 The material for organic electronics of the present invention can form a thin film stably and easily, and the solubility is changed by a polymerization reaction, so that the thin film layer can be easily multi-layered. In particular, it is an extremely useful material for improving the light emission efficiency, light emission lifetime, and productivity of an organic EL device that forms a thin film by a coating method.
本発明の有機エレクトロニクス用材料は、1つ以上の重合可能な置換基と2つ以上のカルバゾール基とを共に有する化合物を含むことをその特徴とするものである。 The organic electronic material of the present invention is characterized by containing a compound having both one or more polymerizable substituents and two or more carbazole groups.
ここで、上記「重合可能な置換基」とは、重合反応を起こすことにより2分子以上の分子間で結合を形成可能な置換基のことであり、例えば、炭素−炭素多重結合を有する基(例えば、ビニル基、アセチレン基、ブテニル基、アクリロイル基、アクリロイルオキシ基、アクリルアミド基、メタクリロイル基、メタクリロイルオキシ基、メタクリルアミド基、アレーン基、アリル基、ビニルオキシ基、ビニルアミノ基、フリル基、ピロール基、チオフェン基、シロール基等を挙げることができる)、小員環を有する基(例えば、シクロプロピル基、シクロブチル基、エポキシ基、オキセタン基、ジケテン基、エピスルフィド基等)、ラクトン基、ラクタム基又はシロキサン誘導体を含有する基等が挙げられる。 Here, the “polymerizable substituent” means a substituent capable of forming a bond between two or more molecules by causing a polymerization reaction. For example, a group having a carbon-carbon multiple bond ( For example, vinyl group, acetylene group, butenyl group, acryloyl group, acryloyloxy group, acrylamide group, methacryloyl group, methacryloyloxy group, methacrylamide group, arene group, allyl group, vinyloxy group, vinylamino group, furyl group, pyrrole group , A thiophene group, a silole group, etc.), a group having a small ring (eg, cyclopropyl group, cyclobutyl group, epoxy group, oxetane group, diketene group, episulfide group, etc.), lactone group, lactam group or Examples thereof include a group containing a siloxane derivative.
また、上記基の他に、エステル結合やアミド結合を形成可能な基の組み合わせなども重合可能な置換基として利用できる。例えば、エステル基とアミノ基、エステル基とヒドロキシル基などの組み合わせである。重合可能な置換基としては、特に、オキセタン基、エポキシ基、ビニル基、アクリロイルオキシ基、メタクリロイルオキシ基が反応性の観点から好ましく、オキセタン基が最も好ましい。またオキセタン基を用いた場合、安定かつ容易に薄膜を形成できるため、最も好ましい。 In addition to the above groups, a combination of groups capable of forming an ester bond or an amide bond can be used as a polymerizable substituent. For example, a combination of an ester group and an amino group, an ester group and a hydroxyl group, or the like. As the polymerizable substituent, an oxetane group, an epoxy group, a vinyl group, an acryloyloxy group, and a methacryloyloxy group are particularly preferable from the viewpoint of reactivity, and an oxetane group is most preferable. The use of an oxetane group is most preferable because a thin film can be formed stably and easily.
また、1つ以上の重合可能な置換基と2つ以上のカルバゾール基とを共に有する上記化合物としては、例えば、2つ以上のカルバゾール基を有する単量体が好ましく、具体例として下記一般式(1a)、(2a)、又は(3a)で表される構造を有するものが挙げられる。
上記一般式(1a)〜(3a)において、置換基E1〜E59は、上記重合可能な置換基を含む基又は置換基Rを表す(置換基Rについては後述する)。置換基E1〜E59は、それぞれ同一でも異なっていてもよい。 In the general formulas (1a) to (3a), the substituents E 1 to E 59 represent a group containing a polymerizable substituent or a substituent R (substituent R will be described later). The substituents E 1 to E 59 may be the same or different.
「重合可能な置換基を含む基」とは、前述の重合可能な置換基を有する置換基であり、例えば、アルキル基、アルコキシ基、アリール基、ヘテロアリール基、カルバゾール基、又はこれらを組み合わせてなる基等に、前述の重合可能な置換基、好ましくはオキセタン基が1つ以上結合した基である。オキセタン基を含む基としては、例えば、下記構造式(7a)〜(12a)が挙げられる。
なお、上記一般式(1a)において、置換基E1〜E17のうち、1つ以上が重合可能な置換基を含む基であり、好ましくは2つ以上が重合可能な置換基を含む基であり、最も好ましくは2つ又は4つが重合可能な置換基を含む基である。同様に、上記一般式(2a)において、置換基E18〜E35のうち、1つ以上が重合可能な置換基を含む基であり、好ましくは2つ以上が重合可能な置換基を含む基であり、最も好ましくは2つ又は4つが重合可能な置換基を含む基である。また、上記一般式(3a)において、置換基E36〜E59のうち、1つ以上が重合可能な置換基を含む基であり、好ましくは2つ以上が重合可能な置換基を含む基であり、最も好ましくは2つ又は3つが重合可能な置換基を含む基である。 In the general formula (1a), one or more of the substituents E 1 to E 17 is a group containing a polymerizable substituent, and preferably two or more are groups containing a polymerizable substituent. And most preferably two or four are groups containing polymerizable substituents. Similarly, in the general formula (2a), among the substituents E 18 to E 35 , one or more are groups containing a polymerizable substituent, and preferably two or more are groups containing a polymerizable substituent. And most preferably 2 or 4 are groups containing polymerizable substituents. In the general formula (3a), among the substituents E 36 to E 59 , one or more are groups containing a polymerizable substituent, and preferably two or more are groups containing a polymerizable substituent. And most preferably two or three are groups containing polymerizable substituents.
また、上記一般式(1a)〜(3a)における置換基E1〜E59のうち、上記重合可能な置換基を含む基以外は、置換基Rであり、当該Rとしては、特に限定されないが、例えば、−R1、−OR2、−SR3、−OCOR4、−COOR5、−SiR6R7R8、又はポリエーテルである下記一般式(4a)〜(6a)
また、上記一般式(1a)〜(3a)において、X1〜X4は、それぞれ独立に、前記置換基R(好ましくは−R1)のうち、水素原子を2つ以上有する基から、さらに水素原子を2つ除いた基を表す。なお、X1〜X4に結合するEが水素原子である場合は、X1〜X4は、それぞれ独立に、前記置換基R(好ましくは−R1)のうち、水素原子を1つ以上有する基から、さらに水素原子を1つ除いた基を表すこととなる。このような基としては、ベンゼン環を含有する基であることが好ましく、例えば、下記構造式(13a)〜(15a)が挙げられる。X1〜X4は置換基を有していてもよく、置換基としては、例えば、ハロゲン原子、直鎖または分岐でもよい炭素数1〜18のアルキル基、アルコキシ基、トリフルオロメチル基等が挙げられる。
また、本発明で用いる上記化合物は、その分子量が3,000以下であることが好ましく、400以上2500以下であることがより好ましく、450以上2000以下であることが特に好ましい。この分子量が3,000を超えると、製膜時における溶解度の変化が小さく、積層化が困難になる傾向にある。 Further, the compound used in the present invention preferably has a molecular weight of 3,000 or less, more preferably 400 or more and 2500 or less, and particularly preferably 450 or more and 2000 or less. When this molecular weight exceeds 3,000, the change in solubility during film formation is small, and lamination tends to be difficult.
また、本発明の有機エレクトロニクス用材料を燐光有機EL素子の発光層に用いる場合には、上記化合物の他に、さらにIrやPtなどの中心金属を含む金属錯体などを添加することができる。金属錯体としては、特に限定されないが、Ir錯体としては、例えば、緑色発光を行うIr(ppy)3(トリス(2−フェニルピリジン)イリジウム)(例えば、M.A.Baldo et al.,Apllied Physics Letters,vol.75,p.4(1999)参照)又は赤色発光を行う(btp2)Ir(acac)(bis(2−(2’−ベンゾ[4,5−α]チエニル)ピリジナート−N,C3)イリジウム(アセチル−アセトネート))(例えば、Adachi et al.,Appl.Phys.Lett.,78no.11,2001,1622参照)、Ir(piq)3(トリス(1−フェニルイソキノリン)イリジウム)等が挙げられる。また、Pt錯体としては、例えば、赤色発光を行う2,3,7,8,12,13,17,18−オクタエチル−21H,23H−フォルフィンプラチナ(PtOEP)等が挙げられる。燐光材料は、低分子又はデンドライド種、例えば、イリジウム核デンドリマーが使用され得る。またこれらの誘導体も好適に使用できる。 When the organic electronics material of the present invention is used for the light emitting layer of a phosphorescent organic EL device, a metal complex containing a central metal such as Ir or Pt can be added in addition to the above compound. Although it does not specifically limit as a metal complex, As Ir complex, Ir (ppy) 3 (Tris (2-phenyl pyridine) iridium) (For example, MA Baldo et al., Applied Physics) which performs green light emission is mentioned, for example. Letters, vol. 75, p. 4 (1999)) or emitting red light (btp 2 ) Ir (acac) (bis (2- (2′-benzo [4,5-α] thienyl) pyridinate-N, C 3 ) iridium (acetyl-acetonate)) (see, for example, Adachi et al., Appl. Phys. Lett., 78 no. 11, 2001, 1622), Ir (piq) 3 (tris (1-phenylisoquinoline) iridium) Etc. Examples of the Pt complex include 2,3,7,8,12,13,17,18-octaethyl-21H, 23H-forminplatinum (PtOEP) that emits red light. The phosphorescent material can be a small molecule or a dendrite species, such as an iridium nucleus dendrimer. Moreover, these derivatives can also be used conveniently.
金属錯体の配合割合は、上記化合物に対して0.1重量%〜20重量%の範囲であることが好ましく、0.5重量%〜15重量%の範囲であることがより好ましく、1重量%〜10重量%の範囲であることが最も好ましい。金属錯体の配合割合が0.1重量%未満であると色純度が低下し、20重量%を超えると駆動電圧が増大する傾向がある。 The compounding ratio of the metal complex is preferably in the range of 0.1% by weight to 20% by weight, more preferably in the range of 0.5% by weight to 15% by weight with respect to the above compound, and 1% by weight. Most preferably, it is in the range of -10 wt%. When the blending ratio of the metal complex is less than 0.1% by weight, the color purity is lowered, and when it exceeds 20% by weight, the driving voltage tends to increase.
また、本発明の有機エレクトロニクス用材料には、上記化合物の他に、さらに重合開始剤を配合することもできる。この重合開始剤としては、熱、光、マイクロ波、放射線、電子線等の印加によって、重合可能な置換基を重合させる能力を発現するものであればよく、特に制限はないが、光照射及び/又は加熱によって重合を開始させるものであることが好ましく、光照射によって重合を開始させるもの(以後、光開始剤と記す)であることがより好ましい。 In addition to the above compounds, a polymerization initiator can be further blended in the organic electronics material of the present invention. The polymerization initiator is not particularly limited as long as it exhibits the ability to polymerize a polymerizable substituent by application of heat, light, microwave, radiation, electron beam, and the like. It is preferably one that initiates polymerization by heating, and more preferably one that initiates polymerization by light irradiation (hereinafter referred to as a photoinitiator).
光開始剤としては、200nm〜800nmの光照射によって重合可能な置換基を重合させる能力を発現するものであればよく、特に制限はないが、例えば、重合可能な置換基がオキセタン基の場合には、ヨードニウム塩、スルホニウム塩、フェロセン誘導体が反応性の観点から好ましく、以下の化合物(16a)〜(19a)が例示される。
また、上記光開始剤は、感光性を向上させるために光増感剤と併用してもよい。光増感剤としては、例えば、アントラセン誘導体、チオキサントン誘導体が挙げられる。 The photoinitiator may be used in combination with a photosensitizer in order to improve photosensitivity. Examples of the photosensitizer include anthracene derivatives and thioxanthone derivatives.
また、重合開始剤の配合割合は、有機エレクトロニクス用材料の全重量に対して0.1重量%〜10重量%の範囲であることが好ましく、0.2重量%〜8重量%の範囲であることがより好ましく、0.5重量%〜5重量%の範囲であることが特に好ましい。重合開始剤の配合割合が0.1重量%未満であると積層化が困難になる傾向があり、10重量%を超えると素子特性が低下する傾向がある。 The blending ratio of the polymerization initiator is preferably in the range of 0.1% by weight to 10% by weight, and in the range of 0.2% by weight to 8% by weight with respect to the total weight of the organic electronics material. It is more preferable that the range is 0.5 to 5% by weight. When the blending ratio of the polymerization initiator is less than 0.1% by weight, stacking tends to be difficult, and when it exceeds 10% by weight, device characteristics tend to deteriorate.
また、本発明の有機エレクトロニクス用材料には、電気特性を調整するために、上記化合物の他に、さらにカーボンナノチューブやフラーレンなどの炭素材料を配合することもできる。 In addition to the above compounds, carbon materials such as carbon nanotubes and fullerenes can be further blended with the organic electronics material of the present invention in order to adjust electrical characteristics.
本発明の有機エレクトロニクス用材料を用いて有機エレクトロニクス素子などに用いられる各種の層(薄膜)を形成するためには、例えば、本発明の有機エレクトロニクス用材料を含む溶液を、例えば、インクジェット法、キャスト法、浸漬法、凸版印刷、凹版印刷、オフセット印刷、平板印刷、凸版反転オフセット印刷、スクリーン印刷、グラビア印刷等の印刷法、スピンコーティング法などの公知の方法で所望の基体上に塗布した後、光照射や加熱処理等により上記化合物の重合反応を進行させ、塗布層の溶解度を変化(硬化)させることによって行うことができる。このような作業を繰り返すことで、塗布法を用いた有機エレクトロニクス素子や有機EL素子の多層化を図ることが可能となる。 In order to form various layers (thin films) used for an organic electronics element or the like using the organic electronics material of the present invention, for example, a solution containing the organic electronics material of the present invention is used, for example, an inkjet method, a cast After coating on a desired substrate by a known method such as a printing method, dipping method, letterpress printing, intaglio printing, offset printing, flat plate printing, letterpress reverse printing, screen printing, gravure printing, etc. It can be carried out by advancing the polymerization reaction of the above compound by light irradiation, heat treatment or the like, and changing (curing) the solubility of the coating layer. By repeating such an operation, it becomes possible to increase the number of organic electronics elements and organic EL elements using a coating method.
上記のような塗布方法は、通常、−20〜+300℃の温度範囲、好ましくは10〜100℃、特に好ましくは15〜50℃で実施することができ、また、上記溶液に用いる溶媒としては、特に制限はないが、例えば、クロロホルム、塩化メチレン、ジクロロエタン、テトラヒドロフラン、トルエン、キシレン、メシチレン、アニソール、アセトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、エチルセロソルブアセテート等を挙げることができる。 The coating method as described above can be usually carried out at a temperature range of -20 to + 300 ° C, preferably 10 to 100 ° C, particularly preferably 15 to 50 ° C. Although there is no particular limitation, for example, chloroform, methylene chloride, dichloroethane, tetrahydrofuran, toluene, xylene, mesitylene, anisole, acetone, methyl ethyl ketone, ethyl acetate, butyl acetate, ethyl cellosolve acetate and the like can be mentioned.
また、上記光照射には、低圧水銀灯、中圧水銀灯、高圧水銀灯、超高圧水銀灯、メタルハライドランプ、キセノンランプ、蛍光灯、発光ダイオード、太陽光等の光源を用いることができる。 In addition, a light source such as a low pressure mercury lamp, a medium pressure mercury lamp, a high pressure mercury lamp, an ultrahigh pressure mercury lamp, a metal halide lamp, a xenon lamp, a fluorescent lamp, a light emitting diode, or sunlight can be used for the light irradiation.
また、上記加熱処理は、ホットプレート上やオーブン内で行うことができ、0〜+300℃の温度範囲、好ましくは20〜250℃、特に好ましくは80〜200℃で実施することができる。 Moreover, the said heat processing can be performed on a hotplate or in oven, and can be implemented at the temperature range of 0- + 300 degreeC, Preferably it is 20-250 degreeC, Most preferably, it is 80-200 degreeC.
本発明の有機エレクトロニクス用材料は、単独で、又は他の材料と混合して、有機エレクトロニクス素子の機能材料として使用することができる。また、本発明の有機エレクトロニクス用材料は、単独で、又は他の材料と混合して、有機EL素子の正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、発光層、正孔ブロック層、電子輸送層、電子注入層として使用することができる。 The material for organic electronics of the present invention can be used alone or in combination with other materials as a functional material of an organic electronics element. In addition, the organic electronics material of the present invention may be used alone or in combination with other materials to form a hole injection layer, a hole transport layer, an electron block layer, a light emitting layer, a hole block layer, an electron of an organic EL element. It can be used as a transport layer and an electron injection layer.
本発明の有機エレクトロニクス素子及び有機EL素子は、本発明の有機エレクトロニクス用材料を用いてなる層を備えるものであればよく、その構造などは特に制限はない。なお、有機ELの一般的な構造は、例えば、米国特許第4,539,507号明細書、米国特許第5,151,629号明細書等に開示されているものがある。また、ポリマー含有の有機EL素子については、例えば、国際公開第90/13148号パンフレット、欧州特許出願公開第0443861号明細書や等に開示されている。これらは通常、電極の少なくとも1つが透明であるカソード(陰極)とアノード(陽極)との間に、エレクトロルミネセント層(発光層)を含むものである。さらに、1つ以上の電子注入層及び/又は電子輸送層がエレクトロルミネセント層(発光層)とカソードとの間に挿入されているもの、1つ以上の正孔注入層及び/又は正孔輸送層がエレクトロルミネセント層(発光層)とアノードとの間に挿入されているものもある。 The organic electronics element and the organic EL element of the present invention are not particularly limited as long as the organic electronics element and the organic EL element of the present invention have a layer formed using the organic electronics material of the present invention. The general structure of the organic EL is disclosed in, for example, US Pat. No. 4,539,507, US Pat. No. 5,151,629, and the like. The polymer-containing organic EL device is disclosed in, for example, International Publication No. 90/13148, European Patent Application Publication No. 04383861, and the like. These usually include an electroluminescent layer (light-emitting layer) between a cathode (cathode) and an anode (anode) in which at least one of the electrodes is transparent. Furthermore, one or more electron injection layers and / or electron transport layers are inserted between the electroluminescent layer (light emitting layer) and the cathode, one or more hole injection layers and / or hole transport In some cases, a layer is inserted between the electroluminescent layer (light emitting layer) and the anode.
上記カソード材料としては、例えば、Li、Ca、Mg、Al、In、Cs、Ba、Mg/Ag、LiF、CsF等の金属又は金属合金であることが好ましい。アノード材料としては、透明基体(例えば、ガラス又は透明ポリマー)上に、金属(例えば、Au)又は金属導電率を有する他の材料、例えば、酸化物(例えば、ITO:酸化インジウム/酸化錫)を使用することもできる。 The cathode material is preferably a metal or metal alloy such as Li, Ca, Mg, Al, In, Cs, Ba, Mg / Ag, LiF, and CsF. As an anode material, a metal (for example, Au) or other material having metal conductivity, for example, an oxide (for example, ITO: indium oxide / tin oxide) on a transparent substrate (for example, glass or transparent polymer). It can also be used.
本発明の有機エレクトロニクス用材料は、前述のとおり、有機エレクトロニクス素子の正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層等として使用することができるが、特に有機EL素子の正孔注入層、正孔輸送層、発光層として用いることが好ましく、正孔輸送層、発光層として用いることがより好ましく、発光層として用いることが最も好ましい。 As described above, the material for organic electronics of the present invention can be used as a hole injection layer, a hole transport layer, a light emitting layer, an electron transport layer, an electron injection layer, or the like of an organic electronics element. Are preferably used as a hole injection layer, a hole transport layer, and a light emitting layer, more preferably used as a hole transport layer and a light emitting layer, and most preferably used as a light emitting layer.
また、これら層の膜厚については、特に制限はないが、5〜100nmであることが好ましく、10〜80nmであることがより好ましく、20〜60nmであることがさらに好ましい。 Moreover, there is no restriction | limiting in particular about the film thickness of these layers, However, It is preferable that it is 5-100 nm, It is more preferable that it is 10-80 nm, It is further more preferable that it is 20-60 nm.
本発明の有機エレクトロニクス材料は、良質な薄膜を形成することができる。ここで、良質な薄膜とは、結晶化が進行しにくい薄膜のことである。結晶化の進行しやすさは、例えば、有機エレクトロニクス材料からなる薄膜を窒素中、100℃で10分間加熱した際に、白濁した面積の割合で測定することができる。白濁した面積の割合は、50%以下が好ましく、30%以下がより好ましく、10%以下が最も好ましい。 The organic electronic material of the present invention can form a high-quality thin film. Here, a good quality thin film is a thin film that is difficult to progress in crystallization. The ease of progress of crystallization can be measured, for example, by the ratio of the area that becomes cloudy when a thin film made of an organic electronics material is heated in nitrogen at 100 ° C. for 10 minutes. The ratio of the cloudy area is preferably 50% or less, more preferably 30% or less, and most preferably 10% or less.
本発明の有機エレクトロニクス用材料は、前述した化合物の重合反応によって溶解度が変化するため、当該材料からなる薄膜の積層が容易であるだけでなく、薄膜の熱的安定性を改善することも可能である。また、例えばイリジウム錯体のようなドーパントを導入した場合、凝集を抑制し、熱的安定性や発光効率を改善することも可能である。 Since the solubility of the organic electronic material of the present invention is changed by the polymerization reaction of the compound described above, not only is it easy to stack thin films made of the material, but it is also possible to improve the thermal stability of the thin film. is there. For example, when a dopant such as an iridium complex is introduced, aggregation can be suppressed and thermal stability and luminous efficiency can be improved.
以下、本発明を実施例により説明するが、本発明はこれらに制限されるものではない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
<重合可能な置換基を有するカルバゾール誘導体合成例>
(合成例1)
1H−NMR(300MHz,CDCl3,δppm);0.86(t,J=7.5Hz,3H),1.76(t,J=7.5Hz,2H),3.57(s,2H),4.39(d,J=5.7Hz,2H),4.45(d,J=5.7Hz,2H),4.51(s,2H),7.22(d,J=8.4Hz,2H),7.47(d,J=8.4Hz,2H)
1H−NMR(300MHz,CDCl3,δppm);0.86(t,J=7.5Hz,2H),1.35(s,12H),1.78(q,J=7.5Hz,2H), 3.56(s,2H),4.39(d,J=5.7Hz,2H),4.46(d,J=5.7Hz,2H),4.59(s,2H),7.35(d,J=8.4Hz,2H),7.81(d,J=8.4Hz,2H)
(Synthesis Example 1)
1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 , δ ppm); 0.86 (t, J = 7.5 Hz, 3H), 1.76 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 3.57 (s, 2H) ), 4.39 (d, J = 5.7 Hz, 2H), 4.45 (d, J = 5.7 Hz, 2H), 4.51 (s, 2H), 7.22 (d, J = 8) .4 Hz, 2H), 7.47 (d, J = 8.4 Hz, 2H)
1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 , δ ppm); 0.86 (t, J = 7.5 Hz, 2H), 1.35 (s, 12H), 1.78 (q, J = 7.5 Hz, 2H) ), 3.56 (s, 2H), 4.39 (d, J = 5.7 Hz, 2H), 4.46 (d, J = 5.7 Hz, 2H), 4.59 (s, 2H), 7.35 (d, J = 8.4 Hz, 2H), 7.81 (d, J = 8.4 Hz, 2H)
(合成例2)
1H−NMR(300MHz,CDCl3,δppm);7.32−7.39(m,4H),7.47−7.55(m,6H),7.69(m,4H),7.93(m,4H),8.12(m,2H),8.28(m,2H)
1H−NMR(300MHz,CDCl3,δppm);0.93(t,J=7.5Hz,6H),1.82(q,J=7.5Hz,4H), 3.65(s,4H),4.43(d,J=6.0Hz,4H),4.52(d,J=6.0Hz,4H),4.65(s,4H),7.34(m,2H),7.38−7.59(m,10H),7.70−7.76(m,10H),7.93(m,4H),8.23(m,2H),8.40(m,2H)
(Synthesis Example 2)
1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 , δ ppm); 7.32-7.39 (m, 4H), 7.47-7.55 (m, 6H), 7.69 (m, 4H), 7. 93 (m, 4H), 8.12 (m, 2H), 8.28 (m, 2H)
1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 , δ ppm); 0.93 (t, J = 7.5 Hz, 6H), 1.82 (q, J = 7.5 Hz, 4H), 3.65 (s, 4H) ), 4.43 (d, J = 6.0 Hz, 4H), 4.52 (d, J = 6.0 Hz, 4H), 4.65 (s, 4H), 7.34 (m, 2H), 7.38-7.59 (m, 10H), 7.70-7.76 (m, 10H), 7.93 (m, 4H), 8.23 (m, 2H), 8.40 (m, 2H)
(合成例3)
1H−NMR(300MHz,THF−d8,δppm);0.90(t,J=7.5Hz,6H),1.79(q,J=7.5Hz,4H), 2.56(s,6H),3.63(s,4H),4.28(d,J=6.0Hz,4H),4.38(d,J=6.0Hz,4H),4.60(s,4H),7.26(m,2H),7.39−7.75(m,22H),8.22(m,2H),8.44(m,2H)
(Synthesis Example 3)
1 H-NMR (300 MHz, THF-d 8 , δ ppm); 0.90 (t, J = 7.5 Hz, 6H), 1.79 (q, J = 7.5 Hz, 4H), 2.56 (s 6H), 3.63 (s, 4H), 4.28 (d, J = 6.0 Hz, 4H), 4.38 (d, J = 6.0 Hz, 4H), 4.60 (s, 4H). ), 7.26 (m, 2H), 7.39-7.75 (m, 22H), 8.22 (m, 2H), 8.44 (m, 2H)
(合成例4)
1H−NMR(300MHz,CDCl3,δppm);0.90(t,J=7.5Hz,6H),1.81(q,J=7.5Hz,4H), 2.63(s,3H),3.63(s,4H),4.42(d,J=6.0Hz,4H),4.50(d,J=6.0Hz,4H),4.64(s,4H),7.31−7.73(m,21H),8.22(m,2H),8.37(m,2H)
(Synthesis Example 4)
1 H-NMR (300 MHz, CDCl 3 , δ ppm); 0.90 (t, J = 7.5 Hz, 6H), 1.81 (q, J = 7.5 Hz, 4H), 2.63 (s, 3H ), 3.63 (s, 4H), 4.42 (d, J = 6.0 Hz, 4H), 4.50 (d, J = 6.0 Hz, 4H), 4.64 (s, 4H), 7.31-7.73 (m, 21H), 8.22 (m, 2H), 8.37 (m, 2H)
<有機EL素子の作製>
(実施例1 発光層としての適用例)
ITOを1.6mm幅にパターンニングしたガラス基板上に、PEDOT:PSS分散液(シュタルク・ヴィテック社製、CH8000 LVW233)を4000min−1でスピン塗布し、ホットプレート上で空気中200℃/10分加熱乾燥して正孔注入層(40nm)を形成した。以後の工程は乾燥窒素環境下で行った。
次いで、正孔注入層上に、上記で得たOXT4−CBP(20mg)、トリス(2−(4−トリル)ピリジン)イリジウム(0.6mg)及びアニソール(1ml)を混合した塗布溶液を、2000min−1でスピンコートした後、ホットプレート上で80℃、15分間加熱して乾燥させ、発光層(80nm)を形成した。
さらに、得られたガラス基板を真空蒸着機中に移し、上記発光層上にBa(膜厚3nm)、Al(膜厚100nm)の順に電極を形成した。電極形成後、大気開放することなく、乾燥窒素環境中に基板を移動し、0.7mmの無アルカリガラスに0.4mmのザグリを入れた封止ガラスとITO基板を、光硬化性エポキシ樹脂を用いて貼り合わせることにより封止を行い、有機EL素子を作製した。以後の工程は大気中、室温(25℃)で行った。
この有機EL素子のITOを陽極、Alを陰極として電圧を印加したところ、約8Vで均一な緑色発光が観測された。
<Production of organic EL element>
Example 1 Application Example as Light-Emitting Layer
PEDOT: PSS dispersion (Stark Vitech, CH8000 LVW233) was spin-coated at 4000 min −1 on a glass substrate patterned with ITO to a width of 1.6 mm, and 200 ° C./10 minutes in air on a hot plate. A hole injection layer (40 nm) was formed by heating and drying. The subsequent steps were performed in a dry nitrogen environment.
Next, a coating solution in which OXT4-CBP (20 mg), tris (2- (4-tolyl) pyridine) iridium (0.6 mg) and anisole (1 ml) obtained above were mixed on the hole injection layer was added for 2000 min. After spin coating at −1 , the mixture was dried by heating at 80 ° C. for 15 minutes on a hot plate to form a light emitting layer (80 nm).
Furthermore, the obtained glass substrate was moved into a vacuum evaporation machine, and electrodes were formed on the light emitting layer in the order of Ba (film thickness: 3 nm) and Al (film thickness: 100 nm). After electrode formation, the substrate is moved into a dry nitrogen environment without opening to the atmosphere, and the sealing glass and ITO substrate in which 0.4 mm of counterbore is added to 0.7 mm non-alkali glass are coated with a photocurable epoxy resin. The organic EL element was produced by sealing by using and bonding. The subsequent steps were performed in the atmosphere at room temperature (25 ° C.).
When a voltage was applied using ITO as an anode and Al as a cathode of this organic EL element, uniform green light emission was observed at about 8V.
(比較例1)
OXT4−CBPの代わりにCBPを用いた以外は実施例1と同様にしてEL素子を作製した。しかし、ダークスポットが多数発生し、均一な発光が得られなかった。
(Comparative Example 1)
An EL device was produced in the same manner as in Example 1 except that CBP was used instead of OX4-CBP. However, many dark spots were generated, and uniform light emission could not be obtained.
(実施例2 正孔輸送層としての適用例)
実施例1と同様にして、PEDOT:PSS分散液を用いて正孔注入層(40nm)を形成した。以後の工程は乾燥窒素環境下で行った。
ついで、正孔注入層上に上記で得たCZ1−OXT(3.1mg)、下記化学式
次いで、得られたガラス基板を真空蒸着機中に移し、CBPとIr(piq)3の共蒸着膜(40nm)、BAlq(5nm)、Alq3(30nm)、LiF(0.5nm)、Al(100nm)の順に蒸着し、窒素環境中で封止を行った。
この有機EL素子のITOを陽極、Alを陰極として電圧を印加したところ、約6Vで赤色発光が観測され、輝度1000cd/m2における電流効率は6.0cd/Aであった。
また、寿命特性として、0.7mAの定電流を印加しながらトプコン社製BM−7で輝度を測定し、輝度が初期輝度から半減する時間を測定したところ、50時間であった。
Example 2 Application Example as Hole Transport Layer
In the same manner as in Example 1, a hole injection layer (40 nm) was formed using a PEDOT: PSS dispersion. The subsequent steps were performed in a dry nitrogen environment.
Next, CZ1-OXT (3.1 mg) obtained above on the hole injection layer, the following chemical formula
Next, the obtained glass substrate was transferred into a vacuum deposition machine, and a co-deposited film of CBP and Ir (piq) 3 (40 nm), BAlq (5 nm), Alq 3 (30 nm), LiF (0.5 nm), Al ( 100 nm) in order and sealed in a nitrogen environment.
When voltage was applied with ITO as the anode and Al as the cathode of this organic EL element, red light emission was observed at about 6 V, and the current efficiency at a luminance of 1000 cd / m 2 was 6.0 cd / A.
Further, as a lifetime characteristic, the luminance was measured with Topcon BM-7 while applying a constant current of 0.7 mA, and the time for the luminance to be halved from the initial luminance was 50 hours.
(比較例2)
CZ1−OXTを含む正孔輸送層を形成しなかった以外は、実施例2と同様にして有機EL素子を作製した。この有機EL素子に電圧を印加したところ、約6Vで赤色発光が観測され、輝度1000cd/m2における電流効率は4.0cd/Aであり、実施例2では、比較例2の1.5倍の効率が得られた。また、寿命特性を測定したところ、5時間で輝度が半減し、実施例1では、比較例2の10倍の寿命が得られた。
(Comparative Example 2)
An organic EL device was produced in the same manner as in Example 2 except that the hole transport layer containing CZ1-OXT was not formed. When a voltage was applied to this organic EL element, red light emission was observed at about 6 V, the current efficiency at a luminance of 1000 cd / m 2 was 4.0 cd / A, and in Example 2, 1.5 times that of Comparative Example 2. Efficiency was obtained. Further, when the lifetime characteristics were measured, the luminance was reduced by half in 5 hours, and in Example 1, a lifetime that was 10 times that of Comparative Example 2 was obtained.
(実施例3 正孔輸送層及び発光層としての適用例)
実施例1と同様にして、PEDOT:PSS分散液を用いて正孔注入層(40nm)を形成し、続いて実施例2と同様にしCZ1−OXTを含む正孔輸送層を形成した。
さらに、CZ1−OXT(10mg)、Ir(piq)3(0.5mg)、アニソール(0.7ml)を混合した塗布溶液を、2000rpmでスピンコートした後、ホットプレート上で80℃、5分間加熱して乾燥させ、発光層(40nm)を形成した。正孔輸送層、発光層は互いに交じりあうことなく形成できた。
次いで、得られたガラス基板を真空蒸着機中に移し、BAlq(5nm)、Alq3(30nm)、LiF(0.5nm)、Al(100nm)の順に蒸着し、窒素環境中で封止を行った。
この有機EL素子のITOを陽極、Alを陰極として電圧を印加したところ、約6Vで赤色発光が観測され、輝度1000cd/m2における電流効率は5.5cd/Aであった。
Example 3 Application Example as Hole Transport Layer and Light-Emitting Layer
In the same manner as in Example 1, a hole injection layer (40 nm) was formed using a PEDOT: PSS dispersion, and subsequently, a hole transport layer containing CZ1-OXT was formed in the same manner as in Example 2.
Further, a coating solution in which CZ1-OXT (10 mg), Ir (piq) 3 (0.5 mg) and anisole (0.7 ml) were mixed was spin-coated at 2000 rpm, and then heated on a hot plate at 80 ° C. for 5 minutes. And dried to form a light emitting layer (40 nm). The hole transport layer and the light emitting layer could be formed without crossing each other.
Next, the obtained glass substrate was transferred into a vacuum deposition machine, and BAlq (5 nm), Alq 3 (30 nm), LiF (0.5 nm), and Al (100 nm) were deposited in this order, and sealed in a nitrogen environment. It was.
When voltage was applied using ITO as the anode and Al as the cathode of this organic EL element, red light emission was observed at about 6 V, and the current efficiency at a luminance of 1000 cd / m 2 was 5.5 cd / A.
<結晶化進行度合いの評価>
(実施例4)
石英基板上(29mm×22mm)へ、CZ1−OXTのトルエン溶液(濃度0.8重量%)をスピンコート(3000rpm)し、ホットプレート上で80℃、5分間加熱して乾燥させ、膜厚40nmの薄膜を作製した。この薄膜を窒素中、100℃で10分間加熱し、光学顕微鏡で白濁した面積の割合を求めたところ、5%であった。
<Evaluation of progress of crystallization>
Example 4
A toluene solution (concentration: 0.8% by weight) of CZ1-OXT is spin-coated (3000 rpm) on a quartz substrate (29 mm × 22 mm), dried by heating at 80 ° C. for 5 minutes on a hot plate, and a film thickness of 40 nm. A thin film was prepared. The thin film was heated in nitrogen at 100 ° C. for 10 minutes, and the ratio of the area that became cloudy was determined with an optical microscope.
(比較例3)
CBPのトルエン溶液(濃度0.8重量%)を用いて、実施例4と同様の方法で、膜厚40nmの薄膜を作製し、窒素中100℃で10分間加熱した。白濁した面積の割合は64%であり、実施例4は比較例3の10分の1以下であった。
(Comparative Example 3)
Using a CBP toluene solution (concentration: 0.8 wt%), a thin film having a thickness of 40 nm was prepared in the same manner as in Example 4, and heated in nitrogen at 100 ° C. for 10 minutes. The ratio of the cloudy area was 64%, and Example 4 was 1/10 or less of Comparative Example 3.
1 発光層
2 陽極
3 正孔注入層
4 陰極
5 電子注入層
6 正孔輸送層
7 電子輸送層
8 基板
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