JP5110282B2 - 電荷輸送性ポリマーを含有する電荷輸送性ワニス及びそれを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子 - Google Patents

電荷輸送性ポリマーを含有する電荷輸送性ワニス及びそれを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子 Download PDF

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Description

本発明は、電荷輸送性ポリマーを含有する電荷輸送性ワニス及びそれを用いた有機エレクトロルミネッセンス(以下ELと略す)素子に関する。
有機EL素子は1987年にイーストマンコダック社のTangらが、10V以下の駆動電圧で1000cd/m2程度の特性を示す有機EL素子(例えば、非特許文献1参照)を見出して以降、活発に検討が行われている。この有機EL素子は、低分子系有機EL(以下OLEDと略す)と高分子発光材料を用いたEL(以下PLEDと略す)に大別されるが、いずれも低駆動電圧化や高発光効率化といった初期特性の向上及び素子の長寿命化を図るために、正孔注入層や正孔輸送層を使用するのが一般的である。
しかし、OLEDにおける一般的な正孔注入材料であるCuPC(例えば、非特許文献2参照)は、各種溶剤に不溶なことから、真空蒸着により成膜する必要がある。従って膜の凹凸が激しく、このため他の有機層に微量混入する事によって大きく素子特性を低下させるなどの欠点があるうえに、PLEDの正孔輸送層としては使用できない。また、CuPCは可視領域に吸収を持つ事から透明性が低く、素子の発光の色調に影響を与えることが指摘されている。
一方、PLEDで正孔輸送層として用いられるポリアニリン系材料(例えば、非特許文献3及び4参照)やポリチオフェン系材料(例えば、非特許文献5参照)は、有機溶剤への溶解性が低いことから、有機溶剤に分散させて用いられることが多い。しかし、有機溶剤に分散したワニスを用いた薄膜はもろく、機械的強度が小さく、耐熱性に劣るという欠点を有している。また、溶剤の除去によって粉末が発生し易く、それにより薄膜の均一性及び平坦性に問題が生じる。その結果、ダークスポットの発生や、陽極と陰極の短絡による素子特性の低下を促し、有機EL素子生産時の歩留まりの低下を引き起こす原因となる。
また、有機EL素子としては、低駆動電圧で発光効率の高い、経済性の良い素子の開発が望まれている。そのため、電荷輸送性薄膜は、素子の発光効率を向上させるため、優れた電荷輸送性が必要とされる。
アプライド・フィジックス・レターズ(Applied Physics Letters)、米国、1987年、51巻、p.913−915 アプライド・フィジックス・レターズ(Applied Physics Letters)、米国、1996年、69巻、p.2160−2162 ネイチャー(Nature)、英国、1992年、第357巻、p.477−479 アプライド・フィジックス・レターズ(Applied Physics Letters)、米国、1994年、64巻、p.1245−1247 アプライド・フィジックス・レターズ(Applied Physics Letters)、米国、1998年、72巻、p.2660−2662
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、無欠陥で均一性及び平坦性が高く、機械的強度及び耐熱性に優れた薄膜の成膜が可能であり、特に有機EL素子に使用した場合に、優れたEL特性、即ち低駆動電圧、高発光効率、長寿命等を実現する電荷輸送性ワニス、並びにこれを用いた電荷輸送性薄膜及び有機EL素子を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記目的を達成するために鋭意検討を重ねた結果、所定の繰り返し単位を含む少なくとも1種の電荷輸送性ポリマーを含有する電荷輸送性ワニスを用いることで、均一性及び平坦性が高く、機械的強度及び耐熱性に優れた薄膜の成膜が可能であることを見出すとともに、この薄膜が有機EL素子用の電荷輸送性薄膜として好適であることを見出し、本発明を完成した。
すなわち、本発明は以下の〔1〕〜〔16〕の発明を提供する。
〔1〕 数平均分子量が250〜5000の電荷輸送性オリゴアニリン誘導体からなる電荷輸送物質、又はこの電荷輸送物質及び電荷受容性ドーパント物質からなる電荷輸送性有機材料と、電荷輸送性ポリマーとを含有し、前記電荷輸送物質が、式(21)で表されるオリゴアニリン誘導体、又は式(21)の酸化体であるキノンジイミン誘導体であり、前記電荷輸送性ポリマーが、式(9)で表されるポリイミド前駆体、又はこのポリイミド前駆体を脱水閉環して得られるポリイミドであり、前記電荷輸送性物質又は電荷輸送性有機材料、及び前記電荷輸送性ポリマーが、少なくとも1種の溶剤に溶解又は分散していることを特徴とする電荷輸送性ワニス。
Figure 0005110282
(式中、R17、R18及びR19は、それぞれ独立して、水素、一価炭化水素基又はオルガノオキシ基を示し、R20〜R23は、それぞれ独立して、水素、水酸基、一価炭化水素基、オルガノオキシ基、アシル基又はスルホン基を示し、k及びlは、それぞれ独立して、1以上の整数を示し、k+l≦20を満足する。)
Figure 0005110282
[式中、Pは、式(10)〜(16)から選ばれる少なくとも1種の4価の有機基であり、
Figure 0005110282
(式(10)中、R1〜R4は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキル基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルコキシ基を示す。)、
1は、式(2)〜(8)から選ばれる少なくとも1種の2価の有機基であり、
Figure 0005110282
(式中、Wは、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキル基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルコキシ基を表す。)
qは、1以上の正の整数を示す。]
〔2〕 前記Q1が、式(5)〜(7)から選ばれる少なくとも1種の2価の有機基である〔1〕の電荷輸送性ワニス。
〔3〕 前記Pが、式(10)〜(13)、(15)及び(16)から選ばれる少なくとも1種の4価の有機基である〔1〕又は〔2〕の電荷輸送性ワニス。
〔4〕 前記電荷輸送性ポリマーの数平均分子量が1000〜100000である〔1〕〜〔3〕のいずれかの電荷輸送性ワニス。
〔5〕 前記電荷輸送性ポリマーが、前記電荷輸送性ワニスの固形分の総重量に対して、0.1〜50重量%含まれる〔1〕〜〔4〕のいずれかの電荷輸送性ワニス。
〔6〕 前記k及びlが、k+l≦6を満足する〔1〕〜〔5〕のいずれかの電荷輸送性ワニス。
〔7〕 前記R17及びR20〜R23が、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基である〔1〕〜〔6〕のいずれかの電荷輸送性ワニス。
〔8〕 前記R18が、水素原子、メチル基又はフェニル基である〔1〕〜〔7〕のいずれかの電荷輸送性ワニス。
〔9〕 前記R19が、フェニル基、キシリル基、ビフェニル基又はナフチル基である1〜8のいずれかの電荷輸送性ワニス。
〔10〕 前記オリゴアニリン誘導体が、単一の分子量を有する〔1〕〜〔9〕のいずれかの電荷輸送性ワニス。
〔11〕 少なくとも1種の電荷輸送性ポリマーが、少なくとも1種の溶剤に溶解又は分散しており、前記電荷輸送性ポリマーが、式(9)で表されるポリイミド前駆体、又はこのポリイミド前駆体を脱水閉環して得られるポリイミドであることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンスの電荷注入層又は電荷輸送層形成用電荷輸送性ワニス。
Figure 0005110282
[式中、Pは、式(10)〜(16)から選ばれる少なくとも1種の4価の有機基であり、
Figure 0005110282
(式(10)中、R1〜R4は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキル基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルコキシ基を示す。)、
1は、式(2)〜(8)から選ばれる少なくとも1種の2価の有機基であり、
Figure 0005110282
(式中、Wは、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキル基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルコキシ基を表す。)
qは、1以上の正の整数を示す。]
〔12〕 少なくとも1種の電荷輸送性ポリマーが、少なくとも1種の溶剤に溶解又は分散しており、前記電荷輸送性ポリマーが、式(17)で表されるポリイミド前駆体、又はこのポリイミド前駆体を脱水閉環して得られるポリイミドである有機エレクトロルミネッセンスの電荷注入層又は電荷輸送層形成用電荷輸送性ワニス。
Figure 0005110282
[式中、Pは、式(10)〜(16)から選ばれる少なくとも1種の4価の有機基であり、
Figure 0005110282
(式(10)中、R1〜R4は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキル基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルコキシ基を示す。)、
1は、式(2)〜(8)から選ばれる少なくとも1種の2価の有機基であり、
Figure 0005110282
(式中、Wは、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキル基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルコキシ基を表す。)
2は、式(18)〜(20)から選ばれる少なくとも1種の2価の有機基であり、
Figure 0005110282
(式中、R5〜R16は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキル基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルコキシ基を示し、Yは、それぞれ独立して、単結合、−O−、−S−、−C(O)NH−、−NHC(O)−、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキレン基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキレンジオキソ基を示す。)、
1及びm2は、それぞれ独立して、1以上の整数を示し、m1/(m1+m2)≧0.2を満足する。]
〔13〕 前記Q1が、式(5)〜(7)から選ばれる少なくとも1種の2価の有機基であり、前記Pが、式(10)〜(13)、(15)及び(16)から選ばれる少なくとも1種の4価の有機基である〔11〕又は〔12〕の電荷輸送性ワニス。
〔14〕 前記電荷輸送性ポリマーの数平均分子量が1000〜100000である〔11〕〜〔13〕のいずれかの電荷輸送性ワニス。
〔15〕 〔1〕〜〔14〕のいずれかの電荷輸送性ワニスを用いて作製される電荷輸送性薄膜。
〔16〕 〔15〕の電荷輸送性薄膜からなる層を少なくとも一層有する有機エレクトロルミネッセンス素子。
本発明の電荷輸送性ワニスを用いる事により、均一性及び平坦性が高く、機械的強度、耐熱性及び透明性に優れた電荷輸送性薄膜をスピンコート、印刷、スプレー法等、種々の方法で成膜することが可能である。
電極表面に本発明の電荷輸送性薄膜を形成することにより、電極表面の平坦化、均一化がなされ、電気短絡が防止される。この薄膜を、特に、有機EL素子の電荷注入層及び電荷輸送層として用いることにより、低駆動電圧化や高発光効率化といった初期特性の向上、あるいは素子の長寿命化の実現が可能である。
また、本発明の電荷輸送性ワニスは、高い平坦化性と耐熱性を有し、各種の塗布方法により容易に電荷輸送性薄膜を形成できることから、有機電界効果素子などの有機電子素子、コンデンサ電極保護膜への応用や、帯電防止膜への応用も有用である。
以下、本発明についてさらに詳しく説明する。
本発明に係る電荷輸送性ワニスは、式(1)の繰り返し単位を含む少なくとも1種の電荷輸送性ポリマーが、少なくとも1種の溶剤に溶解又は分散(好ましくは均一に分散)しているものである。ここで、基板上に塗布・焼成する事で得られる電荷輸送性薄膜の平坦性及び均一性を向上させる必要がある点を考慮すると、本発明の電荷輸送性ポリマーは、少なくとも一種の溶剤に溶解しているものが好ましい。
Figure 0005110282
(式中、Ar1〜Ar3は、それぞれ独立して、1価のアリール基を示し、Ar4〜Ar7は、それぞれ独立して、2価のアリール基を示し、X1及びX2は、それぞれ独立して、2価の有機基を示し、X3及びX4は、それぞれ独立して、単結合、−O−、−S−、−C(O)NH−、−NHC(O)−、一価炭化水素基で置換されていても良いイミノ基、炭素数1〜5の分岐構造を有していても良いアルキレン基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していても良いアルキレンジオキソ基を示し、nは、0又は3以下の正の整数を示し、i及びjは、それぞれ独立して、0又は1を示す。)
また、本発明において、電荷輸送性ポリマーは1種類のみを使用してもよく、2種類以上のポリマーを組み合わせて使用しても良い。
なお、電荷輸送性とは、導電性と同義であり、正孔輸送性、電子輸送性、正孔及び電子の両電荷輸送性のいずれかを意味する。本発明の電荷輸送性ワニスは、それ自体に電荷輸送性があるものでもよく、ワニスを使用して得られる固体膜に電荷輸送性があるものでもよい。
本発明の電荷輸送性ワニス中の電荷輸送性ポリマーは、当該電荷輸送性ワニスを塗布、焼成する事によって得られる薄膜の機械的強度、耐熱性及び透明性を向上させるとともに、式(1)で表される電荷輸送性部位によって薄膜の電荷注入効率を主として向上させる目的で電荷輸送性ワニスに含有される。
式(1)のAr1〜Ar3における1価のアリール基としては、フェニル基、ビフェニル基、ナフチル基、アントラニル基、フェナントリル基、ターフェニル基、フルオレン基、ピリジル基、ピリミジニル基、ピリダジニル基、ピラジニル基、フラニル基、ピロリル基、ピラゾリル基、イミダゾリル基及びチエニル基(これらの各環は、フッ素原子、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキル基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキコキシ基で任意に置換されていてもよい。)等が挙げられる。
Ar4〜Ar7における2価のアリール基としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ターフェニル環、フェナレン環、フルオレン環、ピレン環、ペリレン環、ピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環、フラン環、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環及びチオフェン環(これらの各環は、フッ素原子、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキル基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキコキシ基で任意に置換されていてもよい。)等が挙げられる。
ここで、炭素数1〜5の分岐構造を有していても良いアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、i−プロピル基、n−ブチル基、s−ブチル基、i−ブチル基、t−ブチル基、n−ペンチル基、i−ペンチル基、neo−ペンチル基、t−ペンチル基、1−メチルブチル基、2−メチルブチル基、1−エチルプロピル基等が挙げられる。
炭素数1〜5の分岐構造を有していても良いアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、n−プロポキシ基、i−プロポキシ基、n−ブトキシ基、s−ブトキシ基、i−ブトキシ基、t−ブトキシ基、n−ペンチルオキシ基、i−ペンチルオキシ基、neo−ペンチルオキシ基、t−ペンチルオキシ基、1−メチルブトキシ基、2−メチルブトキシ基、1−エチルプロポキシ基等が挙げられる。
1及びX2における2価の有機基としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環、ビフェニル環、ターフェニル環、フェナレン環、フルオレン環、ピレン環、ペリレン環、ピリジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、ピラジン環、フラン環、ピロール環、ピラゾール環、イミダゾール環、チオフェン環(これらの各環は、フッ素原子、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキル基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキコキシ基で任意に置換されていてもよい。)及び炭素数1〜5の分岐構造を有していても良い二価炭化水素基等が挙げられる。
ここで、炭素数1〜5の分岐構造を有していても良い二価炭化水素基としては、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、プロピレン基、エチルエチレン基、1,1−ジメチルエチレン基、1,2−ジメチルエチレン基、1−(n−プロピル)エチレン基、1−(i−プロピル)エチレン基、1−エチル−2−メチルエチレン基、1−メチルトリメチレン基、2−メチルトリメチレン基、1,1−ジメチルトリメチレン基、1,3−ジメチルトリメチレン基、1−メチルテトラメチレン基等のアルキレン基や、−CH=CH−、−CH=CHCH=CH−、−CMe=CH−、−CH=CMe−、−CMe=CMe−、−CEt=CH−、−CH=CEt−、−CMe=CEt−、−CMe=CEt−、−CH=CHCH=CH−、−CMe=CHCH=CH−、−CH=CMeCH=CH−、−CH=CHCMe=CH−、−CH=CHCH=CMe−、−C≡C−及び−C≡CC≡C−等の2価の不飽和炭化水素基が挙げられる。
3及びX4における一価炭化水素基としては、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、t−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基及びデシル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;ビシクロヘキシル基等のビシクロアルキル基;ビニル基、1−プロペニル基、2−プロペニル基、イソプロペニル基、1−メチル−2−プロペニル基、1,2又は3−ブテニル基及びヘキセニル基等のアルケニル基;フェニル基、キシリル基、トリル基、ビフェニル基及びナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェニルエチル基及びフェニルシクロヘキシル基等のアラルキル基などや、これらの一価炭化水素基の水素原子の一部又は全部がハロゲン原子、水酸基及び/又はアルコキシ基等で置換されたものが挙げられる。
3及びX4における炭素数1〜5の分岐構造を有していても良いアルキレン基としては、メチレン基、エチレン基、トリメチレン基、テトラメチレン基、ペンタメチレン基、プロピレン基、エチルエチレン基、1,1−ジメチルエチレン基、1,2−ジメチルエチレン基、1−(n−プロピル)エチレン基、1−(i−プロピル)エチレン基、1−エチル−2−メチルエチレン基、1−メチルトリメチレン基、2−メチルトリメチレン基、1,1−ジメチルトリメチレン基、1,3−ジメチルトリメチレン基、1−メチルテトラメチレン基等が挙げられる。
3及びX4における炭素数1〜5の分岐構造を有していても良いアルキレンジオキソ基としては、メチレンジオキソ基、エチレンジオキソ基、トリメチレンジオキソ基、テトラメチレンジオキソ基、ペンタメチレンジオキソ基、プロピレンジオキソ基、エチルエチレンジオキソ基、1,1−ジメチルエチレンジオキソ基、1,2−ジメチルエチレンジオキソ基、1−(n−プロピル)エチレンジオキソ基、1−(i−プロピル)エチレンジオキソ基、1−エチル−2−メチルエチレンジオキソ基、1−メチルトリメチレンジオキソ基、2−メチルトリメチレンジオキソ基、1,1−ジメチルトリメチレンジオキソ基、1,3−ジメチルトリメチレンジオキソ基、1−メチルテトラメチレンジオキソ基等が挙げられる。
前記式(1)の具体的な骨格としては、例えば、式(2)〜(8)が挙げられる。
Figure 0005110282
(式中、Wは、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキル基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルコキシ基を表す。)
Wにおける炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキル基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルコキシ基としては、上述と同じ具体例が挙げられる。
本発明の電荷輸送性ポリマーの具体例としては、ポリイミド前駆体、このポリイミド前駆体を脱水閉環して得られるポリイミド、ポリアミド、ポリエステル及びポリエーテル等が挙げられる。これらは1種単独で用いても、2種以上混合して用いてもよい。
電荷輸送性ワニスを塗布、焼成する事によって得られる薄膜の機械的強度、耐熱性を勘案すると、電荷輸送性ポリマーとしては、特に、ポリイミド前駆体、このポリイミド前駆体を脱水閉環して得られるポリイミドが好ましい。
電荷輸送性ポリマーの数平均分子量は1000〜100000が好ましい。ここで、数平均分子量が小さすぎると、薄膜の強度が不十分となる場合があり、数平均分子量が大きすぎると薄膜形成時の作業性が悪くなる場合がある。これらを考慮すると、数平均分子量は、1000〜50000であることがより好ましく、特に、5000〜30000であることが好ましい。
また、透明性や重合反応性を考慮した場合、本発明の電荷輸送性ポリマーとしては、式(9)で示されるポリイミド前駆体、又はこのポリイミド前駆体を脱水閉環して得られるポリイミドを用いることが好適である。
Figure 0005110282
[式中、Pは、式(10)〜(16)から選ばれる少なくとも1種の4価の有機基であり
Figure 0005110282
(式(10)中、R1〜R4は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキル基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキコキシ基を示す。)、Q1は、前記式(2)〜(8)から選ばれる少なくとも1種の2価の有機基であり、qは、1以上の正の整数を示す。]
上記と同様に、透明性や重合反応性を考慮した場合、本発明の電荷輸送性ポリマーとしては、式(17)で示されるポリイミド前駆体、又はこのポリイミド前駆体を脱水閉環して得られるポリイミドも好適に用いることができる。
Figure 0005110282
[式中、Pは、式(10)〜(16)から選ばれる少なくとも1種の4価の有機基であり
Figure 0005110282
(式(10)中、R1〜R4は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキル基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキコキシ基を示す。)、Q1は、前記式(2)〜(8)から選ばれる少なくとも1種の2価の有機基であり、Q2は、式(18)〜(20)から選ばれる少なくとも1種の2価の有機基であり
Figure 0005110282
(式中、R5〜R16は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキル基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキコキシ基を示し、Yは、それぞれ独立して、単結合、−O−、−S−、−C(O)NH−、−NHC(O)−、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキレン基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキレンジオキソ基を示す。)、m1及びm2は、それぞれ独立して、1以上の整数を示し、m1/(m1+m2)≧0.2を満足する。]
上記式中、Q1は電荷輸送性部位であり、その割合が低すぎると、ポリイミド前駆体、又はポリイミドに十分な電荷輸送性が付与されない。よって、式(17)において、m1/(m1+m2)の値は、下限として0.2、より好ましくは0.5、より一層好ましくは0.8である。
なお、R5〜R16における炭素数1〜5のアルキル基及び炭素数1〜5のアルキコキシ基、並びにYにおける炭素数1〜5の分岐構造を有していても良いアルキレン基及び炭素数1〜5の分岐構造を有していても良いアルキレンジオキソ基としては、上述と同じ具体例が挙げられる。
本発明の電荷輸送性ワニスに用いられるポリイミド又はポリイミド前駆体の製造方法は特に限定されるものではない。
ポリイミド前駆体の製法としては、例えば、テトラカルボン酸及びその誘導体と1級ジアミンとを重合させる方法などが挙げられる。また、ポリイミドの製法としては、例えば上記方法によって得られたポリイミド前駆体を100〜400℃で加熱脱水する方法、又は通常用いられているトリエチルアミン/無水酢酸などのイミド化触媒を用いて化学的イミド化を行う方法などが挙げられる。この際、溶解性を確保するためにポリイミド前駆体の一部をイミド化せずに残しておいても良い。
ポリイミド前駆体の重合に用いられるテトラカルボン酸誘導体としては、テトラカルボン酸二無水物を用いるのが一般的である。
テトラカルボン酸二無水物の総モル数に対する1級ジアミンの総モル数の割合は、0.80〜1.20であることが好ましい。1級ジアミンを過剰にすると溶液の着色が大きくなる場合があり、また、無水物を過剰にすると無水物末端のポリイミド前駆体が得られ不安定な構造となる場合がある。これらを考慮すると、上記割合は、1.05〜1.10であることが、更に好ましい。通常の重縮合反応同様、上記割合が1に近いほど生成する重合体の重合度は大きくなる。重合度が小さすぎるとポリイミド膜の強度が不十分となり、重合度が大きすぎるとポリイミド膜形成時の作業性が悪くなる場合がある。従って、本発明に用いるポリイミド又はポリイミド前駆体は数平均分子量が1000〜50000であることが好ましく、特に数平均分子量が5000〜30000であることが好ましい。
テトラカルボン酸二無水物と1級ジアミンとを反応、重合させる方法は、特に限定されるものではなく、一般にはN−メチル−2−ピロリドン(以下NMPと略す)、N,N−ジメチルアセトアミド(以下DMAcと略す)、N,N−ジメチルホルムアミド(以下DMFと略す)等の有機極性溶媒中に1級ジアミンを溶解し、その溶液中にテトラカルボン酸二無水物を添加、反応させてポリイミド前駆体を合成する方法がとられる。テトラカルボン酸二無水物と1級ジアミンとを反応させてポリイミド前駆体とする際の反応温度は−20〜150℃、好ましくは−5〜100℃の任意の温度を選択することができる。
上記ポリイミド又はポリイミド前駆体を得る際に用いられるテトラカルボン酸及びその誘導体の具体例を挙げると、ピロメリット酸、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸、1,2−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸、1,3−ジメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸、1,2,3,4−テトラメチル−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸、1,2,3,4−テトラフルオロ−1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸、1,2,3,4−シクロペンタンテトラカルボン酸、ビシクロ[3,3,0]オクタン−2,4,6,8−テトラカルボン酸、3,5,6−トリカルボキシビシクロ[2,2,1]へキサン−2−酢酸、3,4−ジカルボキシ−1,2,3,4−テトラヒドロ−1−ナフタレンコハク酸、4,5−ジカルボキシ−2−シクロヘキセン−1−イル−コハク酸などのテトラカルボン酸及びこれらの二無水物、並びにこれらのジカルボン酸ジ酸ハロゲン化物などが挙げられる。これらテトラカルボン酸及びその誘導体は、1種又は2種以上を混合して使用することもできる。
また、本発明に用いるポリイミド又はポリイミド前駆体を得る際には、式(22)に示すジアミンが用いられる。
Figure 0005110282
(式中、Ar1〜Ar5、X1〜X4、n、i及びjは上記と同じ意味を示す。)
式(22)で示されるジアミンの具体的な例としては、式(23)〜(34)を挙げることができるが、これに限定されるものではない。
Figure 0005110282
これらのうちポリイミド前駆体又はポリイミドの溶解性や電荷輸送性、及びイオン化ポテンシャル等を考慮すると、式(23)〜(29)に示すジアミンを用いる事が好ましい。これらのジアミンは、1種単独で又は2種以上を混合して使用できる。
さらに、式(22)に示すジアミンと、それ以外のジアミン(第2ジアミン)とを混合して使用することもできる。
第2ジアミンの具体例としては、p−フェニレンジアミン、m−フェニレンジアミン、2,5−ジアミノトルエン、2,6−ジアミノトルエン、4,4’−ジアミノビフェニル、3,3’−ジメチル−4,4’−ジアミノビフェニル、ジアミノジフェニルメタン、ジアミノジフェニルエーテル、2,2’−ジアミノジフェニルプロパン、ビス(3,5−ジエチル−4−アミノフェニル)メタン、ジアミノジフェニルスルホン、ジアミノベンゾフェノン、ジアミノナフタレン、1,4−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、1,4−ビス(4−アミノフェニル)ベンゼン、9,10−ビス(4−アミノフェニル)アントラセン、1,3−ビス(4−アミノフェノキシ)ベンゼン、4,4’− ビス(4−アミノフェノキシ)ジフェニルスルホン、2,2−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェニル〕プロパン、2,2−ビス(4−アミノフェニル)ヘキサフルオロプロパン、2,2−ビス〔4−(4−アミノフェノキシ)フェニル〕ヘキサフルオロプロパン、4,4’−ジアミノジフェニルアミン等の芳香族ジアミン;ビス(4−アミノシクロヘキシル)メタン、ビス(4−アミノ−3−メチルシクロヘキシル)メタン等の脂環式ジアミン及びテトラメチレンジアミン、ヘキサメチレンジアミン等の脂肪族ジアミン;及び式(35)で示されるジアミノシロキサン等が挙げられる。これらのジアミンは、1種単独で又は2種以上を混合して使用できる。
Figure 0005110282
(式中、Lは1〜10の整数を表す。)
なお、式(22)で示されるジアミンは、本発明に用いられるポリイミド前駆体、又はポリイミドに電荷輸送性を付与する目的で使用されるため、その割合が低すぎると、十分な電荷輸送性が得られない。よって、第2ジアミンを併用する場合、式(22)に示されるジアミンの割合は、全ジアミン成分の総重量に対し、下限として20重量%、より好ましくは50重量%、より一層好ましくは80重量%である。
また、本発明に係る電荷輸送性ワニスは、数平均分子量が250〜5000の電荷輸送性オリゴアニリン誘導体からなる電荷輸送物質、又はこの電荷輸送物質及び電荷受容性ドーパント物質からなる電荷輸送性有機材料と、上述した式(1)の繰り返し単位を含む少なくとも1種の電荷輸送性ポリマーを含有し、電荷輸送性物質又は電荷輸送性有機材料、及び電荷輸送性ポリマーが、少なくとも1種の溶剤に溶解又は分散しているものでもよい。
本発明に用いられる電荷輸送物質は、溶剤によって溶解又は分散する電荷輸送性オリゴアニリンであれば特に限定されないが、得られる電荷輸送性薄膜の平坦性及び均一性を考慮すると溶剤に溶解していることが好ましい。
オリゴアニリンの数平均分子量は250〜5000が好ましい。数平均分子量が250未満では、揮発性が高くなりすぎて電荷輸送性が充分に発現されない可能性が高く、一方、5000を超えると溶剤に対する溶解性が低すぎて使用に適さない可能性が高い。
特に、電荷輸送物質の溶剤に対する溶解性を向上させることを考慮すると、その数平均分子量は2000以下である事が望ましく、800以下が好適である。
なお、数平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィー(ポリスチレン換算)による測定値である。
また、電荷輸送物質は、溶剤に対する溶解性及び電荷輸送性を均一にするということを考慮すると、分子量分布のない、言い換えると分散度が1のオリゴアニリン誘導体であることが好ましい。さらに、溶剤への溶解性及び溶液の透明性を考慮すると、オリゴアニリン誘導体はヒドラジンによる還元処理が行われたものであることが好ましい。
中でも、高溶解性及び適切なイオン化ポテンシャルを示すとともに、分子内のπ共役系をなるべく拡張させた方が、得られる電荷輸送性薄膜の電荷輸送性が向上する点を考慮すると、特に、式(21)で表されるオリゴアニリン誘導体、又はその酸化体であるキノンジイミン誘導体を用いることが好ましい。
Figure 0005110282
(式中、R17、R18及びR19は、それぞれ独立して、水素、一価炭化水素基又はオルガノオキシ基を示し、R20〜R23は、それぞれ独立して、水素、水酸基、一価炭化水素基、オルガノオキシ基、アシル基又はスルホン基を示し、k及びlは、それぞれ独立して、1以上の整数を示し、k+l≦20を満足する。)
なお、キノンジイミン体とは、その骨格中に、式(36)で示される部分構造を有する化合物を意味する。
Figure 0005110282
(式中、R20〜R23は上記と同じ。)
式(21)において、k+lは、良好な電荷輸送性を発揮させるという点から3以上であることが好ましい。また、溶媒に対する溶解性を確保するという点から16以下であることが好ましく、12以下であることが更に好ましく、6以下であることが最も望ましい。
なお、電荷輸送物質は1種類のみを使用してもよく、2種類以上の物質を組み合わせて使用しても良い。
17〜R23における一価炭化水素基、オルガノオキシ基及びアシル基は、以下のものが挙げられる。
一価炭化水素基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、t−ブチル基、ヘキシル基、オクチル基及びデシル基等のアルキル基;シクロペンチル基、シクロヘキシル基等のシクロアルキル基;ビシクロヘキシル基等のビシクロアルキル基;ビニル基、1−プロペニル基、2−プロペニル基、イソプロペニル基、1−メチル−2−プロペニル基、1,2又は3−ブテニル基及びヘキセニル基等のアルケニル基;フェニル基、キシリル基、トリル基、ビフェニル基及びナフチル基等のアリール基;ベンジル基、フェニルエチル基及びフェニルシクロヘキシル基等のアラルキル基などや、これらの一価炭化水素基の水素原子の一部又は全部がハロゲン原子、水酸基及び/又はアルコキシ基等で置換されたものが挙げられる。
オルガノオキシ基としては、例えば、アルコキシ基、アルケニルオキシ基、アリールオキシ基などが挙げられ、これらの基を構成するアルキル基、アルケニル基及びアリール基としては、上で例示した基と同様のものが挙げられる。
アシル基としては、例えば、ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基、バレリル基、イソバレリル基及びベンゾイル基等が挙げられる。
一価炭化水素基、オルガノオキシ基及びアシル基などにおける炭素数は特に限定されるものではないが、一般に炭素数1〜20、好ましくは1〜8である。
17及びR20〜R23としては、例えば、水素原子;フェニル基、キシリル基、トリル基、ビフェニル基及びナフチル基等の無置換又は置換されたアリール基;炭素数1〜5のアルキル基;炭素数1〜5のアルコキシ基;ホルミル基、アセチル基、プロピオニル基、ブチリル基、イソブチリル基及びベンゾイル基等のアシル基が好ましく、有機溶剤に対する溶解性を向上させるという点から、特に、水素原子、炭素数1〜5のアルキル基、炭素数1〜5のアルコキシ基が好ましい。
18としては、有機溶剤に対する溶解性を向上させるという点からは、水素原子、炭素数1〜5のアルキル基、フェニル基が好ましく、また、良好な電荷輸送性を発揮させるという点からは水素原子;メチル基、キシリル基、トリル基、ビフェニル基及びナフチル基等の無置換又は置換されたアリール基が好ましく、溶解性と電荷輸送性を両立させるという点から、特に、水素原子、メチル基、フェニル基が好ましい。
19としては、良好な電荷輸送性を発揮させるという点から、水素原子;フェニル基、キシリル基、トリル基、ビフェニル基及びナフチル基等の無置換又は置換されたアリール基;炭素数1〜5のアルキル基;炭素数1〜5のアルコキシ基が好ましく、特に、フェニル基、キシリル基、ビフェニル基、ナフチル基などのアリール基が好ましい。
中でもR17が水素原子で、かつR19がフェニル基である場合、すなわち式(21)のオリゴアニリン化合物の両末端がフェニル基で封止されていることが好ましい。
このような化合物の具体例としては、フェニルテトラアニリン、フェニルペンタアニリン、テトラアニリン(アニリン4量体)、オクタアニリン(アニリン8量体)等の有機溶媒に可溶なオリゴアニリン誘導体が挙げられる。
なお、これらのオリゴアニリン誘導体等の合成法としては、特に限定されないが、例えば、ブレティン・オブ・ケミカル・ソサエティ・オブ・ジャパン(Bulletin of Chemical Society of Japan)、1994年、第67巻、p.1749−1752、及びシンセティック・メタルズ(Synthetic Metals)、米国、1997年、第84巻、p.119−120に記載されている方法を用いることができる。
本発明の電荷輸送性ワニスには、電荷輸送物質を用いる態様に加え、上述した電荷輸送物質と電荷受容性ドーパント物質とからなる電荷輸送性有機材料を用いることもできる。この電荷輸送性有機材料についても、溶剤に溶解又は分散すれば特に限定されないが、得られる電荷輸送性薄膜の平坦性及び均一性を考慮すると、溶剤に溶解するものが好ましい。電荷受容性ドーパント物質の溶解性に関しては、ワニスに使用する少なくとも一種の溶剤に溶解するものであれば特に限定されない。
ここで、電荷受容性ドーパント物質は、電荷輸送物質の電荷輸送能を向上させる目的で加えられるものであり、正孔輸送性物質に対しては電子受容性ドーパント物質を、電子輸送性物質に対しては正孔受容性ドーパント物質を用いることができ、いずれも高い電荷受容性を持つ物質が望ましい。
本発明においては、電荷輸送性ワニス中の電荷輸送性オリゴアニリンが、一般的に正孔輸送性を示すことから、電荷受容性ドーパント物質として電子受容性ドーパント物質を用いることが好ましい。
電子受容性ドーパントの具体例としては、塩化水素、硫酸、硝酸及びリン酸のような無機強酸や、塩化アルミニウム(III)(AlCl3)、四塩化チタン(IV)(TiCl4)、三臭化ホウ素(BBr3)、三フッ化ホウ素エーテル錯体(BF3・OEt2)、塩化鉄(III)(FeCl3)、塩化銅(II)(CuCl2)、五塩化アンチモン(V)(SbCl5)、五フッ化砒素(V)(AsF5)、五フッ化リン(PF5)、トリス(4−ブロモフェニル)アミニウムヘキサクロロアンチモナート(TBPAH)のようなルイス酸やベンゼンスルホン酸、トシル酸、カンファスルホン酸、ヒドロキシベンゼンスルホン酸、5−スルホサリチル酸、ドデシルベンゼンスルホン酸、ポリスチレンスルホン酸のような有機強酸、7,7,8,8−テトラシアノキノジメタン(TCNQ)、2,3−ジクロロ−5,6−ジシアノ−1,4−ベンゾキノン(DDQ)及びヨウ素のような有機あるいは無機酸化剤を挙げる事ができるがこれに限定されるものではない。
正孔受容性ドーパントの具体例としては、アルカリ金属(Li,Na,K,Cs)、リチウムキノリノラート(Liq)及びリチウムアセチルアセトナート(Li(acac))等の金属錯体が挙げられるが、これに限定されるものではない。
これらの電子受容性ドーパント物質は1種類のみを使用してもよく、また2種類以上の物質を組み合わせて使用しても良い。
本発明においては、電荷輸送物質、電荷受容性ドーパント物質の両者とも非晶質固体である事が好ましいが、少なくとも一方の物質として結晶性固体を使用する必要がある場合、電荷輸送物質、電荷受容性ドーパント物質及び後に詳述する高粘度溶剤を含む溶剤からなるワニスを成膜した後、非晶質固体性を示す材料を用いることが好ましい。
特に、電荷輸送物質又は電荷受容性ドーパント物質の少なくとも一方が結晶性固体の場合、少なくとも一方の物質はランダムな分子間相互作用を有する物質である事が好ましく、電荷受容性ドーパントとして低分子化合物を使用する場合、例えば、同一分子内に3種類以上の異なった極性官能基を持つ化合物が良い。
このような化合物としては、特に限定されるものではなく、例えば、タイロン、ジヒドロキシベンゼンスルホン酸、式(37)で示されるスルホン酸誘導体が挙げられるが、特に式(37)で示されるスルホン酸誘導体が好ましい。このスルホン酸誘導体の具体例としては、スルホサリチル酸誘導体、例えば、5−スルホサリチル酸などが挙げられる。
Figure 0005110282
(式中、Dはベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントレン環又は複素環を表し、R24及びR25はそれぞれ独立してカルボキシル基若しくはヒドロキシル基を表す。)
本発明の電荷輸送性物質又は電荷輸送性有機材料、及び前記電荷輸送性ポリマーを含有する電荷輸送性ワニスにおいて、電荷輸送性ポリマーの含有割合が低いと十分な効果が得られず、また高すぎると電荷輸送性薄膜の電荷輸送性が低下する。従って、その含有の割合としては、電荷輸送性ワニスの固形分の総重量に対し、下限として0.1重量%、より好ましくは1.0重量%、より一層好ましくは5重量%であり、上限として50重量%、より好ましくは30重量%、より一層好ましくは20重量%である。
本発明の電荷輸送性ワニスを得る際に用いられる溶剤には、水、メタノール、DMF、DMAc、NMP、N,N’−ジメチルイミダゾリジノン、ジメチルスルホキシド、クロロホルム、トルエン等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。これらは単独で用いても混合して用いても良い。
また、溶解度を損なわない範囲において、高粘度のワニスを得る目的で高粘度溶剤を混合しても良い。高粘度溶剤としては、例えば、シクロヘキサノール、エチレングリコール、エチレングリコールジグリシジルエーテル、1,3−オクチレングリコール、ジエチレングリコール、ジプロピレングリコール、トリエチレングリコール、トリプロピレングリコール、1,3−ブタンジオール、1,4−ブタンジオール、プロピレングリコール及びへキシレングリコール等を挙げる事ができるが、これらに限定されるものではない。これらの中でも、適切な粘度及び沸点を有し、基板に対して良好な塗布性を示すという点から、特に、シクロヘキサノール、ジプロピレングリコールを用いることが好ましい。
さらに溶解度を損なわない範囲において、基板への濡れ性の向上、溶剤の表面張力の調整、極性の調整、沸点の調整等の目的で、焼成時に膜の平坦性を付与する溶剤を本発明のワニスに使用しても良い。このような溶剤の具体例としては、ブチルセロソルブ、ジエチレングリコールジエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、エチルカルビトール、ジアセトンアルコール、γ−ブチロラクトン及び乳酸エチル等を挙げる事ができるが、これらに限定されるものではない。
本発明に係る電荷輸送性薄膜は、上述した電荷輸送性ワニスを用いて作成されるものであり、この薄膜は有機EL素子の正孔注入層若しくは正孔輸送層、又は電子注入層若しくは電子輸送層として好適に使用できるものである。
この薄膜は、例えば、電荷輸送性ワニスを基材上に塗布し、溶剤を蒸発させる事により、形成させる事ができる。ワニスの塗布方法としては特に限定されるものではないが、ディップ法、スピンコート法、転写印刷法、ロールコート法、インクジェット法、スプレー法、刷毛塗り等が挙げられ、それぞれ均一な成膜が可能である。
溶剤の蒸発方法としては特に限定されるものではないが、ホットプレートやオーブンを用いて、適切な雰囲気下、即ち大気、窒素等の不活性ガス、真空中等で蒸発を行い、均一な成膜面を得る事が可能である。焼成温度は溶剤を蒸発させる事が出来れば特に限定されないが、40〜250℃で行うのが好ましい。より高い均一成膜性を発現させるため、また基材上で反応を進行させるために2段階以上の温度変化をつけても良い。
電荷輸送性薄膜の膜厚は特に限定されないが、有機EL素子内で電荷注入層として用いる場合、5〜200nmである事が望ましい。膜厚を変化させる方法としては、ワニス中の固形分濃度の変化や塗布時の基板上溶液量変化等の方法がある。
本発明の電荷輸送性ワニス(電荷輸送性薄膜)を使用するOLED素子の作製方法、使用材料は以下のように挙げる事ができるが、これに限定されるものではない。
使用する電極基板は、予め洗剤、アルコール、純水等による液体洗浄を行って浄化しておき、陽極基板では使用直前にオゾン処理、酸素−プラズマ処理等の表面処理を行う事が好ましい。ただし陽極材料が有機物を主成分とする場合、表面処理は行わなくともよい。
正孔輸送性ワニスをOLED素子に使用する場合は以下の方法により薄膜を形成して用いればよい。
陽極基板に対して当該正孔輸送性ワニスを用いて上記の塗布方法により電極上に正孔輸送性薄膜を作製する。これを真空蒸着装置内に導入し、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、陰極金属を順次蒸着してOLED素子とする。この際、発光領域をコントロールするために任意の層間にキャリアブロック層を設けてもよい。
陽極材料としては、インジウム錫酸化物(ITO)、インジウム亜鉛酸化物(IZO)に代表される透明電極が挙げられ、平坦化処理を行ったものが好ましい。高電荷輸送性を有するポリチオフェン誘導体やポリアニリン類を用いる事もできる。
正孔輸送層を形成する材料としては、(トリフェニルアミン)ダイマー誘導体(TPD)、(α−ナフチルジフェニルアミン)ダイマー(α−NPD)、[(トリフェニルアミン)ダイマー]スピロダイマー(Spiro−TAD)等のトリアリールアミン類、4,4’,4”−トリス[3−メチルフェニル(フェニル)アミノ]トリフェニルアミン(m−MTDATA)、4,4’,4”−トリス[1−ナフチル(フェニル)アミノ]トリフェニルアミン(1−TNATA)等のスターバーストアミン類、及び5,5”−ビス−{4−[ビス(4−メチルフェニル)アミノ]フェニル}−2,2’:5’,2”−ターチオフェン(BMA−3T)等のオリゴチオフェン類を挙げる事ができる。
発光層を形成する材料としてはトリス(8−キノリノラート)アルミニウム(III)(Alq3)、ビス(8−キノリノラート)亜鉛(II)(Znq2)、ビス(2−メチル−8−キノリノラート)(p−フェニルフェノラート)アルミニウム(III)(BAlq)、及び4,4’−ビス(2,2−ジフェニルビニル)ビフェニル(DPVBi)等が挙げられる。また、電子輸送材料あるいは正孔輸送材料と発光性ドーパントを共蒸着することによって発光層を形成してもよい。
電子輸送材料としては、Alq3、BAlq、DPVBi、(2−(4−ビフェニル)−5−(4−t−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール)(PBD)、トリアゾール誘導体(TAZ)、バソクプロイン(BCP)、及びシロール誘導体等が挙げられる。
発光性ドーパントとしては、キナクリドン、ルブレン、クマリン540、4−(ジシアノメチレン)−2−メチル−6−(p−ジメチルアミノスチリル)−4H−ピラン(DCM)、トリス(2−フェニルピリジン)イリジウム(III)(Ir(ppy)3)、及び(1,10−フェナントロリン)−トリス(4,4,4−トリフルオロ−1−(2−チエニル)−ブタン−1,3−ジオナート)ユーロピウム(III)(Eu(TTA)3phen)等が挙げられる。
キャリアブロック層を形成する材料としては、PBD、TAZ及びBCPが挙げられる。
電子注入層としては、酸化リチウム(Li2O)、酸化マグネシウム(MgO)、アルミナ(Al23)、フッ化リチウム(LiF)、フッ化マグネシウム(MgF2)、フッ化ストロンチウム(SrF2)、Liq、Li(acac)、酢酸リチウム、及び安息香酸リチウム等が挙げられる。
陰極材料としては、アルミニウム、マグネシウム−銀合金、アルミニウム−リチウム合金、リチウム、ナトリウム、カリウム、及びセシウム等が挙げられる。
電子輸送性ワニスをOLED素子に使用する場合は以下の方法により薄膜を形成して用いればよい。
陰極基板上に電子輸送性ワニスを用いて電子輸送性薄膜を作製し、これを真空蒸着装置内に導入し、上記と同様の材料を用いて電子輸送層、発光層、正孔輸送層、正孔注入層を形成した後、陽極材料をスパッタリング等の方法により成膜してOLED素子とする。
本発明の電荷輸送性ワニスを用いたPLED素子の作製方法は特に限定されないが、以下の方法が挙げられる。
OLED素子作製において、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層の真空蒸着操作を行う代わりに、発光性電荷輸送性高分子層を形成する事により、本発明の電荷輸送性ワニスによって形成される電荷輸送性薄膜を含むPLED素子を作製する事ができる。
具体的には陽極基板に対して正孔輸送性ワニスを用いてOLED素子と同様の方法により電極上に正孔輸送性薄膜を作製し、その上部に発光性電荷輸送性高分子層を形成し、さらに陰極電極を蒸着してPLED素子とする。
あるいは陰極基板に対し、電子輸送性ワニスを用いてOLED素子と同様の方法により電極上に電子輸送性薄膜を作製し、その上部に発光性電荷輸送性高分子層を形成し、さらにスパッタリング、蒸着、スピンコート等の方法により陽極電極を作製してPLED素子とする。
使用する陰極及び陽極材料としてはOLED素子作製時と同様の物質が使用でき、同様の洗浄処理、表面処理を行う事ができる。
発光性電荷輸送性高分子層の形成法としては、発光性電荷輸送性高分子材料又はこれに発光性ドーパントを加えた材料に対して、溶剤を加えて溶解又は均一に分散し、正孔注入層を形成してある電極基板に塗布した後に、溶剤の蒸発により成膜する方法が挙げられる。
発光性電荷輸送性高分子材料としては、ポリ(9,9−ジアルキルフルオレン)(PDAF)等のポリフルオレン誘導体、ポリ(2−メトキシ−5−(2’−エチルヘキソキシ)−1,4−フェニレンビニレン)(MEH−PPV)等のポリフェニレンビニレン誘導体、ポリ(3−アルキルチオフェン)(PAT)などのポリチオフェン誘導体、ポリビニルカルバゾール(PVCz)等を挙げる事ができる。
溶剤としては、トルエン、キシレン、クロロホルム等を挙げる事ができる。溶解又は均一分散法としては、攪拌、加熱攪拌、超音波分散等の方法が挙げられる。
塗布方法としては、特に限定されるものではなく、ディップ法、スピンコート法、転写印刷法、ロールコート法、インクジェット法、スプレー法、刷毛塗り等が挙げられ、窒素、アルゴン等の不活性ガス下で塗布する事が望ましい。
溶剤の蒸発法としては、不活性ガス下又は真空中、オーブン又はホットプレートでの加熱による方法を挙げる事ができる。
以下、合成例、実施例及び比較例を挙げて、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、下記の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の実施例及び比較例において、ポリマーの分子量はGPCカラム(KD−803/KD−805、ショウデックス社製)を装備したGPC装置(SSC−7200、センシュー科学社製)を使用して測定した。膜厚は表面形状測定装置(DEKTAK3ST、日本真空技術社製)を使用して測定した。OLED素子の輝度、電流密度、効率などの素子特性の測定は有機EL発光効率測定装置(EL−1003、プレサイスゲージ社製)を使用して測定した。
〈合成例1〉オリゴアニリン誘導体の合成
ブレティン・オブ・ケミカル・ソサエティ・オブ・ジャパン(Bulletin of Chemical Society of Japan)、1994年、第67巻、p.1749−1752に記載されている方法を基に、以下の方法に従いフェニルテトラアニリン(PTA)を得た。
Figure 0005110282
p−フェニレンジアミン12.977gをトルエン2リットルに溶解させ、これに脱水縮合剤であるテトラ−n−ブトキシチタン245.05gを溶解させ70℃で30分溶解させた。その後、この溶液に、p−ヒドロキシジフェニルアミン53.346gを添加し、窒素雰囲気下、反応温度100℃で24時間反応させた。反応終了後、反応液を濾過し、濾物をトルエン、エーテルで順次洗浄した後、乾燥して銀色結晶を得た。得られた結晶に対し25部のジオキサン、0.2当量のヒドラジン1水和物を加え、反応系内を窒素置換した後、加熱還流して結晶を溶解した。得られた溶液に、トルエンを結晶に対し25部加えて溶液を懸濁し、加熱還流した後、ジオキサンをさらに10部加えて加熱還流して溶解し、得られた溶液を熱時濾過した。濾液から析出した固体を再結晶し、窒素雰囲気下トルエン−ジオキサン(1:1)、エーテルで順次洗浄した後に濾取し、得られた結晶を減圧下60℃で10時間乾燥した。同様の再結晶操作をもう一度繰り返して白色結晶39.60gを得た(収率75%)。
〈合成例2〉ポリアミド酸(PI−x1)の重合
窒素気流下中、100mLの4つ口フラスコに、N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(4−アミノフェノキシ)フェニル)ベンジジン(以下、TPD−DAと略す)3.51g(5.0mmol)を入れ、NMP10.0gに溶解させた後、1,2,3,4−シクロブタンテトラカルボン酸無水物(以下CBDAと略す)0.91g(4.6mmol)を、NMP15.1gに顕濁させたものを加えた。これを23℃で6時間攪拌して重合反応を行い、ポリイミド前駆体であるポリアミド酸(PI−x1)の15%NMP溶液を得た。得られたポリアミド酸(PI−x1)の数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)はそれぞれMn=17300、Mw=35800であった。
〈合成例3〉ポリアミド酸(PI−x2)の重合
窒素気流下中、100mLの4つ口フラスコに、TPD−DA1.69g(2.4mmol)とp−フェニレンジアミン1.03g(9.6mmol)とを入れ、NMP12.0gに溶解させた後、これにCBDA2.26g(11.5mmol)をNMP32.8gに懸濁させたものを加えた。これを23℃で6時間攪拌して重合反応を行い、ポリイミド前駆体であるポリアミド酸(PI−x2)の10%NMP溶液を得た。得られたポリアミド酸(PI−x2)の数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)はそれぞれ53000、Mw=122000であった。
なお、上記合成例2及び3で使用した下記式で示されるTPD−DAは、国際公開第02/100949号パンフレットに記載されている方法に従って合成した。
Figure 0005110282
〈合成例4〉ポリアミド酸(PI−B)の合成
窒素気流下中、200mLの4つ口フラスコに、4,4’-ジアミノジフェニルエーテル(以下DDEと略す)8.01g(0.040mol)を入れ、NMP87.6gに溶解させた後、CBDA7.45g(0.038mol)を加え、これを23℃で5時間攪拌して重合反応を行い、ポリアミド酸(PI−B)の15%NMP溶液を得た。得られたポリアミド酸(PI−B)の数平均分子量(Mn)及び重量平均分子量(Mw)はそれぞれMn=14000、Mw=32600であった。
[実施例1]
合成例1で得られたPTAに、PTAに対して8モル当量の5−スルホサリチル酸を加え、これにN,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)を窒素雰囲気下で加えて溶解させた。この溶液に合成例2で得られたポリアミド酸(PI−x1)の15%NMP溶液を、ポリアミド酸が総固形分量の10重量%、20重量%及び30重量%になるように加え、更にシクロヘキサノールを加えて攪拌することで、固形分濃度4%のワニス(X1、X2、X3)をそれぞれ調製した。
得られたワニスのITOガラス基板上への薄膜形成は以下の方法で行った。即ち、ITOガラス基板に対し、ワニスのスピンコートを行う直前まで40分オゾン洗浄を行った。得られたそれぞれのワニス(X1、X2、X3)をスピンコート法によりITOガラス基板上に塗布し、これを空気中、200℃で1時間焼成して、30nmの均一な薄膜とした。
[比較例1]
合成例1で得られたPTAに、PTAに対して8モル当量の5−スルホサリチル酸を加え、これにN,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)を窒素雰囲気下で加えて溶解させた。この溶液に、合成例4で得られたポリアミド酸(PI−B)の15%NMP溶液を、ポリアミド酸が総固形分量の10重量%になるように加え、更にシクロヘキサノールを加えて攪拌することで、固形分濃度5%のワニス(B)を調製した。得られたワニス(B)を実施例1に記載の方法でITO基板上に塗布し、これを空気中、200℃で1時間焼成して、30nmの均一な薄膜とした。
[比較例2]
合成例1で得られたPTAに、PTAに対して8モル当量の5−スルホサリチル酸を加え、これにN,N-ジメチルアセトアミド(DMAc)を窒素雰囲気下で加えて溶解させた。この溶液にシクロヘキサノールを加えて攪拌することで、固形分濃度5%のワニス(C)を調製した。得られたワニス(C)を実施例1に記載の方法でITO基板上に塗布し、これを空気中、200℃で1時間焼成して、30nmの均一な薄膜とした。
[実施例2]
実施例1で得られたワニス(X1)を、実施例1に記載された方法でITOガラス基板上に正孔輸送性薄膜として形成した後、真空蒸着装置内に導入し、α−NPD、Alq3、LiF、Alを順次蒸着し、OLED素子を作製した。膜厚はそれぞれ40nm、45nm、0.5nm、100nmとし、それぞれ8×10-4Pa以下の圧力となってから蒸着操作を行い、蒸着レートはLiFを除いて0.3〜0.4nm/sとし、LiFについては0.02〜0.04nm/sとした。蒸着操作間の移動操作は真空中で行った。得られたOLED素子の特性を表1に示す。
[比較例3]
比較例1で得られたワニス(B)を、実施例1に記載された方法でITOガラス基板上に正孔輸送性薄膜として形成した後、実施例2に記載の方法で真空蒸着を行い、OLED素子を作製した。得られたOLED素子の特性を表1に示す。
[比較例4]
比較例2で得られたワニス(C)を、実施例1に記載された方法でITOガラス基板上に正孔輸送性薄膜として形成した後、実施例2に記載の方法で真空蒸着を行い、OLED素子を作成した。得られたOLED素子の特性を表1に示す。
Figure 0005110282
表1に示されるように、ポリアミド酸を用いたワニス(X1)から作製された膜を備える実施例2のOLED素子の特性は、ポリアミド酸を含有していないワニス(C)から作製された膜を備えた比較例4の素子に比べ、低発光開始電圧、低駆動電圧及び高効率を示すことがわかる。また、式(1)で表される構造を含まないポリアミド酸を用いたワニス(B)から作製された膜を備えた比較例3の素子に比べても低発光開始電圧、低駆動電圧を示すことがわかる。
[実施例3]
実施例1で得られたそれぞれのワニス(X1、X2、X3)を、実施例1に記載された方法でITOガラス基板上に正孔輸送性薄膜として形成した後、真空蒸着装置内に導入し、α−NPD、Alq3、LiF、Alを順次蒸着し、OLED素子を作製した。膜厚はそれぞれ30nm、40nm、0.5nm、100nmとし、それぞれ8×10-4Pa以下の圧力となってから蒸着操作を行い、蒸着レートはLiFを除いて0.3〜0.4nm/sとし、LiFについては0.02〜0.04nm/sとした。蒸着操作間の移動操作は真空中で行った。得られたOLED素子の特性を表2に示す。
[比較例5]
比較例2で得られたワニス(C)を実施例1に記載された方法でITOガラス基板上に正孔輸送性薄膜として形成した後、実施例3に記載の方法で真空蒸着を行い、OLED素子を作成した。得られたOLED素子の特性を表2に示す。
Figure 0005110282
表2に示されるように、実施例1のワニス(X1、X2、X3)からそれぞれ作製された膜を備える実施例3の各OLED素子の特性は、ワニス(C)から作製された膜を備える比較例5の素子に比べ、低駆動電圧を示すことがわかる。
[実施例4]
合成例3で得られたポリアミド酸(PI−x2)の15%NMP溶液に、NMPとブチルセロソルブ(NMP/ブチルセロソルブ=80/20(重量比))とを加えて、固形分濃度2%のワニス(X4)を調製した。得られたワニス(X4)を実施例1に記載の方法でITO基板上に塗布し、これを空気中200℃で1時間焼成して、30nmの均一な薄膜とした。
[実施例5]
実施例4で得られたワニス(X4)を、実施例1に記載された方法でITOガラス基板上に正孔輸送性薄膜として形成した後、真空蒸着装置内に導入し、α−NPD、Alq3、LiF、Alを順次蒸着し、OLED素子を作製した。膜厚はそれぞれ35nm、50nm、0.5nm、100nmとし、それぞれ8×10-4Pa以下の圧力となってから蒸着操作を行い、蒸着レートはLiFを除いて0.3〜0.4nm/sとし、LiFについては0.02〜0.04nm/sとした。蒸着操作間の移動操作は真空中で行った。得られたOLED素子の特性を表3に示す。
[比較例6]
比較例2で得られたワニス(C)を実施例1に記載された方法でITOガラス基板上に正孔輸送性薄膜として形成した後、実施例5に記載の方法で真空蒸着を行い、OLED素子を作成した。得られたOLED素子の特性を表3に示す。
Figure 0005110282
表3に示されるように、実施例4のワニス(X4)から作製された膜を備える実施例5のOLED素子の特性は、比較例2のワニス(C)から作製された膜を備える比較例6の素子に比べ、低発光開始電圧を示すことがわかる。

Claims (16)

  1. 数平均分子量が250〜5000の電荷輸送性オリゴアニリン誘導体からなる電荷輸送物質、又はこの電荷輸送物質及び電荷受容性ドーパント物質からなる電荷輸送性有機材料と、電荷輸送性ポリマーとを含有し、
    前記電荷輸送物質が、式(21)で表されるオリゴアニリン誘導体、又は式(21)の酸化体であるキノンジイミン誘導体であり、
    前記電荷輸送性ポリマーが、式(9)で表されるポリイミド前駆体、又はこのポリイミド前駆体を脱水閉環して得られるポリイミドであり、前記電荷輸送性物質又は電荷輸送性有機材料、及び前記電荷輸送性ポリマーが、少なくとも1種の溶剤に溶解又は分散していることを特徴とする電荷輸送性ワニス。
    Figure 0005110282
    (式中、R17、R18及びR19は、それぞれ独立して、水素、一価炭化水素基又はオルガノオキシ基を示し、R20〜R23は、それぞれ独立して、水素、水酸基、一価炭化水素基、オルガノオキシ基、アシル基又はスルホン基を示し、k及びlは、それぞれ独立して、1以上の整数を示し、k+l≦20を満足する。)
    Figure 0005110282
    [式中、Pは、式(10)〜(16)から選ばれる少なくとも1種の4価の有機基であり、
    Figure 0005110282
    (式(10)中、R1〜R4は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキル基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルコキシ基を示す。)、
    1は、式(2)〜(8)から選ばれる少なくとも1種の2価の有機基であり、
    Figure 0005110282
    (式中、Wは、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキル基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルコキシ基を表す。)
    qは、1以上の正の整数を示す。]
  2. 前記Q1が、式(5)〜(7)から選ばれる少なくとも1種の2価の有機基である請求項1記載の電荷輸送性ワニス。
  3. 前記Pが、式(10)〜(13)、(15)及び(16)から選ばれる少なくとも1種の4価の有機基である請求項1又は2記載の電荷輸送性ワニス。
  4. 前記電荷輸送性ポリマーの数平均分子量が1000〜100000である請求項1〜3のいずれか1項記載の電荷輸送性ワニス。
  5. 前記電荷輸送性ポリマーが、前記電荷輸送性ワニスの固形分の総重量に対して、0.1〜50重量%含まれる請求項1〜4のいずれか1項記載の電荷輸送性ワニス。
  6. 前記k及びlが、k+l≦6を満足する請求項1〜5のいずれか1項記載の電荷輸送性ワニス。
  7. 前記R17及びR20〜R23が、それぞれ独立して、水素原子、炭素数1〜5のアルキル基又は炭素数1〜6のアルコキシ基である請求項1〜6のいずれか1項記載の電荷輸送性ワニス。
  8. 前記R18が、水素原子、メチル基又はフェニル基である請求項1〜7のいずれか1項記載の電荷輸送性ワニス。
  9. 前記R19が、フェニル基、キシリル基、ビフェニル基又はナフチル基である請求項1〜8のいずれか1項記載の電荷輸送性ワニス。
  10. 前記オリゴアニリン誘導体が、単一の分子量を有する請求項1〜9のいずれか1項記載の電荷輸送性ワニス。
  11. 少なくとも1種の電荷輸送性ポリマーが、少なくとも1種の溶剤に溶解又は分散しており、
    前記電荷輸送性ポリマーが、式(9)で表されるポリイミド前駆体、又はこのポリイミド前駆体を脱水閉環して得られるポリイミドであることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンスの電荷注入層又は電荷輸送層形成用電荷輸送性ワニス。
    Figure 0005110282
    [式中、Pは、式(10)〜(16)から選ばれる少なくとも1種の4価の有機基であり、
    Figure 0005110282
    (式(10)中、R1〜R4は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキル基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルコキシ基を示す。)、
    1は、式(2)〜(8)から選ばれる少なくとも1種の2価の有機基であり、
    Figure 0005110282
    (式中、Wは、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキル基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルコキシ基を表す。)
    qは、1以上の正の整数を示す。]
  12. 少なくとも1種の電荷輸送性ポリマーが、少なくとも1種の溶剤に溶解又は分散しており、
    前記電荷輸送性ポリマーが、式(17)で表されるポリイミド前駆体、又はこのポリイミド前駆体を脱水閉環して得られるポリイミドである有機エレクトロルミネッセンスの電荷注入層又は電荷輸送層形成用電荷輸送性ワニス。
    Figure 0005110282
    [式中、Pは、式(10)〜(16)から選ばれる少なくとも1種の4価の有機基であり、
    Figure 0005110282
    (式(10)中、R1〜R4は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキル基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルコキシ基を示す。)、
    1は、式(2)〜(8)から選ばれる少なくとも1種の2価の有機基であり、
    Figure 0005110282
    (式中、Wは、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキル基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルコキシ基を表す。)
    2は、式(18)〜(20)から選ばれる少なくとも1種の2価の有機基であり、
    Figure 0005110282
    (式中、R5〜R16は、それぞれ独立して、水素原子、フッ素原子、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキル基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルコキシ基を示し、Yは、それぞれ独立して、単結合、−O−、−S−、−C(O)NH−、−NHC(O)−、炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキレン基又は炭素数1〜5の分岐構造を有していてもよいアルキレンジオキソ基を示す。)、
    1及びm2は、それぞれ独立して、1以上の整数を示し、m1/(m1+m2)≧0.2を満足する。]
  13. 前記Q1が、式(5)〜(7)から選ばれる少なくとも1種の2価の有機基であり、
    前記Pが、式(10)〜(13)、(15)及び(16)から選ばれる少なくとも1種の4価の有機基である請求項11又は12記載の電荷輸送性ワニス。
  14. 前記電荷輸送性ポリマーの数平均分子量が1000〜100000である請求項11〜13のいずれか1項記載の電荷輸送性ワニス。
  15. 請求項1〜14のいずれか1項記載の電荷輸送性ワニスを用いて作製される電荷輸送性薄膜。
  16. 請求項15記載の電荷輸送性薄膜からなる層を少なくとも一層有する有機エレクトロルミネッセンス素子。
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