JP5193218B2 - 新規の高導電性の有機電荷キャリア輸送材料 - Google Patents

Description

本発明は、有機材料、特に半導体材料又は導電性材料として有機エレクトロニクスにおいて使用可能な材料に関する。

有機半導体材料は、正孔輸送材料と電子輸送材料とに分けられる。前記材料は、有機電子素子、例えば有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）、有機電界効果トランジスタ（ＯＦＥＴ）及び／又は有機太陽電池の作製に必要とされる。

正孔輸送材料の側面では、ここ１５年間で極めて効果的でかつ安定な構造体が開発され、この構造体は、適用に応じて種々の正孔注入特性で利用され、かつ正孔輸送性の酸化状態で安定なラジカルカチオンを形成する。

電子輸送材料の側面では、従来、有機エレクトロニクス用の電子輸送材料に課される高い要求を満たす代表例は極めてわずかしか存在していなかった。目下、フェナントロリン（ＢＣＰ及びＢＰｈｅｎ）の誘導体並びにオキサジアゾールの誘導体が、良好な電子伝導体と見なされている。前記素子の運転の間に形成されるラジカルアニオン種は、複素環式構造において形状変化を招くため、共役が遮断され、その結果電子輸送特性は低下する。

公知の材料は、電子注入の帯域幅のみならず、電子輸送性の還元状態におけるその安定性も不足しているため、特に、ラジカルアニオンがより長期間にわたって可逆的に形成されることは不可能である。

ベース材料単独では導電性が十分でないため、通常、材料の半導体特性はドーピングにより達成される。

従って本発明の課題は、電子注入の帯域幅及び更には電子輸送性の還元状態における安定性が公知の材料に対して改善された有機電子輸送材料を提供することである。特に本発明の課題は、ラジカルアニオンをより長期間にわたって可逆的に形成し得る材料を提供することである。

前記課題を解決するために、より大きな注入帯域幅、及びとりわけ、安定性の高い可逆的なラジカルアニオンの形成能力が顕著である、より効率的な電子伝導体が開発された。

本発明の対象は、電子及び正孔を同様に良好に輸送することができ、その際、厚さ１５０ｎｍのドーピングされていない材料の層において、すでに０．２５Ｖで、０．５Ａ／ｃｍ²以上の測定可能な電流密度が得られる有機電荷キャリア輸送材料である。

本発明の対象は、以下の構造：

の複素環式原料化合物からのオリゴフェニレンを含む有機半導体材料である。

極めて根源的な意味で有機の、つまり炭素、窒素及び水素のみを含有する、上に示されたオリゴフェニレンの構造を有するＢＰｙＰｙＰ材料は、純粋な有機材料（つまり、Ｃ、Ｈ及びＮのみを含有する構造）にとっては異例の、従来数オーダー分到達不可能であった、電子及び正孔が同様に輸送される導電性を有する特性を示す。

特に、厚さ１５０ｎｍの層の場合、すでに０．２５Ｖで、正及び負の方向で０．６Ａ／ｃｍ²の電流密度が達成される。

特に有利な実施態様によれば、層はこの場合透明であり、特に有利に全可視スペクトル領域において透明である。

ここで、ドーピングされていない材料において達成された電流密度は、従来いわゆるドーピングされた系によってしか達成されなかった電流密度に相応する。

この場合、ドーピングのための煩雑な処理工程に加え、ドーピングされた材料に関して、ドーピングされた材料がドーピングによって通常の場合電荷移動錯体を形成し、かつ可視スペクトルの長波長領域において吸収する、つまり透明ではないことも不利である。前記欠点はいずれも、本発明によれば、材料において前記の唯一の成分であるＢＰｙＰｙＰを使用することにより解消される。

従って、前記のＢＰｙＰｙＰ材料を、ｎ型ドーピングされた電子輸送マトリックスの代わりに直接、カソードからの電子の注入を改善するために、有機電子素子において使用することができる。

本発明の有利な実施態様によれば、ＢＰｙＰｙＰ材料は、ｎ型ドーピング材料又はＮ型ドープ剤を用いた被覆蒸着によって、より導電性の高い層として堆積される。

ＢＰｙＰｙＰ材料は卓越した電子輸送体であるため、全ての有機電子素子及び適用において前記の機能で使用することができる。

更に、前記材料は、同様にＯＬＥＤ装置において、両極性マトリックスとして、単独で、かつ任意の混合物（ブレンド）で、任意のエミッター材料のために使用することができる。

他方では、前記材料から、及び前記材料との混合物から、アノード及び／又はカソード機能を有する透明な電極を任意の基板上に作製することもできる。

卓越した電流輸送は、蒸着プロセスによる分子の自己組織性の配向堆積によって実現されたものと考えられる。

次に３つの図面を用いて、本発明を更に詳説する：
図１は、正及び負の電界における材料の導電性を示す電流−電圧−特性曲線を示す。

図２は、ＵＶ／ＶＩＳ−スペクトルにおいて材料の透明性を示し、かつ
最後に、図３は、化合物の光ルミネセンススペクトルを示す。

有機電子素子の典型的な構造は、基板、下方の電極、半導体有機層及び上方のアノードを含む。相応する構造によって、図に示される測定データが得られた。示した実施例において、基板はガラスからなり、下方の電極はインジウム−スズ−酸化物（ＩＴＯ）からなり、半導体有機層はＢＰｙＰｙＰからなる厚さ１５０ｎｍの層であり、該層は厚さ１００ｎｍのアルミニウム層からなる上方の第二の電極を有していた。

正及び負の電界における材料の導電性を示す電流−電圧−特性曲線を示す図。 ＵＶ／ＶＩＳ−スペクトルにおける材料の透明性を示す図。 化合物の光ルミネセンススペクトルを示す図。

ビス−２−（４−ピリジル）−ピリミド−５−イル−１，４−フェニレンの製造
１） ４−ピリジンカルボキサミジン塩酸塩 １
５００ｍｌフラスコ中に、４−シアノピリジン（５０．０ｇ、４７０ミリモル、１当量）を、無水メタノール約２３０ｍｌ中のナトリウムメタノラート（３．０ｇ、５３ミリモル、０．１１当量）と共に、室温で１．５時間撹拌する。白色がかった懸濁液に、塩化アンモニウム（２７．７ｇ、５２ミリモル、１．１当量）を添加し、少なくとも２４時間更に撹拌する。美しい微細粒の白色の沈殿物を吸引濾過し、母液が乾燥するまで回転蒸発器で濃縮する。フィルターケーキを母液からの残滓と１つにまとめ、水から再結晶させる。吸引濾過し、かつエーテルで洗浄した後に、生成物を真空中で室温で乾燥させる。

収量：７０．５ｇ（理論値の９５％）、白色結晶、Ｍ＝１５７．６ｇ・ｍｏｌ^-1；融点：２５０℃
２） ビス（１，４−フェニレン）−２−（３−ジメチルアミノ−２−プロペン−ジメチル−イミニウム）−ジ−ペルクロラート ２
温度計、滴下漏斗、及び、取り付けられた乾燥管を有する還流冷却器を備えた、１０００ｍｌの三ッ口フラスコ中に、ＤＭＦ（２００ｍｌ、２．５モル、３０当量）を装入し、氷／塩−冷却混合物を用いて約０℃に冷却する。冷却下に、ゆっくりと、オキシ塩化リン（４６ｍｌ、０．５モル、６当量）を滴加し、その際、温度は０℃を超えてはならない。後撹拌を１０分間行い、かつ、１，４−フェニレン二酢酸（１６．３ｇ、０．０８モル、１当量）を反応混合物に添加する。引き続き、溶液を９０℃で６時間加熱し、冷却し、かつ氷１ｋｇに注ぐ。生成物を沈殿させるために、幾分かの水中に溶解された過塩素酸ナトリウム（３０．８ｇ、０．２５モル、３当量）を、撹拌下に水溶液に添加する。沈殿物を吸引濾過し、メタノール／エーテル及び純粋なエーテルで洗浄し、次いで真空中で乾燥させる。収量：３１．５ｇ（理論値の７１％）、白色結晶、Ｍ＝５２７．４ｇ・ｍｏｌ^-1；融点：２９２〜２９６℃
３） ビス−２−（４−ピリジル）−ピリミド−５−イル−１，４−フェニレン
２５０ｍｌのフラスコ中で、４−ピリジンカルボキサミジン塩酸塩１（５．５ｇ、３５ミリモル、２．２当量）を、ピリジン中のフェニレンビスビナミジニウム塩２（８．３ｇ、１８ミリモル、１当量）と一緒に、室温で８時間加熱する、生じた黄褐色の沈殿物を吸引濾過し、メタノール、メタノール／エーテル及び純粋なエーテルで洗浄し、次いで真空中で室温で乾燥させる。再結晶はＤＭＳＯから行うことができる。その後、生成物を３２０℃で昇華させる。

収量：４．５ｇ（理論値の７４％）、淡黄色の針状結晶、Ｍ＝３８８．４ｇ・ｍｏｌ^-1；融点：＞３１０℃；
ＤＣ：シリカゲル／ＴＨＦ、Ｒ_F＝０．８１、分析：¹Ｈ−ＮＭＲ、

本発明は、有機半導体材料、特に半導体材料又は導電性材料として有機エレクトロニクスにおいて使用可能な材料に関する。この場合、材料の成分は、以下の構造：

の複素環式原料化合物からのオリゴフェニレンを含む。

Claims (6)

1. 有機電荷キャリア輸送材料において、前記有機電荷キャリア輸送材料を用いて電子及び正孔を同様に良好に輸送することができ、その際、厚さ１５０ｎｍのドーピングされていない材料の層において、すでに０．２５Ｖで、０．５Ａ／ｃｍ²以上の測定可能な電流密度が得られ、以下の構造：
   

   

   の複素環式原料化合物のオリゴフェニレンを含む、有機電荷キャリア輸送材料。
2. 材料が薄膜中で透明である、請求項１記載の電荷キャリア輸送材料。
3. 混合物として存在する、請求項１又は２記載の電荷キャリア輸送材料。
4. ｎ型ドーピング又はｐ型ドーピングされている、請求項１から３までのいずれか１項記載の電荷キャリア輸送材料。
5. 有機電子素子における、請求項１から４までのいずれか１項記載の電荷キャリア輸送材料の使用。
6. 請求項１から４までのいずれか１項記載の電荷キャリア輸送材料をベースとする半導体層及び／又は導電性層を有する有機電子素子。

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