JP5513039B2 - 電極 - Google Patents
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Description
即ち、本発明は、有機化合物が吸着した無機材料を含む有機エレクトロルミネッセンス素子用または光電変換素子用の電極であって、
該有機化合物は、フッ素原子を少なくとも4個有し、式:NH/(NC・NF)(式中、NHは該有機化合物中の水素原子の数を表し、NCは該有機化合物中の炭素原子の数を表し、NFは該有機化合物中のフッ素原子の数を表す。)で計算される値が0以上、0.18以下であることを特徴とする前記電極を提供する。
本発明の電極は、有機化合物が吸着した無機材料を含む有機EL素子用または光電変換素子用の電極であって、
該有機化合物は、フッ素原子を少なくとも4個有し、式:NH/(NC・NF)(式中、NH、NCおよびNFは前記のとおりである。)で計算される値が0以上、0.18以下であることを特徴とする前記電極である。
本発明において、有機化合物は、フッ素原子を少なくとも4個有し、式:NH/(NC・NF)(式中、NH、NCおよびNFは前記のとおりである。)で計算される値が、0以上、0.18以下であるが、電極としての機能の観点から、0以上、0.16以下であることが好ましく、0以上、0.14以下であることがより好ましく、0以上、0.10以下であることが特に好ましい。該有機化合物は、上記のとおり、前記結合基を有していることが好ましい。該有機化合物は、1種単独でも2種以上を組み合わせても用いることができる。
(式中、
E1は前記の結合基であり、
R1〜R3は独立に該結合基、水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、よう素原子、非置換もしくは置換のアルキル基、非置換もしくは置換のアルコキシ基、非置換もしくは置換のアルキルチオ基、非置換もしくは置換のアリール基、非置換もしくは置換のアリールオキシ基、非置換もしくは置換のアリールチオ基、非置換もしくは置換のアリールアルキル基、非置換もしくは置換のアリールアルコキシ基、非置換もしくは置換のアリールアルキルチオ基、非置換もしくは置換のアリールアルケニル基、非置換もしくは置換のアリールアルキニル基、非置換もしくは置換のシリル基、非置換もしくは置換のアシル基、非置換もしくは置換のアシルオキシ基、非置換もしくは置換のイミン残基、非置換もしくは置換のアミド基、非置換もしくは置換の酸イミド基、非置換もしくは置換の1価の複素環基、置換のカルボキシル基、またはシアノ基であり、
ただし、E1およびR1〜R3中のフッ素原子の数の合計が4個以上である。)
(式中、
nは1以上の整数であり、
Arは共役関係にある多重結合を2以上有する(1+n)価の基であり、
E1は前記と同義であり、
R4は独立に前記の結合基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、よう素原子、非置換もしくは置換のアルキル基、非置換もしくは置換のアルコキシ基、非置換もしくは置換のアルキルチオ基、非置換もしくは置換のアリール基、非置換もしくは置換のアリールオキシ基、非置換もしくは置換のアリールチオ基、非置換もしくは置換のアリールアルキル基、非置換もしくは置換のアリールアルコキシ基、非置換もしくは置換のアリールアルキルチオ基、非置換もしくは置換のアリールアルケニル基、非置換もしくは置換のアリールアルキニル基、非置換もしくは置換のシリル基、非置換もしくは置換のアシル基、非置換もしくは置換のアシルオキシ基、非置換もしくは置換のイミン残基、非置換もしくは置換のアミド基、非置換もしくは置換の酸イミド基、非置換もしくは置換の1価の複素環基、置換のカルボキシル基、またはシアノ基であり、
ただし、E1および全てのR4中のフッ素原子の数の合計が4個以上であり、nが2以上の整数である場合、複数個存在するR4は、同一でも異なっていてもよく、少なくとも2個が結合して環を形成してもよい。)
本発明の電極における無機材料としては、該電極の用途に応じて、例えば電子工業分野、ディスプレイ分野等で公知のものを使用することができる。無機材料は1種単独でも2種以上を組み合わせても使用することができる。無機材料の具体例としては、ガラス、サファイア、半導体(例えば、シリコン等)、樹脂(例えば、ポリスチレンゲル等)、卑金属(例えば、亜鉛、アルミニウム、クロム、錫、ニッケル、銅、鉄、タングステン、コバルト等)、貴金属(例えば、白金、金、パラジウム、銀、ロジウム等)、酸化物(例えば、酸化シリコン等の半導体酸化物、インジウムスズ酸化物(ITO)、酸化スズ、酸化チタン、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化タンタル、酸化アルミニウム、酸化ルテニウム、酸化ストロンチウムルテニウム、酸化バリウム、酸化インジウム、酸化亜鉛等の金属酸化物)、窒化物(例えば、窒化シリコン、窒化ガリウム等)、炭化物(例えば、炭化シリコン等)等が挙げられる。この中でも、金属(即ち、卑金属および貴金属)ならびに金属酸化物が好ましい。なお、無機材料の形状としては、例えば、層状、棒状、針状、櫛状、粒子状等が挙げられる。層状である場合、厚さは、例えば、0.1mm〜5cmであり、層状の無機材料(無機材料層)の表面に前記の有機材料が吸着する。
本発明の電極は、通常、任意の構成要素として基板をさらに有することができる。基板を有する場合、本発明の電極は、基板と、有機化合物が吸着した無機材料とを含み、かかる基板の面上に前記無機材料が位置している構成とすることができる。
次に、電極の製造方法を説明する。電極は、適切な環境で前記有機化合物を前記無機材料に吸着させることにより作製することができる。該吸着の方法としては、浸漬、塗布が挙げられる。浸漬又は塗布は、有機化合物の種類にもよるが、気相、液相、又は固相で行うことができ、取り扱いの容易さの観点から、液相で行うことが好ましい。浸漬又は塗布を気相で行う場合は、蒸着等の方法によって真空中で清浄な無機材料上に有機化合物を堆積させる方法を用いることができる。浸漬又は塗布を固相で行う場合は、前記有機化合物を清浄な無機材料上に擦りつける方法を用いることができる。浸漬又は塗布を液相で行う場合は、無機材料を有機化合物の溶液に浸す方法、有機化合物の溶液を無機材料に塗布する方法等を用いることができる。有機化合物の溶液に用いられる溶媒としては、該有機化合物の良溶媒を用いることができ、例えば、クロロホルム、塩化メチレン、1,2−ジクロロエタン、1,1,2−トリクロロエタン、クロロベンゼン、o−ジクロロベンゼン等の塩素系溶媒、テトラヒドロフラン、ジオキサン等のエーテル系溶媒、トルエン、キシレン、トリメチルベンゼン、メシチレン等の芳香族炭化水素系溶媒、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、n−ペンタン、n−ヘキサン、n−へプタン、n−オクタン、n−ノナン、n−デカン等の脂肪族炭化水素系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、シクロヘキサノン等のケトン系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、メチルベンゾエート、エチルセルソルブアセテート等のエステル系溶媒、エチレングリコール、エチレングリコールモノブチルエーテル、エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノメチルエーテル、ジメトキシエタン、プロピレングリコール、ジエトキシメタン、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、グリセリン、1,2−ヘキサンジオール等の多価アルコール及びその誘導体、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、シクロヘキサノール等のアルコール系溶媒、ジメチルスルホキシド等のスルホキシド系溶媒、N−メチル−2−ピロリドン、N,N−ジメチルホルムアミド等のアミド系溶媒が挙げられる。無機材料を有機化合物の溶液に浸漬し又は無機材料に有機化合物を塗布した後、該無機材料を有機化合物の良溶媒に接触させる工程を含む方法が好ましい。
正孔輸送性材料としては、以下の方法で合成したものを用いた。
還流冷却器及びオーバーヘッドスターラを装備した1リットルの三つ口丸底フラスコに、2,7−ビス(1,3,2−ジオキシボロール)−9,9−ジ(1−オクチル)フルオレン(3.863g、7.283mmol)、N,N−ジ(p−ブロモフェニル)−N−(4−(ブタン−2−イル)フェニル)アミン(3.177g、6.919mmol)及びジ(4−ブロモフェニル)ベンゾシクロブタンアミン(156.3mg、0.364mmol)を添加した。次いで、メチルトリオクチルアンモニウムクロライド(アルドリッチ製、商品名Aliquat336(登録商標))(2.29g)、続いてトルエン50mLを添加した。PdCl2(PPh3)2触媒(4.9mg)を添加した後、混合物を、105℃の油浴中で15分間撹拌した。炭酸ナトリウム水溶液(2.0M、14mL)を添加し、得られた混合物を105℃の油浴中、16.5時間撹拌した。次いで、フェニルボロン酸(0.5g)を添加し、得られた混合物を7時間撹拌した。水層を除去し、有機層を水50mLで洗浄した。有機層を反応フラスコに戻し、ジエチルジチオカルバミン酸ナトリウム0.75g及び水50mLを添加した。得られた混合物を85℃の油浴中、16時間撹拌した。水層を除去し、有機層を100mLの水で3回洗浄し、次いでシリカゲル及び塩基性アルミナのカラムに通した。溶離剤としてトルエンを用い、溶出してきたポリマーを含むトルエン溶液を回収した。次いで、回収した前記トルエン溶液をメタノールに注いでポリマーを沈殿させた。沈殿したポリマーを再度トルエンに溶解させ、得られたトルエン溶液をメタノールに注いでポリマーを再び沈殿させた。沈殿したポリマーを60℃で真空乾燥し、正孔輸送性材料4.2gを得た。ゲルパーミエーションクロマトグラフィーによれば、得られた正孔輸送性材料のポリスチレン換算の重量平均分子量は124,000であり、分散(Mw/Mn)は2.8であった。
発光性材料としてはSumation製(商品名Lumation BP361)を用いた。
電子注入材料としては、下記参考文献を参考にして公知の合成法に従い合成したPoly[9,9−bis(3′−((N,N−dimethyl−N−ethylammonium)−propyl)−2,7−fluorene)−alt−2,7−(9,9−diocthylfluorene)] Dibromideを用いた(参考文献:Chem. Mater. 16, 708(2004))。
・電極1の作製
ガラス基板(厚さ:1mm)と該ガラス基板の一方の表面に成膜パターニングされたITO(無機材料、厚さ:150nm)とからなる積層体をクロロホルム、メタノール、アルカリ性洗剤の水溶液、蒸留水及びアセトンで順次洗浄した後にオゾンガスに15分間曝露することで、該積層体中のITOの表面から付着物を取り除いた。この積層体を式:CF3CF2CF2COClで表される有機化合物A(式:NH/(NC・NF)で計算される値が0)のCH2Cl2溶液(1mM)に浸し、15分間静置した後に引き上げ、CH2Cl2を吹きかけて、多分子層を形成する余分な有機化合物Aを除去して有機化合物Aの吸着層が主として単分子膜となるように洗浄し、Arガスを吹きかけて乾燥させることで、電極1を形成させた。得られた電極1中のITOが成膜パターニングされている側の表面の仕事関数を理研計器株式会社製の光電子分光装置AC2を用いて測定したところ、5.29eVであった。
正孔輸送性材料とキシレンとを混合し、0.7重量%の正孔輸送性材料を含む正孔輸送層形成用組成物を得た。電極1を陽極として用い、そのITOが成膜パターニングされている側の表面上に正孔輸送層形成用組成物をスピンコート法により塗布し、膜厚20nmの塗膜を得た。この塗膜を設けた電極1を不活性雰囲気下(窒素雰囲気下)、200℃で15分間加熱し、塗膜を不溶化させた。その後、こうして得られた電極を室温まで自然冷却させ、正孔輸送層が形成された積層体を得た。
・電極2の作製
実施例1において、有機化合物Aを用いる代わりに、下記式:
で表される有機化合物B(式:NH/(NC・NF)で計算される値が0.06)を用いた以外は実施例1と同様にして電極2を作製した。得られた電極2中のITOが成膜パターニングされている側の表面の仕事関数を理研計器株式会社製の光電子分光装置AC2を用いて測定したところ、5.26eVであった。
実施例1において、電極1の代わりに電極2を陽極として用いた以外は実施例1と同様にして有機EL素子2を得た。
・電極3の作製
実施例1において、有機化合物Aを用いる代わりに、下記式:
で表されるフッ素原子不含の有機化合物Cを用いた以外は実施例1と同様にして電極3を作製した。得られた電極3中のITOが成膜パターニングされている側の表面の仕事関数を理研計器株式会社製の光電子分光装置AC2を用いて測定したところ、4.83eVであった。
実施例1において、電極1の代わりに電極3を陽極として用いた以外は実施例1と同様にして有機EL素子3を得た。
・電極4の作製
実施例1において、前記積層体の有機化合物AのCH2Cl2溶液への浸漬以降の操作を省略した以外は実施例1と同様にして電極4を得た(即ち、ITOの表面から付着物を取り除いた前記積層体をそのまま電極4として用いた)。得られた電極4中のITOが成膜パターニングされている側の表面の仕事関数を理研計器株式会社製の光電子分光装置AC2を用いて測定したところ、5.22eVであった。
実施例1において、電極1の代わりに電極4を陽極として用いた以外は実施例1と同様にして有機EL素子4を得た。
表1から分かるように、本発明の電極から得られた有機EL素子は、比較例で作製した電極から得られた有機EL素子に比べ、電流密度および発光輝度が高いことが分かる。
Claims (3)
- 下記一般式(I)で表される有機化合物、下記一般式(II)で表される有機化合物またはこれらの組み合わせが吸着した無機材料を含む有機エレクトロルミネッセンス素子用または光電変換素子用の電極であって、
該有機化合物は、いずれもフッ素原子を少なくとも4個有し、式:NH/(NC・NF)(式中、NHは該有機化合物中の水素原子の数を表し、NCは該有機化合物中の炭素原子の数を表し、NFは該有機化合物中のフッ素原子の数を表す。)で計算される値が0以上、0.18以下であることを特徴とする前記電極。
E1はクロロスルホニル基、または、クロロカルボニル基であり、
R1〜R3は独立にクロロスルホニル基、クロロカルボニル基、水素原子、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、よう素原子、ハロゲン原子で置換されたアルキル基であり、ただし、E1およびR1〜R3中のフッ素原子の数の合計が4個以上である。)
nは1以上の整数であり、
Arは共役関係にある多重結合を2以上有する(1+n)価の基であり、
E1は前記と同義であり、
R4は独立にメルカプト基、クロロスルホニル基、スルホ基、クロロカルボニル基、カルボキシル基、ジクロロホスホリル基、ホスホノ基、ヒドロキシ基、シアナト基、イソシアナト基、非置換のアミノ基、置換のアミノ基、フッ素原子、塩素原子、臭素原子、よう素原子、非置換もしくは置換のアルキル基、非置換もしくは置換のアルコキシ基、非置換もしくは置換のアルキルチオ基、非置換もしくは置換のアリール基、非置換もしくは置換のアリールオキシ基、非置換もしくは置換のアリールチオ基、非置換もしくは置換のアリールアルキル基、非置換もしくは置換のアリールアルコキシ基、非置換もしくは置換のアリールアルキルチオ基、非置換もしくは置換のアリールアルケニル基、非置換もしくは置換のアリールアルキニル基、非置換もしくは置換のシリル基、非置換もしくは置換のアシル基、非置換もしくは置換のアシルオキシ基、非置換もしくは置換のイミン残基、非置換もしくは置換のアミド基、非置換もしくは置換の酸イミド基、非置換もしくは置換の1価の複素環基、置換のカルボキシル基、またはシアノ基であり、
ただし、E1および全てのR4中のフッ素原子の数の合計が4個以上であり、nが2以上の整数である場合、複数個存在するR4は、同一でも異なっていてもよく、少なくとも2個が結合して環を形成してもよい。) - 電極の表面の最高占有分子軌道(HOMO)の軌道エネルギーが−4.8eV〜−5.8eVであることを特徴とする請求項1に記載の電極。
- 前記無機材料が金属、金属酸化物またはこれらの組み合わせを含む材料である請求項1または2に記載の電極。
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