JP6032262B2 - 有機エレクトロニクス材料およびそれを含むインク組成物、ならびにそれらを用いて形成された有機薄膜、有機エレクトロニクス素子、有機エレクトロルミネセンス素子、照明装置および表示装置 - Google Patents

有機エレクトロニクス材料およびそれを含むインク組成物、ならびにそれらを用いて形成された有機薄膜、有機エレクトロニクス素子、有機エレクトロルミネセンス素子、照明装置および表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、有機エレクトロニクス材料およびそれを含むインク組成物、ならびに当該有機エレクトロニクス材料、インク組成物を用いた有機薄膜、有機エレクトロニクス素子、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)、照明装置および表示装置に関する。
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。
有機エレクトロニクス素子の一例として、有機EL素子、有機トランジスタ、有機太陽電池などが挙げられる。
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。
有機EL素子は、用いる材料及び製膜方法から低分子型有機EL素子、高分子型有機EL素子の2つに大別される。高分子型有機EL素子は、有機材料が高分子材料により構成されており、真空系での成膜が必要な低分子型有機EL素子と比較して、印刷やインクジェットなどの簡易成膜が可能なため、今後の大画面有機ELディスプレイには不可欠な素子である。
低分子型有機EL素子、高分子型有機EL素子とも、これまで精力的に研究が行われてきたが、未だに発光効率の低さ、素子寿命の短さが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、低分子型有機EL素子では多層化が行われている。
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、さらに発光層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。
低分子型有機EL素子は主に蒸着法で製膜を行うため、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、高分子型有機EL素子は印刷やインクジェットといった湿式プロセスを用いて製膜を行うため、上層を塗布する際に下層が溶解してしまうという課題が生じる。
そのため、高分子型有機EL素子の多層化は低分子型有機EL素子に比べ困難であり、発光効率の向上、寿命の改善効果を得ることができなかった。
この問題に対処するために、これまでにいくつかの方法が提案されている。一つは、溶解度の差を用いる方法である。例えば、水溶性であるポリチオフェン: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された発光層の2層構造からなる素子である。この場合、PEDOT:PSS層はトルエン等芳香族溶媒に溶解しないため、2層構造を作製することが可能となっている。
しかし、水溶性のPEDOT:PSSを使用すると薄膜中に残存する水分を除去する必要があるが、これが困難であり、有機エレクトロニクス素子の特性を劣化させる原因となる。また水分の除去の為に、高温、長時間の乾燥が必要になり、樹脂基材への有機エレクトロニクス素子の作製が困難であったり、減圧条件などプロセスに大きな制限が生じたりする。
また、有機溶媒を用いた例として、先に形成した下層に影響しない溶媒を選択する方法が開示されている(特許文献1参照)。
しかし、このような方法では使用できる溶媒が下層を溶解しないものに限定される為、材料の選択の幅が少なくなるという問題がある。また、上層形成時にある程度の下層の侵食が生じる。
また、非特許文献1には、溶解度の大きく異なる化合物を利用した3層構造の素子が提唱されている。
さらに、特許文献2には、PEDOT:PSS上にインターレイヤー層と呼ばれる層を導入した3層構造の素子が開示されている。
さらに、非特許文献2〜4、特許文献3にはこのような課題を克服するために、シロキサン化合物やオキセタン基、ビニル基などの重合反応を利用して化合物の溶解度を変化させ、薄膜を溶剤に対して不溶化する方法が開示されている。
このように多層化を図る方法は重要であるが、水溶性のPEDOT:PSSを使用すると薄膜中に残存する水分に起因する上述の問題があることや、溶解度差を利用するには使用できる材料が限られてしまう、シロキサン化合物が空気中の水分に不安定なことや素子特性が十分ではないこといった問題点があった。
また、重合反応を利用する場合には、酸や塩基、ラジカル等を発生する適切な重合開始剤を添加して光や熱などの刺激により重合反応を開始する必要がある。
重合反応を開始させる契機としては、加熱または光照射と加熱の併用が一般的に用いられ、十分な重合反応を起こさせるには、120℃以上の温度で加熱することが必要である(非特許文献4、非特許文献5)。
ここで、有機EL素子の製造コスト低減、フレキシブルな有機EL素子の作製には安価で柔軟性のある樹脂の基板を適用する必要があるが、このような基板は高温によって軟化、分解あるいは変質してしまうため、前記重合反応を起こさせる方法を利用することができない問題点があった。
さらに、多層化構造をつくる他の方法として、架橋反応を使用する方法が提案されている。特許文献4には、トリフェニルアミン含有エーテルポリエーテルケトンを紫外線照射により、架橋し不溶化する方法が開示されている。この方法で、十分に不溶化するためには、長時間の紫外線照射が必要であり、トリフェニルアミンなどの分解が生じるなどの問題がある。
また、特許文献5、特許文献6、非特許文献6、非特許文献7には、オキセタン基の架橋による多層化が開示されている。これらの方法では、光開始剤を使うため、光による劣化が懸念される。また、低温での十分な不溶化が進行されず、低温硬化が必要な樹脂基板の適用が制限されるなどの問題や上層形成時上層と下層が混ざり合って有機EL特性が低下するなどの問題がある。さらにここで使われている光開始剤は、一般的なヨードニウム塩やスルフォニウム塩であり、EL特性への影響が懸念される。
一方、有機EL素子の課題である駆動電圧の低下のために、前記光開始剤と同様の構造を有するヨードニウム塩やスルフォニウム塩を正孔輸送層や発光層に用いた検討がなされている。
特許文献7には、イオン化合物が開示されているが、これは前述の光開始剤と同様の構造であり、有機EL素子特性への影響などが懸念される。また、架橋や積層などの記述はない。
特許文献8には、高分子発光体とイオン対とを含有する高分子発光体組成物の開示がある。これによると特定構造のイオン対を有することで寿命が一層長い発光素子が得られるとの記載があるが、電荷注入・輸送に関する記述がない。また、架橋や積層などの記述はない。
特開2003−07763号公報 特開2007−119763号公報 国際公開第2008/010487号 特許第3643433号公報 特開2004−199935号公報 特表2007−514298号公報 国際公開第05/08924号パンフレット 特開2005−179634号公報
Y. Goto, T. Hayashida, M. Noto, IDW ‘04 Proceedings of The 11th International Display Workshop, 1343-1346(2004) H. Yan, P. Lee, N. R. Armstrong, A. Graham, G. A. Evemenko, P. Dutta, T. J. Marks, J. Am. Chem. Soc., 127, 3172-4183(2005) E. Bacher, M.Bayerl, P. Rudati, N. Reckfuss, C. David, K. Meerholz, O. Nuyken, Macromolecules, 38, 1640(2005) M. S. Liu, Y. H. Niu, J. W. Ka, H. L. Yip, F. Huang, J. Luo, T. D. Wong, A. K. Y. Jen, Macromolecules, 41, 9570(2008) B. Ma, F. Lauterwasser, L. Deng, C. S. Zonte, B. J. Kim, J. M. J. Frchet, C. Borek, M. E. Thompson, Chem. Mater., 19(19), 4827(2007) Macromol.Rapid Commun.20,224−228(1999) Nature,421(2003)829−833
有機EL素子の高効率化、長寿命化のためには、有機層を多層化し、各々層の機能を分離することが望ましいが、塗布法により有機EL素子を製造する場合においては、大面積でも製膜が容易な湿式プロセスを用いて有機層を多層化するためには、下層が上層製膜時に溶解しないようにする必要があった。また、フレキシブルな基板に重合反応を用いて溶剤に不溶な膜を形成する際には、高い温度での加熱が適用できないという問題があった。
本発明は、上記した問題に鑑み、容易に多層化が可能であり、かつ樹脂のような高温で処理することができない基板にも使用することができる有機エレクトロニクス材料およびそれを含むインク組成物を提供することを目的とする。さらに、本発明は、該有機エレクトロニクス材料または該インク組成物を用いて形成された有機薄膜、該有機薄膜を用いた従来よりも優れた発光効率、発光寿命を有する有機エレクトロニクス素子、有機EL素子、照明装置およびそれらを含む表示装置を提供することを目的とするものである。
また、本発明は、上記した問題に鑑み、駆動電圧の低減や安定した長時間駆動が可能な有機エレクトロニクス素子を作製しうる有機エレクトロニクス材料を提供することを目的とする。さらに本発明は、塗布法で低温硬化が可能な有機エレクトロニクス材料と、それを用いた多層化有機エレクトロニクス素子を提供することを目的とする。本発明は、さらに、有機エレクトロルミネセンス素子、表示素子及び照明装置を提供することを目的とする。
本発明者らは、鋭意検討した結果、3方向以上に分岐する構造を有し、かつ少なくとも1つ以上の重合性置換基を有するポリマー又はオリゴマーを含む有機エレクトロニクス材料および該有機エレクトロニクス材料を含むインク組成物が、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、また該有機エレクトロニクス材料または該インク組成物を用いて形成された有機薄膜が、有機エレクトロニクス素子、特に有機EL素子、照明装置およびそれらを含む表示装置に用いた場合、駆動電圧を低減させ、発光効率を向上させることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
また、本発明者らは、鋭意検討した結果、一般的な光開始剤で使われているヨードニウムやスルフォニウムではない、特定の対カチオンを有するイオン化合物と電荷輸送化合物を含むことで、駆動電圧の低減や安定した長時間駆動が可能であることができることを見出し、本発明を完成させるに至った。
すなわち、本発明は、以下の事項をその特徴とするものである。
(1)3方向以上に分岐する構造を有し、かつ少なくとも一つの重合性置換基を有するポリマー又はオリゴマーを含むことを特徴とする有機エレクトロニクス材料。
(2)前記ポリマー又はオリゴマーが、分岐構造を形成する起点となる単位として下記一般式(1)〜(10)の構造のうちの少なくともいずれか1種を含むことを特徴とする前記(1)記載の有機エレクトロニクス材料。
Figure 0006032262
(式中、Arは、それぞれ独立に2価の連結基を表し、炭素数2〜30個のアリーレン基、もしくはヘテロアリーレン基を表す。Wは、3価の連結基を表し、前記アリーレン基またはヘテロアリーレン基からさらに水素原子1個を除いた原子団であり置換基を有していてもよい。Yは、それぞれ独立に2価の連結基を表す。Zは、炭素原子、ケイ素原子、リン原子のいずれかを表す。)
(3)前記一般式(4)又は(7)におけるYが以下の式で表される2価の連結基であることを特徴とする前記(2)に記載の有機エレクトロニクス材料。
Figure 0006032262
(式中、Rはそれぞれ独立に水素原子、置換基を有していてもよい炭素数1〜22個の直鎖、環状もしくは分岐アルキル基、または置換基を有していてもよい炭素数2〜30個のアリール基もしくはヘテロアリール基を表す。)
(4)前記ポリマー又はオリゴマーが少なくとも1つの電荷輸送基を含むことを特徴とする前記(1)〜(3)のいずれかに記載の有機エレクトロニクス材料。
(5)前記ポリマー又はオリゴマーが少なくとも1つの重合性置換基を含むことを特徴とする(1)〜(4)のいずれかに記載の有機エレクトロニクス材料。
(6)前記重合性置換基が、前記ポリマー又はオリゴマーの末端に導入されていることを特徴とする前記(5)に記載の有機エレクトロニクス材料。
(7)前記ポリマー又はオリゴマー1分子に対して重合性置換基が3つ以上導入されていることを特徴とする前記(5)又は(6)に記載の有機エレクトロニクス材料。
(8)前記重合性置換基が、オキセタン基、エポキシ基、ビニル基、アクリレート基、及びメタクリレート基のうちのいずれかであることを特徴とする前記(5)〜(7)のいずれかに記載の有機エレクトロニクス材料。
(9)前記ポリマー又はオリゴマーが、下記一般式で示される部分構造を有することを特徴とする前記(1)〜(8)のいずれかに記載の有機エレクトロニクス材料。
Figure 0006032262
(式中、A,Aはそれぞれ独立に3価の連結基、A,Aはそれぞれ独立に4価の連結基を表し、L〜L10はそれぞれ独立に2価の連結基を表し、Xは2価の連結基を表し、nは1以上の整数を表し、mは、1または1からnまでの整数を表す。)
(10)前記ポリマー又はオリゴマーの数平均分子量が、1,000以上1,000,000以下であることを特徴とする前記(1)〜(9)いずれかに記載の有機エレクトロニクス材料。
(11)前記ポリマー又はオリゴマーの多分散度が1.0より大きいことを特徴とする前記(1)〜(10)いずれかに記載の有機エレクトロニクス材料。
(12)さらに、ドーパントを含むことを特徴とする前記(1)〜(11)のいずれかに記載の有機エレクトロニクス材料。
(13)さらに、重合開始剤を含むことを特徴とする前記(1)〜(12)のいずれかに記載の有機エレクトロニクス材料。
(14)前記重合開始剤が熱重合開始剤である前記(13)に記載の有機エレクトロニクス材料。
(15)前記重合開始剤がイオン性化合物である前記(13)に記載の有機エレクトロニクス材料。
(16)前記重合開始剤がドーパントとしても機能していることを特徴とする前記(14)又は(15)記載の有機エレクトロニクス材料。
(17)前記(1)〜(16)のいずれかに記載の有機エレクトロニクス材料を含むインク組成物。
(18)前記(1)〜(16)のいずれかに記載の有機エレクトロニクス材料又は前記(17)に記載のインク組成物を用いて作製された有機薄膜。
(19)前記(18)に記載の有機薄膜を含む有機エレクトロニクス素子。
(20)前記(18)に記載の有機薄膜を含む有機エレクトロルミネセンス素子。
(21)少なくとも基板、陽極、正孔注入層、発光層および陰極を積層し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、前記(18)に記載の有機薄膜からなる層である有機エレクトロルミネセンス素子。
(22)少なくとも基板、陽極、正孔輸送層、発光層および陰極を積層し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、前記(18)に記載の有機薄膜からなる層である有機エレクトロルミネセンス素子。
(23)少なくとも基板、陽極、発光層および陰極を積層し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、前記(18)に記載の有機薄膜からなる層である有機エレクトロルミネセンス素子。
(24)発光色が白色であることを特徴とする前記(20)〜(23)のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
(25)基板が、フレキシブル基板であることを特徴とする前記(20)〜(24)のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
(26)基板が、樹脂フィルムであることを特徴とする前記(20)〜(25)のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
(27)前記(20)〜(26)のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス素子を備えた表示素子。
(28)前記(20)〜(26)のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス素子を備えた照明装置。
(29)前記(28)に記載の照明装置と、表示手段として液晶素子と、を備えた表示装置。
(30)少なくとも、イオン化合物と、電荷輸送性ユニットを有する化合物(以下、電荷輸送性化合物と呼ぶ)とを含有する有機エレクトロニクス材料であって、前記イオン化合物が、対カチオンと対アニオンからなり、前記対カチオンが、H、炭素カチオン、窒素カチオン、酸素カチオン、遷移金属を有するカチオンのいずれか1種または2種以上であることを特徴とする有機エレクトロニクス材料。
(31)前記炭素カチオンが三級炭素カチオンであることを特徴とする前記(30)に記載の有機エレクトロニクス材料。
(32)前記窒素カチオンが、第三級もしくは第四級窒素カチオンであることを特徴とする前記(30)又は(31)に記載の有機エレクトロニクス材料。
(33)前記対アニオンが、フルオロリン酸イオン類、フッ素化アルキルフルオロリン酸イオン類、ホウ酸イオン類、フルオロアンチモン酸イオン類のいずれか1種または2種以上であることを特徴とする前記(30)〜(32)のいずれかに記載の有機エレクトロニクス材料。
(34)前記電荷輸送性化合物が、トリアリールアミン、カルバゾール、チオフェンから選ばれる少なくとも1つの構造を有することを特徴とする前記(30)〜(33)のいずれかに記載の有機エレクトロニクス材料。
(35)前記電荷輸送性化合物が、下記一般式(1a)〜(7a)で表される正孔輸送性を有する繰り返し単位を含むポリマー又はオリゴマーであることを特徴とする前記(30)〜(33)いずれかに記載の有機エレクトロニクス材料。
Figure 0006032262
(式中、Ar〜Ar20は、それぞれ独立に炭素数2〜30個のアリール基もしくはヘテロアリール基、または、置換もしくは非置換のアリーレン基、ヘテロアリーレン基を表す。ここで、アリール基とは芳香族炭化水素から水素原子1個を除いた原子団であり、ヘテロアリール基とは、ヘテロ原子を有する芳香族化合物から水素原子1個を除いた原子団を表す。Rはそれぞれ独立に−R、−OR、−SR、−OCOR、−COOR、−SiRまたは一般式(2a)〜(4a)(ただし、R〜Rは、水素原子、炭素数1〜22個の直鎖、環状もしくは分岐アルキル基、または炭素数2〜30個のアリール基もしくはヘテロアリール基を表す。)を表す。ここで、アリーレン基とは芳香族炭化水素から水素原子2個を除いた原子団であり、ヘテロアリーレン基とは、ヘテロ原子を有する芳香族化合物から水素原子2個を除いた原子団である。Xは前記Rのうち、水素原子を1つ以上有する基から、さらに1つの水素原子を除去した基を表す。)
(36)さらに、電荷輸送性化合物が、1つ以上の重合可能な置換基を有することを特徴とする前記(30)〜(35)いずれかに記載の有機エレクトロニクス材料。
(37)前記重合可能な置換基が、オキセタン、エポキシ、及びビニルエーテルのうちのいずれかであることを特徴とする前記(36)に記載の有機エレクトロニクス材料。
(38)さらに、溶媒を含むことを特徴とする前記(30)〜(37)のいずれかに記載の有機エレクトロニクス材料。
(39)前記イオン化合物が電子受容性化合物であり、前記電荷輸送性化合物が前記イオン化合物により一電子酸化されうることを特徴とする前記(30)〜(38)のいずれかに記載の有機エレクトロニクス材料。
(40)前記(30)〜(39)のいずれかに記載の有機エレクトロニクス材料を、基板上に塗布し成膜した層を有することを特徴とする有機エレクトロニクス素子。
(41)成膜した層を不溶化したことを特徴とする前記(40)に記載の有機エレクトロニクス素子。
(42)不溶化した層上に、さらに別の層を成膜し、多層化したことを特徴とする前記(41)に記載の有機エレクトロニクス素子。
(43)基板が、樹脂フィルムであることを特徴とする前記(40)〜(42)のいずれかに記載の有機エレクトロニクス素子。
(44)前記(30)〜(39)のいずれかに記載の有機エレクトロニクス材料より形成された層を有することを特徴とする有機エレクトロルミネセンス素子。
(45)少なくとも基板、陽極、正孔注入層、重合層、発光層および陰極を積層してなる有機エレクトロルミネセンス素子であって、前記重合層が、前記(40)〜(39)のいずれかに記載の有機エレクトロニクス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。
(46)少なくとも基板、陽極、重合層、正孔輸送層、発光層および陰極を積層してなる有機エレクトロルミネセンス素子であって、前記重合層が、前記(40)〜(39)のいずれかに記載の有機エレクトロニクス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。
(47)発光色が白色であることを特徴とする前記(40)〜(46)のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
(48)基板が、フレキシブル基板であることを特徴とする前記(45)〜(47)のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
(49)基板が、樹脂フィルムであることを特徴とする前記(45)〜(47)のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
(50)前記(44)〜(49)のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス素子を備えた表示素子。
(51)前記(44)〜(49)のいずれかに記載の有機エレクトロルミネセンス素子を備えた照明装置。
(52)前記(51)に記載の照明装置と、表示手段として液晶素子と、を備えた表示装置。
(53)さらに、対カチオンと対アニオンからなり、前記対カチオンが、H、炭素カチオン、窒素カチオン、酸素カチオン、遷移金属を有するカチオンのいずれか1種または2種以上であるイオン化合物を含む前記(1)〜(16)のいずれかに記載の有機エレクトロニクス材料。
本出願は、同出願人により先にされた日本国特許出願、すなわち、2009−131931(出願日2009年6月1日)に基づく優先権主張を伴うものであって、この明細書を参照のためにここに組み込むものとする。
本発明によれば、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、有機薄膜層の多層化を容易に行うことができ、また低温で十分な溶解度の変化が得られるため、樹脂基板のようなフレキシブルな基板にも適用することができる有機エレクトロニクス材料及びそれぞ含むインク組成物を提供することができる。さらに、本発明によれば、該有機エレクトロニクス材料または該インク組成物を用いて形成された有機薄膜、該有機薄膜を用いた従来よりも優れた発光効率、発光寿命を有する有機エレクトロニクス素子、有機EL素子、照明装置およびそれらを含む表示装置を提供することができる。
また、本発明によれば、駆動電圧の低減や安定した長時間駆動が可能な有機エレクトロニクス素子を作製しうる、塗布法で低温硬化が可能な有機エレクトロニクス材料と、それを用いた多層化有機エレクトロニクス素子、有機エレクトロルミネセンス素子、表示素子及び照明装置を提供することが可能となった。イオン化合物と電荷輸送化合物を含有させることにより、駆動電圧低減や安定した長時間駆動が可能な有機エレクトロニクス素子、特に有機EL素子を提供することができる。
多層化された有機EL素子の一例を示す模式図である。
本発明の有機エレクトロニクス材料は、第1の態様によると、3方向以上に分岐する構造を有し、かつ少なくとも1つの重合性置換基を有するポリマー又はオリゴマーを含むことを特徴とするものである。
本発明における「3方向以上に分岐する構造」とは、ポリマー又はオリゴマーの主鎖が直線状ではなく、任意の場所において枝分かれしている構造のことであり、以下、その詳細について述べる。
[3方向以上に分岐する構造]
本発明に係るポリマー又はオリゴマーは、十分な重合反応を進行させるための温度を下げる観点から、3方向以上に分岐した構造を有する。また、この分岐した構造はポリマー又はオリゴマーのガラス転移温度を高くすることができ、ポリマー又はオリゴマーの耐熱性向上にも寄与する。
この分岐した構造とは、ポリマー又はオリゴマー1分子中の種々の鎖の中で、最も重合度の大きくなる鎖を主鎖とした時に、主鎖に対して重合度が同じか、それよりは重合度の小さい側鎖が連結していることを指す。本発明において重合度とは、ポリマー又はオリゴマーを合成する際に用いられるモノマー単位が、ポリマー又はオリゴマー1分子当たりにいくつ含まれるかを表す。本発明において側鎖は、ポリマー又はオリゴマーの主鎖とは異なる鎖であり、少なくとも1つ以上の重合単位を有しているものをいい、それ以外は側鎖ではなく置換基とみなす。
分岐した構造を形成する方法としては、1分子中に重合可能な部位を3ヶ所以上有するモノマーを用いてポリマー又はオリゴマーを形成してもよいし、直線状のポリマー又はオリゴマーを形成した後に、それら同士を重合させることで形成してもよく、特に限定されない。
具体的には、前記ポリマー又はオリゴマー中の分岐構造を形成する起点となる単位として、下記一般式(1)〜(10)の構造のうちいずれか1種を含むことが好ましい。
Figure 0006032262
(式中、Arは、それぞれ独立に2価の連結基を表し、炭素数2〜30個のアリーレン基、もしくはヘテロアリーレン基を表す。アリーレン基とは芳香族炭化水素から水素原子2個を除いた原子団であり置換基を有していてもよく、例えば、フェニレン、ビフェニル−ジイル、ターフェニル−ジイル、ナフタレン−ジイル、アントラセン−ジイル、テトラセン−ジイル、フルオレン−ジイル、フェナントレン−ジイル等が挙げられる。ヘテロアリール基とは、ヘテロ原子を有する芳香族化合物から水素原子2個を除いた原子団であり置換基を有していてもよく、例えば、ピリジン−ジイル、ピラジン−ジイル、キノリン−ジイル、イソキノリン−ジイル、アクリジン−ジイル、フェナントロリン−ジイル、フラン−ジイル、ピロール−ジイル、チオフェン−ジイル、オキサゾール−ジイル、オキサジアゾール−ジイル、チアジアゾール−ジイル、トリアゾール−ジイル、ベンゾオキサゾール−ジイル、ベンゾオキサジアゾール−ジイル、ベンゾチアジアゾール−ジイル、ベンゾトリアゾール−ジイル、ベンゾチオフェン−ジイル等が挙げられる。Wは、3価の連結基を表し、前記アリーレン基またはヘテロアリーレン基からさらに水素原子1個を除いた原子団であり置換基を有していてもよい。Yは、それぞれ独立に2価の連結基を表す。Zは、炭素原子、ケイ素原子、リン原子のいずれかを表す。)
前記一般式(1)、(7)におけるYとしては、以下の式で表される2価の連結基であることが好ましい。
Figure 0006032262
(式中、Rはそれぞれ独立に水素原子、炭素数1〜22個の直鎖、環状もしくは分岐アルキル基、または炭素数2〜30個のアリール基もしくはヘテロアリール基を表す。ここで、アリール基とは、芳香族炭化水素から水素原子一個を除いた原子団であり、置換基を有していてもよく、ヘテロアリール基とは、ヘテロ原子を有する芳香族化合物から水素原子1個を除いた原子団であり、置換基を有していてもよい。)
[電荷輸送基]
また、本発明におけるポリマー又はオリゴマーは正孔又は電子の輸送能を発現するために少なくとも1つの「電荷輸送基」を含むことが好ましい。ここで、上記「電荷輸送基」とは、ポリマー又はオリゴマーに正孔または電子を輸送する機能を持たせる置換基のことであり、以下、その詳細について述べる。
上記電荷輸送基は、正孔または電子を輸送する能力を有していればよく、特に限定されないが、芳香環を有するアミンやカルバゾール、チオフェン、フルオレン、フェニレン、ビフェニレン、ターフェニレン、ナフタレン、アントラセン、テトラセン、フェナントレン、ピリジン、ピラジン、キノリン、イソキノリン、アクリジン、フラン、ピロール、オキサゾール、オキサジアゾール、チアジアゾール、トリアゾール、ベンゾオキサゾール、ベンゾオキサジアゾール、ベンゾチアジアゾール、ベンゾトリアゾール、ベンゾチオフェンであることが好ましい。特に正孔を輸送する観点からは、芳香族アミン、カルバゾール、チオフェン、フルオレン、フェニレン、ピロール部位を含む構造が好ましく、電子を輸送する観点からは、フルオレン、フェニレン、フェナントレン、ピリジン、キノリン部位を含む構造が好ましく、例えば、下記一般式で表される部分構造を有することが好ましい。
Figure 0006032262
Figure 0006032262
(上記一般式において、Rは、それぞれ独立に、水素原子、ハロゲン原子、炭素数1〜22個の直鎖、環状もしくは分岐アルキル基、アルケニル基、アルキニル基、アルコキシ基または炭素数2〜30個のアリール基もしくはヘテロアリール基を表す。ここで、アリール基とは、芳香族炭化水素から水素原子一個を除いた原子団であり、置換基を有していてもよく、ヘテロアリール基とは、ヘテロ原子を有する芳香族化合物から水素原子1個を除いた原子団であり、置換基を有していてもよい。また、隣接するR同士が結合して環を形成していてもよい。Arは、それぞれ独立に炭素数2〜30個のアリーレン基、もしくはヘテロアリーレン基を表す。アリーレン基とは芳香族炭化水素から水素原子2個を除いた原子団であり置換基を有していてもよく、例えば、フェニレン、ビフェニル−ジイル、ターフェニル−ジイル、ナフタレン−ジイル、アントラセン−ジイル、テトラセン−ジイル、フルオレン−ジイル、フェナントレン−ジイル等が挙げられる。ヘテロアリール基とは、ヘテロ原子を有する芳香族化合物から水素原子2個を除いた原子団であり置換基を有していてもよく、例えば、ピリジン−ジイル、ピラジン−ジイル、キノリン−ジイル、イソキノリン−ジイル、アクリジン−ジイル、フェナントロリン−ジイル、フラン−ジイル、ピロール−ジイル、チオフェン−ジイル、オキサゾール−ジイル、オキサジアゾール−ジイル、チアジアゾール−ジイル、トリアゾール−ジイル、ベンゾオキサゾール−ジイル、ベンゾオキサジアゾール−ジイル、ベンゾチアジアゾール−ジイル、ベンゾトリアゾール−ジイル、ベンゾチオフェン−ジイル等が挙げられる。)
[重合性置換基]
また、本発明におけるポリマー又はオリゴマーは、重合反応により硬化して溶剤への溶解度を変化させる観点から、「重合置換基」を少なくとも1つ有することが好ましい。ここで、上記「重合性置換基」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、以下、その詳細について述べる。
上記重合性置換基としては、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、アクリル基、アクリレート基、アクリルアミド基、メタクリル基、メタクリレート基、メタクリルアミド基、アレーン基、アリル基、ビニルエーテル基、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(たと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、またはシロキサン誘導体を含有する基等が挙げられる。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。重合性置換基としては、特に、オキセタン基、エポキシ基、ビニル基、アクリレート基、メタクリレート基が好ましく、反応性、有機エレクトロニクス素子の特性の観点からオキセタン基、エポキシ基がより好ましく、例えば、下記式で表される基が挙げられる。重合性置換基の自由度を上げ、硬化反応を生じさせやすくする観点からは、ポリマー又はオリゴマーの主鎖と重合性置換基が、炭素数1〜8のアルキル鎖で連結されていることがより好ましい。また、ITOなどの親水性電極との親和性を上げる観点からは、前記アルキル鎖がエチレングリコールやジエチレングリコールなどの親水性基であるとより好ましい。また、対応するモノマーの調整が容易になる観点からは、前記アルキル鎖の末端部、すなわち重合性置換基との連結部、ポリマー又はオリゴマー主鎖との連結部において、エーテル結合を有していてもよい。
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重合性置換基は、3方向以上に分岐を有するポリマー又はオリゴマーの主鎖に導入されていても、側鎖に導入されていてもよく、主鎖と側鎖の両方に導入されていてもよい。また、主鎖および/または側鎖の末端にのみ導入されている場合、重合性置換基の数に対して電荷輸送基の数が大きくなり、電荷輸送性を高くできる点で特に好ましい。
また、重合性置換基は、100℃前後の温度でも十分な溶解度変化させ不溶化した膜を作製できる観点から、ポリマー又はオリゴマー1分子に対して3つ以上導入されていることが好ましい。当該重合性置換基は、その数が多ければ多いほど低温硬化に寄与するが、あまりに多すぎると正孔輸送性に悪影響を及ぼすため、そのことを考慮して重合性置換基を導入することが好ましい。
重合性置換基をポリマー又はオリゴマーに導入する方法としては、合成系中に重合性置換基を有するモノマーを共存させて主鎖を形成するモノマーと共重合させてもよいし、ポリマー又はオリゴマーの主鎖を形成後にさらに重合性置換基を有するモノマーと反応させることで導入してもよく、特に制限はない。重合性置換基を有するポリマー又はオリゴマーを簡便に合成できる観点から、合成系中に重合性置換基を有するモノマーを共存させる方法がより好ましい。
また、重合反応後に十分な溶解度の変化を得るために、ポリマー又はオリゴマーは重合性置換基を1分子中に3つ以上有することが好ましい。ポリマー又はオリゴマー1分子中の重合性置換基の数については、ポリマー又はオリゴマーの分子量と、ポリマー又はオリゴマーのH NMRスペクトルにおけるオキセタン基、エポキシ基、ビニル基、アクリレート基、メタクリレート基などに由来するシグナルの積分値と積分値全体の比により見積もることが可能である。これより少ないと、溶解度の変化が十分でないために、溶剤に再溶解してしまい積層することが困難になる恐れがある。
また、本発明におけるポリマー又はオリゴマーは、ポリマー鎖又はオリゴマー鎖同士が絡み合って、溶解度の変化が得やすくなる、ポリマー又はオリゴマーのガラス転移点が高くなり耐熱性が向上するの観点から、下記一般式で表される部分構造を含むことが好ましい。
Figure 0006032262
(式中、A,Aはそれぞれ独立に3価の連結基、A,Aはそれぞれ独立に4価の連結基を表し、L〜L10はそれぞれ独立に2価の連結基を表し、Xは2価の連結基を表し、nは1以上の整数を表し、mは、1または1からnまでの整数を表す。)
前記A,Aで表される3価の連結基としては、既述のポリマー又はオリゴマーに含まれる分岐構造において例示した一般式(1)、(2)、(5)(6)が好ましく、A,Aで表される4価の連結基としては、同一般式(3)、(4)、(7)、(8)、(9)、(10)が好ましい。
また、前記L〜L10又はXで表される2価の連結基、としては、既述の一般式(4)又は(7)中のYの説明において例示した2価の基、又は電子輸送性基の説明において例示した2価の基が好ましい。
[ポリマー又はオリゴマーの製造方法]
本発明で用いるポリマー又はオリゴマーは、種々の当業者公知の合成法により製造できる。例えば、芳香族環を有するモノマー同士をカップリングさせることで、ポリマーまたはオリゴマーを製造する場合には、ヤマモト(T. Yamamoto)らのBull. Chem. Soc. Jap.、51巻、7号、2091頁(1978)およびゼンバヤシ(M. Zembayashi)らのTetrahedron. Lett., 47巻4089頁(1977)に記載されている方法e、スズキ(A. Suzuki)によりSynthetic Communications, Vol.11, No.7, p.513 (1981)において報告されている方法、ブッフバルト(S. L. Buchwald)やハートウィッグ(J. F. Hartwig)らのTetrahedron Lett., 21巻3609頁(1995)に記載されている方法、ミギタ(T. Migita)、コスギ(M. Kosugi)やスティル(J. K. Stille)らのAngew. Chem. Int. Ed. Engl.25号508頁(1986)に記載されている方法を用いることができるが、特に限定はされない。スズキらの反応は、芳香族ボロン酸(boronic acid)誘導体と芳香族ハロゲン化物の間でPd触媒クロスカップリング反応(通常、「鈴木反応」と呼ばれる)を起こさしめるものであり、対応する芳香族環同士を結合する反応に用いることにより、本発明で用いるポリマー又はオリゴマーを簡便に製造することができる点で好ましい。
鈴木反応には、主にPd(0)またはPd(II)化合物を触媒として用いるが、近年ではNi化合物を使用した例もあり、どちらも利用できる。Pd化合物を用いる場合、Pd(PPh(テトラキス(トリフェニルホスフィン)パラジウム(0))、Pd(dppf)Cl([1,1’−ビス(ジフェニルホスフィノ)フェロセン]パラジウム(II)ジクロリド)、Pd(dppe)Cl([1,2−ビス(ジフェニルホスフィノ)エタン]パラジウム(II)ジクロリド)などホスフィン配位子を有するPd化合物を直接用いることもできるし、トリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(0)、酢酸パラジウム(II)などを前駆体とし、ホスフィン配位子と系中で混合することで、触媒種を発生させることもできる。この際のホスフィン配位子としては、P(t−Bu)(トリス(t−ブチル)ホスフィン)、トリブチルホスフィン、P(c−hex)(トリシクロヘキシルホスフィン)など公知・市販のホスフィン化合物を利用することができる。触媒種の濃度は、反応させるモノマーに対して、0.01〜5mol%程度の任意の範囲で反応させることができる。反応溶媒としては、水と有機溶媒の混合溶媒系が主に使用され、有機溶媒としては、ジメトキシエタン、トルエン、アニソール、テトラヒドロフラン、アセトン、アセトニトリル、N,N−ジメチルホルムアミドなどが使用できる。また、塩基として、NaCO,KCOなどのアルカリ金属の炭酸塩やNaOH,KOHなどのアルカリ金属の水酸化物、トリエチルアミン、KPOのほか、TMAH(テトラメチルアンモニウムヒドロキシド),TEAH(テトラエチルアンモニウムヒドロキシド)などの水溶性有機塩基を使用することもできる。また、相関移動触媒を添加して反応を促進することも可能であり、代表的なものとしては、TBAB(テトラブチルアンモニウムブロミド)やAliquat(登録商標)336(Aldrich製,トリオクチルメチルアンモニウムクロリドとトリカプリリルメチルアンモニウムクロリドの混合物)があげられる。
本発明で用いるポリマー又はオリゴマーを、鈴木反応によって製造する場合の例を以下の<1>〜<3>に示すが、本発明におけるポリマー又はオリゴマーの合成法はこれに限定されるものではない。
<1>3方向に分岐する構造を形成する起点となるモノマー(I)と、(I)とカップリングしうるモノマー(II)と、重合性置換基を含有し、(II)とカップリングしうるモノマー(III)のカップリング
Figure 0006032262
<2>3方向に分岐する構造を形成する起点となるモノマー(IV)と、(IV)とカップリングしうるモノマー(V)と、(V)とカップリングしうるモノマー(VI)と、重合性置換基を有し(V)とカップリングしうるモノマー(VII)のカップリング
Figure 0006032262
<3>4方向に分岐する構造を形成する起点となるモノマー(VIII)、(VIII)とカップリングしうるモノマー(IX)、重合性置換基を有し(IX)とカップリングしうるモノマーのカップリング
Figure 0006032262
また、本発明におけるポリマー又はオリゴマーの構造の例として、上記<1>〜<3>の合成により得られる化合物の構造例を以下の<4>〜<6>に示す。なお、下記式は説明的に示すものであり繰り返し単位の数を示すものではない。また、重合性置換基が導入されるが、一部水素原子又はハロゲン原子が結合していてもよい。
<4><1>のカップリング反応により得られる化合物の構造例
Figure 0006032262
<5><2>のカップリング反応により得られる化合物の構造例
Figure 0006032262
<6><3>のカップリング反応により得られる化合物の構造例
Figure 0006032262
[分子量及び重合度]
また、本発明におけるポリマー又はオリゴマーの数平均分子量は、1,000以上1,000,000以下であることが好ましく、2,000以上、800,000以下であることがより好ましい。さらに好ましくは、3,000以上、600,000である。分子量が1,000未満であると結晶化しやすく製膜安定性が低下する傾向があり、1,000,000を越えると溶剤への溶解度が低下して塗布作業性に劣る、インク組成物を作製するのが困難になる傾向がある。なお、ポリマー又はオリゴマーの数平均分子量は、ゲル浸透クロマトグラフィーを用いて、ポリスチレン換算で測定したときの数平均分子量のことである。
本発明で用いるポリマーまたはオリゴマーの重合度は、5以上1,000以下が好ましく、10以上500以下がより好ましい。nが小さすぎると製膜安定性が低下し、大きすぎると溶解度が低下する傾向がある。
また、本発明におけるポリマー又はオリゴマーの多分散度は、1.0より大きいことが好ましく、有機エレクトロニクス素子の特性のバラツキを抑える観点からは、1.1以上、5.0以下がより好ましく、1.2以上、3.0以下が最も好ましいが、一方で分子量分布を調整することなくポリマー又はオリゴマーを簡便に合成する観点からは、1.1以上、20.0以下がより好ましく、1.2以上、15.0以下が最も好ましい。多分散度が小さすぎると、成膜後に凝集しやすくなる傾向があり、大きすぎると素子特性が低下する傾向がある。なお、ポリマー又はオリゴマーの多分散度は、ゲル浸透クロマトグラフィーを用いて、ポリスチレン換算で測定したときの(重量平均分子量/数平均分子量)のことである。
[重合開始剤]
本発明の有機エレクトロニクス材料は、上記ポリマー又はオリゴマーの他に、重合性置換基を重合させるために、さらに重合開始剤を含んでいることが好ましい。この重合開始剤としては、熱、光、マイクロ波、放射線、電子線の印加およびこれらの併用によって、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、特に限定されないが、放射線照射、光照射また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)、加熱によって重合を開始させるもの(以後、熱開始剤と記す)であることが重合を簡便に開始できる観点からより好ましい。光開始剤としては、200nmから800nmの光照射、熱開始剤としては300℃以下の加熱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、特に限定されないが、例えば、重合可能な置換基がオキセタン基の場合には、対カチオンと対アニオンからなるイオン性化合物が反応性の観点から好ましく、以下その詳細について述べる。
[対カチオン]
対カチオンとしては、H、カルベニウムイオン、アンモニムイオン、アニリニウムイオン、ピリジニウムイオン、イミダゾリウムイオン、ピロリジニウムイオン、キノリニウムイオン、イモニウムイオン、アミニウムイオン、オキソニウムイオン、ピリリニウムイオン、クロメニリウム、キサンチリウムイオン、ヨードニウムイオン、スルホニウムイオン、ホスホニウムイオン、トロピリウムイオン、遷移金属を有するカチオンなどがあげられ、反応性の観点からH+、カルベニウムイオン、アニリニウムイオン、アミニウムイオン、ヨードニウムイオン、スルホニウムイオン、ホスホニウムイオン、トロピリウムイオンが好ましい。
[対アニオン]
対アニオンとしては、従来公知のアニオンであればいかなるものでもよく、例えば、F-、Cl-、Br-、I-などのハロゲンイオン;OH-;ClO4 -;FSO3 -、ClSO3 -、CH3SO3 -、C65SO3 -、CF3SO3 -などのスルホン酸イオン類;HSO4 -、SO4 2-などの硫酸イオン類;HCO3 -、CO3 2-などの炭酸イオン類;H2PO4 -、HPO4 2-、PO4 3-などのリン酸イオン類;PF6 -、PF5OH-などのフルオロリン酸イオン類、[(CF3CF23PF3-、[(CF3CF2CF23PF3-、[((CF32CF)3PF3-、[((CF32CF)2PF4-、[((CF32CFCF23PF3-および[((CF32CFCF22PF4-などのフッ素化アルキルフルオロリン酸イオン類;(CFSO、(CFSOなどのフルオロアルカンスルホニルメチド、イミドイオン類、BF4 -、B(C654 -、B(C64CF3)4 -などのホウ酸イオン類、SbF6 -、SbF5OH-などのフルオロアンチモン酸イオン類、あるいはAsF6-、AsF5OH-などのフルオロヒ素酸イオン類、AlCl4 -、BiF6があげられるが、有機エレクトロニクス素子の駆動電圧の低減、前述のカチオンと組合わせたときに、低温硬化が可能な重合開始剤となることから、PF6 -、PF5OH-などのフルオロリン酸イオン類、[(CF3CF23PF3-、[(CF3CF2CF23PF3-、[((CF32CF)3PF3-、[((CF32CF)2PF4-、[((CF32CFCF23PF3-および[((CF32CFCF22PF4-などのフッ素化アルキルフルオロリン酸イオン類;(CFSO、(CFSOなどのフルオロアルカンスルホニルメチド,イミドイオン類、BF4 -、B(C654 -、B(C64CF3)4 -などのホウ酸イオン類、SbF6 -、SbF5OH-などのフルオロアンチモン酸イオン類が好ましい。
なお、対カチオン及び対アニオンは、上記以外に、後述する本発明の第2の態様に係るイオン化合物において例示したものを用いてもよい。
また、上記開始剤が光開始剤の場合、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。
また、重合開始剤の配合割合は、有機エレクトロニクス材料の全重量に対して0.1重量%から30重量%の範囲であることが好ましく、0.2重量%から25重量%の範囲であることがより好ましく、0.5から20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%未満であると溶解度の変化が十分でないために積層化が困難になる傾向があり、30重量%を越えると薄膜中に残存する重合開始剤および/または分解物によって素子特性が低下する傾向がある。
また、本発明の有機エレクトロニクス材料は、電荷輸送性を向上させるためにドーパントを含むことが好ましく、以下その詳細について述べる。
[ドーパント]
本発明におけるドーパントとは、本発明のポリマー又はオリゴマーに添加することでドーピング効果を発現させて電荷の輸送性を向上しうるものであればよく、特に制限はない。ドーピング効果には、ドーパントが電子受容体として働くp型ドーピング、ドーパントが電子供与体として働くn型ドーピングがあるが、本発明におけるドーパントはp型ドーピング、n型ドーピングのいずれを発現させるドーパントでもよい。正孔輸送性の向上にはp型ドーピング、電子輸送性の向上にはn型ドーピングを行うことが好ましい。また、ドーパント種の数に限定はなく、複数のドーパントを混合して添加してもよい。
上記p型ドーピングに用いられるドーパントとしては、電子受容性化合物、具体的にはルイス酸、プロトン酸、遷移金属化合物、イオン化合物、ハロゲン化合物、があげられる。ルイス酸としては、FeCl,PF,AsF,SbF,BF,BCl,BBr、プロトン酸としては、HF,HCl,HBr,HNO,HSO,HClO等の無機酸、ベンゼンスルホン酸,p−トルエンスルホン酸,ドデシルベンゼンスルホン酸,ポリビニルスルホン酸,メタンスルホン酸,トリフルオロメタンスルホン酸、トリフルオロ酢酸、1−ブタンスルホン酸,ビニルフェニルスルホン酸,カンファスルホン酸等の有機酸、遷移金属化合物としては、FeOCl,TiCl,ZrCl,HfCl,NbF,AlCl,NbCl,TaCl,MoF、イオン化合物としては、テトラキス(ペンタフルオロフェニル)ホウ酸イオン,トリス(トリフルオロメタンスルホニル)メチドイオン,ビス(トリフルオロメタンスルホニル)イミドイオン,ヘキサフルオロアンチモン酸イオン,AsF (ヘキサフルオロ砒酸イオン),BF (テトラフルオロホウ酸イオン),PF (ヘキサフルオロリン酸イオン)などの公知のパーフルオロアニオン、前記無機酸,有機酸の共役塩基アニオンを有するイオン化合物、ハロゲン化合物としては、Cl、Br,I,ICl、ICl、IBr、IFなどがあげられる。また、TCNE(テトラシアノエチレン)、TCNQ(テトラシアノキノジメタン)など、特許第4058842号、特許第4186758号、及び特許第3996036号の各公報に記載のその他の電子受容性化合物を用いることもできる。好ましくは、ルイス酸、イオン化合物、TCNE,TCNQなどその他の電子受容性化合物である。
上記n型ドーピングに用いられるドーパントとしては、LiやCsなどのアルカリ金属、Mgなどのアルカリ土類金属、LiF、CsCOなどのアルカリ金属/アルカリ土類金属の塩、種々の金属錯体、その他の電子供与性有機化合物を用いることができる。
また、本発明においては、簡便に有機エレクトロニクス材料を調製できる観点から、重合開始剤とドーパントが同一の化合物であることが好ましい。
[添加剤]
本発明の有機エレクトロニクス材料は、単独で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材料は、単独で有機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。さらに、種々の添加剤を添加させた状態でも有機エレクトロニクス素子や有機EL素子に使用することができる。添加剤としては、例えば、有機EL素子の発光層に用いるのであれば前記重合開始剤およびドーパントの他、IrやPtなどの中心金属を含む金属錯体、発光色素などが、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、電子輸送層、電子注入層に用いるのであれば、前記ドーパントの他、酸化剤、還元剤、酸化防止剤、還元防止剤、安定剤等を添加してもよい。
[インク組成物]
本発明のインク組成物は、既述の本発明の有機エレクトロニクス材料を含むことを特徴としている。以下その詳細について述べる。本発明のインク組成物とは、前記有機エレクトロニクス材料と該材料を溶解あるいは分散しうる溶媒とを含んでいればよく、その他の添加剤、例えば重合禁止剤、安定剤、増粘剤、ゲル化剤、難燃剤、酸化防止剤、還元防止剤、酸化剤、還元剤、表面改質剤、乳化剤、消泡剤、分散剤、界面活性剤などを含んでいてもよい。溶媒としては、水やメタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール、ペンタン、ヘキサン、オクタン等のアルカン、シクロヘキサン等の環状アルカン、ベンゼン、トルエン、キシレン、メシチレン、テトラリン、ジフェニルメタン等の芳香族溶媒、エチレングリコールジメチルエーテル、エチレングリコールジエチルエーテル、プロピレングリコール−1−モノメチルエーテルアセタート等の脂肪族エーテル、1,2−ジメトキシベンゼン、1,3−ジメトキシベンゼン、アニソール、フェネトール、2−メトキシトルエン、3−メトキシトルエン、4−メトキシトルエン、2,3−ジメチルアニソール、2,4−ジメチルアニソール等の芳香族エーテル、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、乳酸エチル、乳酸n−ブチル等の脂肪族エステル、酢酸フェニル、プロピオン酸フェニル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、安息香酸n−ブチル等の芳香族エステル、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド等のアミド系溶媒、その他、ジメチルスルホキシド、テトラヒドロフラン、アセトン、クロロホルム、塩化メチレンなどが挙げられるが、好ましくは芳香族溶媒、脂肪族エステル、芳香族エステル、脂肪族エーテル、芳香族エーテルである。
[有機薄膜]
本発明の有機薄膜は、既述の本発明の有機エレクトロニクス材料又はインク組成物を用いて作製される。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ポリマーまたはオリゴマー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作製することができる。このような作業を繰り返すことで塗布法により形成される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。
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、特に限定されないが、前記インク組成物に用いるものと同じものを挙げることができる。
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。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20〜180℃、特に好ましくは60〜120℃で実施することができる。特に120℃以下での処理においては樹脂基板の適用が可能になり、有機エレクトロニクス素子の製造コストを削減することができる。
次いで、本発明の第2の態様による有機エレクトロニクス材料について説明する。
本発明の第2の態様による有機エレクトロニクス材料は、少なくとも、イオン化合物と、電荷輸送性ユニットを有する化合物(以下、電荷輸送性化合物と呼ぶ)とを含有する有機エレクトロニクス材料であって、前記イオン化合物が、対カチオンと対アニオンからなり、前記対カチオンが、H、炭素カチオン、窒素カチオン、酸素カチオン、遷移金属を有するカチオンのいずれか1種または2種以上であることを特徴とする。
本発明の第2の態様による有機エレクトロニクス材料は、特定の対カチオンを有するイオン化合物と電子輸送性化合物とを含むことにより、当該材料を用いた有機エレクトロニクス素子の駆動電圧の低減や、安定した長時間駆動が可能となる。
以下に先ず、対カチオンについて説明する。
[対カチオン]
(炭素カチオン)
炭素カチオンとして、第一級炭素カチオン、第二級炭素カチオン、第三級炭素カチオンが例示される。このなかで、第二級炭素カチオン、第三級炭素カチオンが材料の安定性と後述のアニオンと組合わせたときに、低温で硬化が可能な重合開始剤となることから好ましく、第三級炭素カチオンがもっとも好ましい。また、トリフェニルカルボニウムカチオン、トリ(メチルフェニル)カルボニウムカチオン、トリ(ジメチルフェニル)カルボニウムカチオンなどが例示される。
(窒素カチオン)
窒素カチオンとして、NH 、第一級窒素カチオン、第二級窒素カチオン、第三級窒素カチオン、第四級窒素カチオンが例示される。ここで、第一級窒素カチオンとはNが水素原子3つと結合し、その他の結合が水素以外の原子と結合した化合物を示し、第二級窒素カチオンとはNが水素原子2つと結合し、その他の結合が水素以外の原子と結合した化合物を示し、第三級窒素カチオンとはNが水素原子1つと結合し、その他の結合が水素以外の原子と結合した化合物を示し、第四級アンモニウムカチオンとはNが水素以外の原子と結合した化合物を示す。
具体的にはn−ブチルアンモニウム、ジメチルアンモニウム、トリメチルアンモニウム、トリエチルアンモニウム、トリイソプロピルアンモニウム、トリ−n−ブチルアンモニウム、テトラメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、テトラ−n−ブチルアンモニウム、N,N−ジメチルシクロヘキシルアンモニウム、テトラメチルアンモニウム、エチルトリメチルアンモニウム、ジエチルジメチルアンモニウム、トリエチルメチルアンモニウム、テトラエチルアンモニウム、トリメチル−n−プロピルアンモニウム、トリメチルイソプロピルアンモニウム、トリメチル−n−ブチルアンモニウム、トリメチルイソブチルアンモニウム、トリメチル−t−ブチルアンモニウム、トリメチル−n−ヘキシルアンモニウム、ジメチルジ−n−プロピルアンモニウム、ジメチルジイソプロピルアンモニウム、ジメチル−n−プロピルイソプロピルアンモニウム、メチルトリ−n−プロピルアンモニウム、メチルトリイソプロピルアンモニウム等のアンモニウムが挙げられる。
また、N−メチルアニリニウム、N,N−ジメチルアニリニウム、N,N−ジメチル−4−メチルアニリニウム、N,N−ジエチルアニリニウム、N,N−ジフェニルアニリニウム、N,N,N−トリメチルアニリニウム等のアニリニウムが挙げられる。
また、ピリジニウム、N−メチルピリジニウム、N−ブチルピリジニウム、N−メチル−4−メチル−ピリジニウム、N−ベンジルピリジニウム、3−メチル−N−ブチルピリジニウム、2−メチルピリジニウム、3−メチルピリジニウム、4−メチルピリジニウム、2,3−ジメチルピリジニウム、2,4−ジメチルピリジニウム、2,6−ジメチルピリジニウム、3,4−ジメチルピリジニウム、3,5−ジメチルピリジニウム、2,4,6−トリメチルピリジニウム、2−フルオロピリジニウム、3−フルオロピリジニウム、4−フルオロピリジニウム、2,6−ジフルオロピリジニウム、2,3,4,5,6−ペンタフルオロピリジニウム、2−クロロピリジニウム、3−クロロピリジニウム、4−クロロピリジニウム、2,3−ジクロロピリジニウム、2,5−ジクロロピリジニウム、2,6−ジクロロピリジニウム、3,5−ジクロロピリジニウム、3,5−ジクロロー2,4,6−トリフルオロピリジニウム、2−ブロモピリジニウム、3−ブロモピリジニウム、4−ブロモピリジニウム、2,5−ジブロモピリジニウム、2,6−ジブロモピリジニウム、3,5−ジブロモピリジニウム、2−シアノピリジニウム、3−シアノピリジニウム、4−シアノピリジニウム、2−ヒドロキシピリジニウム、3−ヒドロキシピリジニウム、4−ヒドロキシピリジニウム、2,3−ジヒドロキシピリジニウム、2,4−ジヒドロキシピリジニウム、2−メチル−5−エチルピリジニウム、2−クロロ−3−シアノピリジニウム、4−カルボキサミドピリジニウム、4−カルボキシアルデヒドピリジニウム、2−フェニルピリジニウム、3−フェニルピリジニウム、4−フェニルピリジニウム、2,6−ジフェニルピリジニウム、4−ニトロピリジニウム、4−メトキシピリジニウム、4−ビニルピリジニウム、4−メルカプトピリジニウム、4−t−ブチルピリジニウム、2,6−ジt−ブチルピリジニウム、2−ベンジルピリジニウム、3−アセチルピリジニウム、4−エチルピリジニウム、2−カルボン酸ピリジニウム、4−カルボン酸ピリジニウム、2−ベンゾイルピリジニウム等のピリジニウムが挙げられる。
また、イミダゾリウム、1−メチル−イミダゾリウム、1−エチル−3−メチルイミダゾリウム、1−プロピル−3−メチルイミダゾリウム、1−ブチル−3−メチルイミダゾリウム、1−ヘキシル−3−メチルイミダゾリウム、1−メチル−3−オクチルイミダゾリウム、1−メチル−N−ベンジルイミダゾリウム、1−メチル−3−(3−フェニルプロピル)イミダゾリウム、1−ブチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム、1−エチル−2,3−ジメチルイミダゾリウム等のイミダゾリウムが挙げられる。
また、1−エチル−1−メチル−ピロリジニウム、1−ブチル−1−メチル−ピロリジニウム等のピロリジニウムが挙げられる。
また、キノリニウム、イソキノリニウム等のキノリニウムが挙げられる。また、N,N−ジメチルピロリジニウム、N−エチル−N−メチルピロリジニウム、N,N−ジエチルピロリジニウムなどのピロリジニウムが挙げられる。さらに、国際公開第03/005076号、国際公開第03/097580号記載のジイモニウム、アミニウムが例示される。
このなかで、第三級窒素カチオン、第四級窒素カチオンが安定性と後述のアニオンと組合わせたときに、低温で硬化が可能な開始剤となることから好ましく、第三級窒素カチオンがもっとも好ましい。
(酸素カチオン)
酸素カチオンとして、トリメチルオキソニウム、トリエチルオキソニウム、トリプロピルオキソニウム、トリブチルオキソニウム、トリヘキシルオキソニウム、トリフェニルオキソニウム、ピリリニウム、クロメニリウム、キサンチリウムが例示される。
(遷移金属を有するカチオン)
遷移金属を有するカチオンとしては、例えば、(η5−シクロペンタジエニル)(η6−トルエン)Cr、(η5−シクロペンタジエニル)(η6−キシレン)Cr、(η5−シクロペンタジエニル)(η6−1−メチルナフタレン)Cr、(η5−シクロペンタジエニル)(η6−クメン)Cr、(η5−シクロペンタジエニル)(η6−メシチレン)Cr、(η5−シクロペンタジエニル)(η6−ピレン)Cr、(η5−フルオレニル)(η6−クメン)Cr、(η5−インデニル)(η6−クメン)Cr、ビス(η6−メシチレン)Cr2+、ビス(η6−キシレン)Cr2+、ビス(η6−クメン)Cr2+、ビス(η6−トルエン)Cr2+、(η6−トルエン)(η6−キシレン)Cr2+、(η6−クメン)(η6−ナフタレン)Cr2+、ビス(η5−シクロペンタジエニル)Cr、ビス(η5−インデニル)Cr、(η5−シクロペンタジエニル)(η5−フルオレニル)Crおよび(η5−シクロペンタジエニル)(η5−インデニル)CrなどのCr化合物、更に(η5−シクロペンタジエニル)(η6−トルエン)Fe、(η5−シクロペンタジエニル)(η6−キシレン)Fe、(η5−シクロペンタジエニル)(η6−1−メチルナフタレン)Fe、(η5−シクロペンタジエニル)(η6−クメン)Fe、(η5−シクロペンタジエニル)(η6−メシチレン)Fe、(η5−シクロペンタジエニル)(η6−ピレン)Fe、(η5−フルオレニル)(η6−クメン)Fe、(η5−インデニル)(η6−クメン)Fe、ビス(η6−メシチレン)Fe2+、ビス(η6−キシレン)Fe2+、ビス(η6−クメン)Fe2+、ビス(η6−トルエン)Fe2+、(η6−トルエン)(η6−キシレン)Fe2+、(η6−クメン)(η6−ナフタレン)Fe2+、ビス(η5−シクロペンタジエニル)Fe2+、ビス(η5−インデニル)Fe、(η5−シクロペンタジエニル)(η5−フルオレニル)Feおよび(η5−シクロペンタジエニル)(η5−インデニル)FeなどのFe化合物が挙げられる。
[対アニオン]
本発明に使用する対アニオンについて説明する。
アニオンとしては、従来公知のアニオンであればいかなるものでもよく、例えば、F、Cl、Br、Iなどのハロゲンイオン;OH;ClO ;FSO 、ClSO 、CHSO 、CSO 、CFSO などのスルホン酸イオン類;HSO 、SO 2−などの硫酸イオン類;HCO 、CO 2−などの炭酸イオン類;HPO 、HPO 2−、PO 3−などのリン酸イオン類; PF 、PFOHなどのフルオロリン酸イオン類、[(CFCFPF、[(CFCFCFPF、[((CFCF)PF、[((CFCF)PF、[((CFCFCFPFおよび[((CFCFCFPFなどのフッ素化アルキルフルオロリン酸イオン類;BF 、B(C 、B(CCF などのホウ酸イオン類;AlCl ;BiF、SbF 、SbFOHなどのフルオロアンチモン酸イオン類、あるいはAsF 、AsFOHなどのフルオロヒ素酸イオン類が挙げられる。
本発明に使用する対アニオンは特に限定されないが、有機エレクトロニクス素子の長寿命化と、前述のアニオンと組み合わせたときに低温で硬化が可能な重合開始剤となることから以下の構造が好ましい。
PF 、PFOHなどのフルオロリン酸イオン類、[(CFCFPF、[(CFCFCFPF、[((CFCF)PF、[((CFCF)PF、[((CFCFCFPFおよび[((CFCFCFPFなどのフッ素化アルキルフルオロリン酸イオン類;BF 、B(C 、B(CCF などのホウ酸イオン類;AlCl ;BiF、SbF 、SbFOHなどのフルオロアンチモン酸イオン類が好ましい。
(イオン化合物)
本発明で使用されるイオン化合物は、前述の対カチオンと対アニオンからなる。この組み合わせは特に限定されないが、有機エレクトロニクス素子の長寿命化と、前述のアニオンと組み合わせたときに、低温で硬化が可能な開始剤として使用し得る観点から、カルボニウムカチオンとPF 、PFOHなどのフルオロリン酸イオン類;BF 、B(C 、B(CCF などのホウ酸イオン類、SbF 、SbFOHなどのフルオロアンチモン酸イオン類の組み合わせ、アニリニウムとPF 、PFOHなどのフルオロリン酸イオン類;BF 、B(C 、B(CCF などのホウ酸イオン類、SbF 、SbFOHなどのフルオロアンチモン酸イオン類の組合せが好ましく、カルボニウムカチオンとB(C 、B(CCF などのホウ酸イオン類、SbF 、SbFOHなどのフルオロアンチモン酸イオン類の組合せ、アニリニウムとB(C 、B(CCF などのホウ酸イオン類、SbF 、SbFOHなどのフルオロアンチモン酸イオン類の組合せがより好ましい。
具体的にはトリフェニルカルボニウムカチオンとSbF の塩、トリフェニルカルボニウムカチオンとB(C の塩、N,N−ジメチルアニリニウムとSbF の塩、N,N−ジメチルアニリニウムとB(C の塩が挙げられる。
イオン化合物は、単独で用いても良いし、任意の割合で2種以上を混合しても良い。
[電荷輸送性ユニットを有する化合物(電子輸送性化合物)]
本発明において「電荷輸送性ユニット」とは、正孔または電子を輸送する能力を有した原子団であり、以下、その詳細について述べる。
上記電荷輸送性ユニットは、正孔または電子を輸送する能力を有していればよく、特に限定されないが、芳香環を有するアミンやカルバゾール、チオフェンであることが好ましく、例えば、下記一般式(1a)〜(7a)で表される部分構造を有することが好ましい。
Figure 0006032262
(式中、Ar〜Ar20は、それぞれ独立に炭素数2〜30個のアリール基もしくはヘテロアリール基、または、置換もしくは非置換のアリーレン基、ヘテロアリーレン基を表す。ここで、アリール基とは芳香族炭化水素から水素原子1個を除いた原子団であり、ヘテロアリール基とは、ヘテロ原子を有する芳香族化合物から水素原子1個を除いた原子団、またはRを表す。Rはそれぞれ独立に−R、−OR、−SR、−OCOR、−COOR、−SiRまたは一般式(2a)〜(4a)(ただし、R〜Rは、水素原子、炭素数1〜22個の直鎖、環状もしくは分岐アルキル基、または炭素数2〜30個のアリール基もしくはヘテロアリール基を表す。)を表す。ここで、アリーレン基とは芳香族炭化水素から水素原子2個を除いた原子団であり、ヘテロアリーレン基とは、ヘテロ原子を有する芳香族化合物から水素原子2個を除いた原子団である。Xは前記Rのうち、水素原子を1つ以上有する基から、さらに1つの水素原子を除去した基を表す。)
また、本発明において電荷輸送性化合物は溶解度、成膜性の観点からポリマー又はオリゴマーであることが好ましい。また、ポリマー又はオリゴマーは下記一般式で表される繰り返し単位を含むことが好ましい。
Figure 0006032262
Figure 0006032262
Figure 0006032262
Figure 0006032262
前記式中、Ar〜Ar100は、それぞれ独立に炭素数2〜30個のアリール基もしくはヘテロアリール基、または、置換もしくは非置換のアリーレン基、ヘテロアリーレン基を表す。ここで、アリール基とは芳香族炭化水素から水素原子1個を除いた原子団であり、ヘテロアリール基とは、ヘテロ原子を有する芳香族化合物から水素原子1個を除いた原子団を表す。Rはそれぞれ独立に−R、−OR、−SR、−OCOR、−COOR、−SiRまたは一般式(2a)〜(4a)(ただし、R〜Rは、水素原子、炭素数1〜22個の直鎖、環状もしくは分岐アルキル基、または炭素数2〜30個のアリール基もしくはヘテロアリール基を表す。)を表す。ここで、アリーレン基とは芳香族炭化水素から水素原子2個を除いた原子団であり、ヘテロアリーレン基とは、ヘテロ原子を有する芳香族化合物から水素原子2個を除いた原子団である。Xは前記Rのうち、水素原子を1つ以上有する基から、さらに1つの水素原子を除去した基を表す。Yは三価の置換基を表し、Zは二価の置換基を表す。また、xは、1以上の整数を表す。
また上記ポリマー又はオリゴマーは溶解度を変化させるため、一つ以上の「重合可能な置換基」を有することが好ましい。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、具体例は、既述の本発明の第1の態様において説明したポリマー又はオリゴマーの重合性置換基と同様である。第2の態様においては、オキセタン、エポキシ、及びビニルエーテルのうちのいずれかが好ましい。
また、本発明における重合層を形成するポリマー又はオリゴマーは、溶解度や耐熱性、電気的特性の調整のため、上記繰り返し単位の他に、上記アリーレン基、ヘテロアリーレン基、もしくは前記一般式で表される構造を共重合繰り返し単位として有する共重合体であってもよい。この場合、共重合体では、ランダム、ブロックまたはグラフト共重合体であってもよいし、それらの中間的な構造を有する高分子、例えばブロック性を帯びたランダム共重合体であってもよい。また、本発明で用いるポリマー又はオリゴマーは、主鎖中に枝分かれを有し、末端が3つ以上あってもよい。
本発明において、既述のイオン化合物が電子受容性化合物であり、電荷輸送性化合物が当該イオン化合物により一電子酸化されうることが好ましい。電荷輸送性化合物が酸化されることで、陽極からのキャリア注入性が向上し、有機エレクトロニクス素子の低電圧駆動化に有用であるからである。
(溶媒)
本発明に用いられる溶媒は、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、フェネトール、アセトン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、酢酸ブチル、酢酸エチル、酢酸n−ブチル、乳酸エチル、乳酸n−ブチル、γブチロラクトン、エチルセロソルブアセテート、酢酸フェニル、プロピオン酸フェニル、安息香酸メチル、安息香酸エチル、安息香酸プロピル、安息香酸n−ブチルジフェニルメタン、ジフェニルエーテル、N,N−ジメチルホルムアミド、N,N−ジメチルアセトアミド、エチレングリコールジメチルテトラリン等を挙げることができる。これらは何れか一種を単独で用いてもよく、二種以上を任意の組み合わせ及び比率で用いてもよい。
(比率)
イオン化合物は、電荷輸送性化合物を100質量部としたとき、0.01質量部から50質量部が好ましく、0.05質量部から25質量部が好ましく、0.1質量部から20質量部が特に好ましい。イオン化合物の配合割合が0.01質量部未満であると駆動電圧の低下効果が得られず、50質量部を超えると駆動電圧が上昇する傾向がある。
イオン化合物を重合開始剤として使用するとき、重合性置換基を有する化合物100質量部に対して、0.1質量部から50質量部が好ましい。0.1質量部未満では、重合が十分進行しない、50質量部を超えると、膜質が低下する問題がある。なお、イオン化合物を重合開始剤として用いる重合方法において、加熱のみで重合を開始することが好ましい。
(その他成分)
イオン化合物は、重合開始剤と電子受容体の機能を兼ねている。これらを単独で使用してもよいし、複数を併用してもよい。また、本発明の範囲外の重合開始剤や電子受容体を含んでいてもよい。また、必要に応じて架橋材や発光材を含んでもよい。
[薄膜の形成方法]
本発明の有機エレクトロニクス材料を用いて有機エレクトロニクス素子等に用いられる各種の層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により形成される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。
[基板]
本発明の有機EL素子に用いることができる基板として、ガラス、プラスチック等の種類は特に限定されることはなく、また、透明のものであれば特に制限は無いが、ガラス、石英、光透過性樹脂フィルム等が好ましく用いられる。樹脂フィルムを用いた場合には、有機EL素子にフレキシブル性を与えることが可能であり、特に好ましい。
樹脂フィルムとしては、例えばポリエチレンテレフタレート(PET)、ポリエチレンナフタレート(PEN)、ポリエーテルスルホン(PES)、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンスルフィド、ポリアリレート、ポリイミド、ポリカーボネート(PC)、セルローストリアセテート(TAC)、セルロースアセテートプロピオネート(CAP)等からなるフィルム等が挙げられる。
また、樹脂フィルムを用いる場合、水蒸気や酸素等の透過を抑制するために、樹脂フィルムへ酸化珪素や窒化珪素等の無機物をコーティングして用いてもよい。
[有機EL素子]
本発明の有機EL素子は、本発明の第1の態様又は第2の態様の有機エレクトロニクス材料より形成された層(以下、有機薄膜(重合層)ということもある)を有する、換言すると、本発明の有機薄膜を含むことをその特徴とするものである。本発明の有機EL素子は、発光層、陽極、陰極、基板を備えていれば特に限定されず、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層などの他の層を有していてもよく、発光層、正孔注入層、電子注入層、正孔輸送層、電子輸送層のいずれが本発明の有機薄膜であってもよい。以下、各層について詳細に説明する。
[発光層]
発光層に用いる材料としては、低分子化合物であっても、ポリマーまたはオリゴマーであってもよく、デンドリマー等も使用可能である。ポリマー又はオリゴマーの場合には、溶剤への溶解性が高く、塗布型の製法を適用できるため好ましい。蛍光発光を利用する低分子化合物としては、ペリレン、クマリン、ルブレン、キナクドリン、色素レーザー用色素(例えば、ローダミン、DCM1等)、アルミニウム錯体(例えば、トリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(III)(Alq))、スチルベン、これらの誘導体があげられる。蛍光発光を利用するポリマーまたはオリゴマーとしては、ポリフルオレン、ポリフェニレン、ポリフェニレンビニレン(PPV)、ポリビニルカルバゾール(PVK)、フルオレンーベンゾチアジアゾール共重合体、フルオレン−トリフェニルアミン共重合体、及びこれらの誘導体や混合物が好適に利用できる。
一方、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。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。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燐光材料を、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(M. A. Baldo et al.,Nature,vol.395,p.151(1998)、M. A. Baldo et al.,Apllied PhysicsLetters,vol.75,p.4(1999)、又はM. A. Baldo et al.,Nature,vol.403,p.750(2000)参照。)。
本発明の有機EL素子においても、高効率化の観点から、発光層に燐光材料を用いることが好ましい。燐光材料を用いる燐光有機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。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燐光材料を、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(M.A.Baldo et al.,Nature,vol.395,p.151(1998)、M.A.Baldo et al.,Apllied Physics Letters,vol.75,p.4(1999)、及びM.A.Baldo et al.,Nature,vol.403,p.750(2000)参照)。
燐光材料としては、IrやPtなどの中心金属を含む金属錯体などが好適に使用できる。具体的には、Ir錯体としては、例えば、青色発光を行うFIr(pic)〔イリジウム(III)ビス[(4,6-ジフルオロフェニル)-ピリジネート-N,C2]ピコリネート〕、緑色発光を行うIr(ppy)〔ファク トリス(2−フェニルピリジン)イリジウム〕(前記の非特許文献4参照)又はAdachi etal.,Appl.Phys.Lett.,78no.11,2001,1622に示される赤色発光を行う(btp)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)}、Ir(piq)〔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。
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。
また、発光層に燐光材料が含まれる場合、燐光材料の他に、ホスト材料を含むことが好ましい。
ホスト材料としては、低分子化合物であっても、高分子化合物であってもよく、デンドリマーなども使用できる。
低分子化合物としては、例えば、CBP(4,4’−ビス(9H−カルバゾール−9−イル)ビフェニル)、mCP(1,3−ビス(9−カルバゾリル)ベンゼン)、CDBP(4,4’−ビス(カルバゾールー9−イル)−2,2’−ジメチルビフェニル)などが、高分子化合物としては、本発明のポリマー又はオリゴマーでもよいし、ポリビニルカルバゾール、ポリフェニレン、ポリフルオレンなどが使用でき、これらの誘導体も使用できる。
発光層は、蒸着法により形成してもよく、塗布法により形成してもよい。
塗布法により形成する場合、有機EL素子を安価に製造することができ、より好ましい。発光層を塗布法によって形成するには、燐光材料と、必要に応じてホスト材料を含む溶液を、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することで行うことができる。
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る。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。また上記溶液に用いる溶媒としては、特に制限されないが、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、ジフェニルメタン、ジフェニルエーテル、テトラリン等を挙げることができる。また、塗布後の加熱処理は、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℃、より好ましくは50〜200℃、さらに好ましく70〜150℃で実施することができる。低温では十分な硬化反応の進行ができない、溶媒が残留するなどの問題から有機エレクトロニクス素子の寿命が低下する。高温では、樹脂基板へ有機エレクトロニクス素子を作製することが困難となる。
また、塗布後の硬化反応は、加熱処理のみでおこなうことが、有機エレクトロニクス素子の長寿命化のために好ましい。
[有機薄膜(重合層)]
次に、本発明の有機エレクトロニクス材料を含む混合物を用いて形成された層、つまり有機薄膜について詳細に説明する。本発明の有機エレクトロニクス材料を含む混合物を用いて形成された層(重合層)とは、具体的には、本発明の有機エレクトロニクス材料を含む混合物を、前記薄膜の形成方法において説明した塗布法により所望の基体上に塗布した後、光照射や加熱処理などにより、ポリマー又はオリゴマーが有する重合可能な置換基の重合反応を進行させ、塗布層の溶解度を変化(硬化)、つまり不溶化させた層である。上記のように、ポリマー又はオリゴマーが有する重合可能な置換基の重合反応を進行させ、塗布層の溶解度を変化(硬化)させることで、該層の熱的安定性を改善することができる。
また、重合反応により溶解度を低下させることで、さらに発光層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層等の他の層を塗布形成する場合でもその塗布液によって有機薄膜(重合層)が溶解することがないため、当該他の層を塗布法により形成することができる。つまり、塗布法によって多層構造を容易に作製することができ、高効率、長寿命の有機EL素子を、低コストで製造することができる。第2の態様においては、重合層に用いる電荷輸送性化合物は、膜の均一性の観点から、正孔輸送性を有する繰り返し単位を含むポリマー又はオリゴマーが好ましい。
上記有機薄膜(重合層)は、有機EL素子の、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層とすることができ、発光効率、寿命特性の観点から、特に正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層であることが好ましい。
本発明の有機EL素子においては、いずれか一つの層が有機薄膜(重合層)であってもよく、複数または全ての層が重合層であってもよい。また、これら層の膜厚は、特に制限はないが、基板あるいは下層の凹凸による影響を低減する、基板あるいは下層表面に付着した塵等の影響を少なくする観点から、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層の場合は、10〜100nmであることが好ましく、15〜90nmであることがより好ましく、20〜80nmであることがさらに好ましい。10nmより薄い場合、基板あるいは下層の凹凸を埋めることができず、本来は隣接しない層同士がショートする原因となったり、基板上あるいは下層表面の塵等の影響を受けやすくなったりする。また、100nmより厚いと、光取り出し効率の低下や駆動電圧の上昇を起こしやすくなる。一方、発光層の場合には、10〜200nmであることが好ましく、15〜190nmであることがより好ましく、20〜180nmであることが好ましい。これより薄いと十分な発光強度が得られない、またこれより厚いと駆動電圧が上昇しやすくなる。
また、上記有機薄膜(重合層)は、燐光材料を含む発光層と隣接して積層されていることがより好ましい。燐光材料の発光効率、劣化に与える影響が小さく、素子の発光効率や素子寿命を改善できるためである。
[陰極]
陰極材料としては、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。
[陽極]
陽極としては、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)、導電性高分子(例えば、ポリチオフェン−ポリスチレンスルホン酸混合物(PEDOT:PSS))を使用することもできる。
[電子輸送層、電子注入層]
電子輸送層、電子注入層としては、例えば、フェナントロリン誘導体(例えば、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP))、ビピリジン誘導体、ニトロ置換フルオレン誘導体、ジフェニルキノン誘導体、チオピランジオキシド誘導体、ナフタレンペリレンなどの複素環テトラカルボン酸無水物、カルボジイミド、フレオレニリデンメタン誘導体、アントラキノジメタン及びアントロン誘導体、オキサジアゾール誘導体(2−(4−ビフェニルイル)−5−(4−t−ブチルフェニル−1,3,4−オキサジアゾール(PBD))、アルミニウム錯体(例えば、トリス(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム(III)(Alq))などが挙げられる。さらに、上記オキサジアゾール誘導体において、オキサジアゾール環の酸素原子を硫黄原子に置換したチアジアゾール誘導体、電子吸引基として知られているキノキサリン環を有するキノキサリン誘導体も用いることができる。また、上記誘導体部分構造を有する本発明に係るポリマー又はオリゴマーも使用することができる。
[発光色]
本発明の有機EL素子における発光色は特に限定されるものではないが、白色発光素子は家庭用照明、車内照明、時計や液晶のバックライト等の各種照明器具に用いることができるため好ましい。
白色発光素子を形成する方法としては、現在のところ単一の材料で白色発光を示すことが困難であることから、複数の発光材料を用いて複数の発光色を同時に発光させて混色させることで白色発光を得ている。複数の発光色の組み合わせとしては、特に限定されるものではないが、青色、緑色、赤色の3つの発光極大波長を含有するもの、青色と黄色、黄緑色と橙色等の補色の関係を利用した2つの発光極大波長を含有するものが挙げられる。また発光色の制御は、燐光材料の種類と量を調整することによって行うことができる。
<表示素子、照明装置、表示装置>
本発明の表示素子は、既述の本発明の有機EL素子を備えたことを特徴としている。
例えば、赤・緑・青(RGB)の各画素に対応する素子として、本発明の有機EL素子を用いることで、カラーの表示素子が得られる。
画像の形成には、マトリックス状に配置した電極でパネルに配列された個々の有機EL素子を直接駆動する単純マトリックス型と、各素子に薄膜トランジスタを配置して駆動するアクティブマトリックス型とがある。前者は、構造は単純ではあるが垂直画素数に限界があるため文字などの表示に用いる。後者は、駆動電圧は低く電流が少なくてすみ、明るい高精細画像が得られるので、高品位のディスプレイ用として用いられる。
また、本発明の照明装置は、既述の本発明の有機EL素子を備えたことを特徴としている。さらに、本発明の表示装置は、照明装置と、表示手段として液晶素子と、を備えたことを特徴としている。バックライト(白色発光光源)として上述の本発明の照明装置を用い、表示手段として液晶素子を用いた表示装置、すなわち液晶表示装置としてもよい。この構成は、公知の液晶表示装置において、バックライトのみを本発明の照明装置に置き換えた構成であり、液晶素子部分は公知技術を転用することができる。
以下に、実施例により本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
(モノマーA合成)
丸底フラスコに、3−エチル−3−ヒドロキシメチルオキセタン(50mmol)、4−ブロモベンジルブロミド(50mmol)、n−ヘキサン(200mL)、テトラブチルアンモニウムブロミド(2.5mmol)及び50重量%水酸化ナトリウム水溶液(36g)を加え、窒素下、70℃で6時間加熱攪拌した。
室温(25℃)まで冷却後、水200mLを加え、n−ヘキサンで抽出した。溶媒留去後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーと減圧蒸留によって精製し、重合可能な置換基を有するモノマーAを無色油状物として9.51g得た。収率67%。
H−NMR(300MHz,CDCl,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)。
本合成例の反応式を以下に示す。
Figure 0006032262
(モノマーB合成)
1,6−ジブロモヘキサン(73.2g, 0.3mol)、3−エチル−3−ヒドロキシオキセタン(東亞合成, OXT−101)(11.6g, 0.1mol)をn−ヘキサン400mlに溶解し、ここへテトラブチルアンモニウムブロミド(1.62g, 4.9mmol)と45%水酸化ナトリウム水溶液100gを加えて6時間加熱還流を行った。反応終了後、水200mlを加えて有機層を分離し、水層をn−ヘキサンで3回抽出し最初に分けた有機層と合わせ、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。エバポレーターで溶媒を留去し、減圧蒸留(3〜10mmHg, 110℃)により1,6−ジブロモヘキサンを留去し、無色油状の3−(6−ブロモヘキシルオキシメチル)−3−エチルオキセタンを得た(25.0g, 収率89.7%)。
以上の反応の反応式を以下に示す。
Figure 0006032262
p―ブロモベンジルアルコール(16.4g, 0.088mol)、3−(6−ブロモヘキシルオキシメチル)−3−エチルオキセタン(22.2g, 0.080mol)をn−ヘキサン320mlに溶解し、ここへテトラブチルアンモニウムブロミド(1.29g, 4.0mmol)と45%水酸化ナトリウム水溶液80gを加えて9時間加熱還流を行った。反応終了後、水200mlを加えて有機層を分離し、無水硫酸ナトリウムで乾燥した。エバポレーターで溶媒を留去し、得られた粗生成物をシリカゲルカラムクロマトグラフィー(充填剤:ワコーゲル(登録商標)C−300HG, 移動層:n−ヘキサン:酢酸エチル=4:1)により精製し、無色油状の3−(6−(p−ブロモベンジルオキシ)ヘキシルオキシメチル)−3−エチルオキセタンを得た(18.4g, 収率60.2%)。
以上の反応の反応式を以下に示す。
Figure 0006032262
(Pd触媒の調製)
窒素雰囲気下のグローブボックス中で、室温下、サンプル管にトリス(ジベンジリデンアセトン)ジパラジウム(73.2mg、80μmol)を秤取り、アニソール(15ml)を加え、30分間攪拌した。同様に、サンプル管にトリス(t−ブチル)ホスフィン(129.6mg、640μmol)を秤取り、アニソール(5ml)を加え、5分間攪拌した。これらの溶液を混合し室温で30分間攪拌し触媒とした。
(オリゴマー合成例1)
密閉可能なフッ素樹脂製容器に、モノマー1としてトリス(4−ブロモフェニル)アミン(0.3mmol)、モノマー2として1,4‐ビス(4,4,5,5‐テトラメチル‐1,3‐ジオキサ‐2‐ボラシクロペンタン‐2‐イル)ベンゼン(0.4mmol)、重合可能な置換基を有するモノマーA(0.1mmol)、テトラキストリフェニルホスフィンパラジウム(0.008mmol)、2M炭酸カリウム水溶液(5.3ml)、Aliquat336(0.4mmol)及びアニソール(4ml)を入れ、窒素雰囲気下、密閉容器中、マイクロ波を照射して90℃、2時間加熱撹拌した。
反応溶液をメタノール/水混合溶媒(9:1)に注ぎ、析出したポリマーをろ別した。得られた沈殿を吸引ろ過し、トルエンに溶解し、triphenylphosphine,polymer−bound on styrene−divinylbenzene copolymer(strem chemicals社 、ポリマー100mgに対して200mg)を加えて、一晩撹拌した。撹拌終了後、triphenylphosphine,polymer−bound on styrene−divinylbenzene copolymerと不溶物をろ過して取り除き、ろ液をロータリーエバポレーターで濃縮した。残さをトルエンに溶解した後、メタノール−アセトン(8:3)から再沈殿した。生じた沈殿を吸引ろ過し、メタノール−アセトン(8:3)で洗浄した。得られた沈殿を真空乾燥し、ポリマーを得た。オリゴマーAを得た。得られたオリゴマーAの数平均分子量はポリスチレン換算で4652であった。
本合成例の反応式を以下に示す。
Figure 0006032262
(オリゴマー合成例2)
三口丸底フラスコに、下記モノマー1(0.6mmol)、下記モノマー3(1.8mmol)、下記モノマー4(0mmol)、下記モノマーB(1.8mmol)、アニソール(20ml)を加え、さらに調製したPd触媒溶液(2.5ml)を加えた。30分撹拌した後、10%テトラエチルアンモニウム水酸化物水溶液(12ml)を加えた。すべての溶媒は30分以上窒素バブルにより脱気した後、使用した。この混合物を2時間加熱・還流した。ここまでの全ての操作は窒素気流下で行った。
反応終了後、有機層を水洗し、有機層をメタノール−水(9:1)に注いだ。生じた沈殿を吸引ろ過し、メタノール−水(9:1)で洗浄した。得られた沈殿をトルエンに溶解し、メタノールから再沈殿した。得られた沈殿を吸引ろ過し、トルエンに溶解し、triphenylphosphine,polymer−bound on styrene−divinylbenzene copolymer(strem chemicals社 、ポリマー100mgに対して200mg)を加えて、一晩撹拌した。撹拌終了後、triphenylphosphine,polymer−bound on styrene−divinylbenzene copolymerと不溶物をろ過して取り除き、ろ液をロータリーエバポレーターで濃縮した。残さをトルエンに溶解した後、メタノール−アセトン(8:3)から再沈殿した。生じた沈殿を吸引ろ過し、メタノール−アセトン(8:3)で洗浄した。得られた沈殿を真空乾燥し、ポリマーを得た。分子量は、溶離液にTHFを用いたGPC(ポリスチレン換算)により測定した。分子量及び収率は表1に記載した。
Figure 0006032262
(オリゴマー合成例3)
添加したモノマーを、モノマー1(0.4mmol)、モノマー3(2.0mmol)、モノマー4(0.8mmol)、モノマーB(1.2mmol)に代えた以外は、オリゴマー合成例2と同様の方法でオリゴマー3を合成した。分子量及び収率は表1に記載した。
(オリゴマー合成例4)
添加したモノマーを、モノマー1(0.7mmol)、モノマー3(1.75mmol)、モノマーB(1.4mmol)に代えた以外は、オリゴマー合成例2と同様の方法でオリゴマー4を合成した。分子量及び収率は表1に記載した。
(オリゴマー合成例5)
添加したモノマーを、モノマー1(0.6mmol)、モノマー3(1.8mmol)、モノマー4(0.3mmol)、モノマーB(1.2mmol)に代えた以外は、オリゴマー合成例2と同様の方法でオリゴマー5を合成した。分子量及び収率は表1に記載した。
(オリゴマー合成例6)
添加したモノマーを、モノマー1(0.9mmol)、モノマー3(2.1mmol)、モノマーB(1.5mmol)に代えた以外は、オリゴマー合成例2と同様の方法でオリゴマー6を合成した。分子量及び収率は表1に記載した。
(オリゴマー合成例7)
添加したモノマーを、モノマー1(0.75mmol)、モノマー3(2.25mmol)、モノマー4(0.5mmol)、モノマーB(1.25mmol)に代えた以外は、オリゴマー合成例2と同様の方法でオリゴマー7を合成した。分子量及び収率は表1に記載した。
Figure 0006032262
分岐構造を形成するためのモノマーであるモノマー1の比率が高いほど、高分子量化する。オリゴマー2,3では再沈殿により低分子量成分が除去される為に、収率が低下し、オリゴマー6,7では、トルエンに不溶な成分が生成する為に、収率が低下する傾向が見られた。
(オリゴマー合成例8)
添加したモノマーを、下記モノマー5(0.7mmol)、下記モノマー3(1.75mmol)、モノマーB(1.4mmol)に代えた以外は、オリゴマー合成例2と同様の方法でオリゴマー8を合成した。GPC(ポリスチレン換算)により測定した分子量はMw=64000、Mn=15900であり、収率は56.9%であった。
Figure 0006032262
(オリゴマー合成例9)
添加したモノマーを、下記モノマー6(0.6mmol)、下記モノマー3(2.1mmol)、モノマーB(1.8mmol)に代えた以外は、オリゴマー合成例2と同様の方法でオリゴマー9を合成した。GPC(ポリスチレン換算)により測定した分子量はMw=18900、Mn=4200であり、収率は67.2%であった。
Figure 0006032262
(オリゴマー合成例10)
添加したモノマーを、下記モノマー7(0.7mmol)、下記モノマー3(1.75mmol)、モノマーB(1.4mmol)に代えた以外は、オリゴマー合成例2と同様の方法でオリゴマー10を合成した。GPC(ポリスチレン換算)により測定した分子量はMw=12700、Mn=3600であり、収率は51.2%であった。
Figure 0006032262
(オリゴマー合成例11)
添加したモノマーを、下記モノマー8(0.6mmol)、下記モノマー3(2.1mmol)、モノマーB(1.8mmol)に代えた以外は、オリゴマー合成例2と同様の方法でオリゴマー11を合成した。GPC(ポリスチレン換算)により測定した分子量はMw=14000、Mn=2700であり、収率は51.2%であった。
Figure 0006032262
(オリゴマー合成例12)
添加したモノマーを、下記モノマー1(0.7mmol)、下記モノマー9(1.75mmol)、モノマーB(1.4mmol)に代えた以外は、オリゴマー合成例2と同様の方法でオリゴマー12を合成した。分子量及び収率は表2に記載した。
Figure 0006032262
(オリゴマー合成例13)
添加したモノマーを、モノマー1(0.9mmol)、モノマー9(2.1mmol)、モノマーB(1.5mmol)に代えた以外は、オリゴマー合成例2と同様の方法でオリゴマー13を合成した。分子量及び収率は表2に記載した。
(オリゴマー合成例14)
添加したモノマーを、モノマー1(0.75mmol)、モノマー9(2.25mmol)、モノマー10(0.5mmol)、モノマーB(1.25mmol)にした以外は、オリゴマー合成例2と同様の方法でオリゴマー14を合成した。分子量及び収率は表2に記載した。
Figure 0006032262
(オリゴマー合成例15)
添加したモノマーを、下記モノマー7(0.7mmol)、下記モノマー11(1.75mmol)、モノマーB(1.4mmol)に代えた以外は、オリゴマー合成例2と同様の方法でオリゴマー15を合成した。GPC(ポリスチレン換算)により測定した分子量はMw=9100、Mn=2500であり、収率は42.7%であった。
Figure 0006032262
(オリゴマー合成例16)
添加したモノマーを、モノマー12(0.6mmol)、モノマー13(2.1mmol)、モノマーB(1.8mmol)に代えた以外は、オリゴマー合成例2と同様の方法でオリゴマー11を合成した。GPC(ポリスチレン換算)により測定した分子量はMw=17800、Mn=4500であり、収率は48.7%であった。
Figure 0006032262
(オリゴマー合成例17)
添加したモノマーを、モノマー6(0.75mmol)、モノマー9(2.25mmol)、モノマー14(0.5mmol)、モノマーB(1.25mmol)に代えた以外は、オリゴマー合成例2と同様の方法でオリゴマー14を合成した。GPC(ポリスチレン換算)により測定した分子量はMw=20700、Mn=3300であり、収率は56.1%であった。
Figure 0006032262
(オリゴマー合成例18)
三口丸底フラスコに、下記モノマー6(0.6mmol)、下記モノマー15(2.1mmol)、モノマーB(1.9mmol)、アニソール(20ml)を加え、さらに調製したPd触媒溶液(5.0ml)を加えた。30分撹拌した後、NaOBu(5.0mmol)を加えた。すべての溶媒は30分以上窒素バブルにより脱気した後、使用した。この混合物を6時間加熱・還流した。ここまでの全ての操作は窒素気流下で行った。
反応終了後、有機層を水洗し、有機層をメタノール−水(9:1)に注いだ。生じた沈殿を吸引ろ過し、メタノール−水(9:1)で洗浄した。得られた沈殿をトルエンに溶解し、メタノールから再沈殿した。得られた沈殿を吸引ろ過し、トルエンに溶解し、triphenylphosphine,polymer−bound on styrene−divinylbenzene copolymer(strem chemicals社 、ポリマー100mgに対して200mg)を加えて、一晩撹拌した。撹拌終了後、triphenylphosphine,polymer−bound on styrene−divinylbenzene copolymerと不溶物をろ過して取り除き、ろ液をロータリーエバポレーターで濃縮した。残さをトルエンに溶解した後、メタノール−アセトン(8:3)から再沈殿した。生じた沈殿を吸引ろ過し、メタノール−アセトン(8:3)で洗浄した。得られた沈殿を真空乾燥し、GPC(ポリスチレン換算)により測定した分子量はMw=23000、Mn=4600であり、収率は65.1%であった。
Figure 0006032262
(比較オリゴマー1:重合性置換基なし)
添加したモノマーを、下記モノマー1(0.7mmol)、下記モノマー3(1.75mmol)、下記モノマー16(1.4mmol)に代えた以外は、オリゴマー合成例2と同様の方法で比較オリゴマー1を合成した。GPC(ポリスチレン換算)により測定した分子量はMw=77000、Mn=12400であり、収率は65.5%であった。
Figure 0006032262
(比較例オリゴマー2:分岐構造無し1)
添加したモノマーを、下記モノマー3(2.0mmol)、下記モノマー4(1.6mmol)、下記モノマーB(0.8mmol)に代えた以外は、オリゴマー合成例2と同様の方法で比較オリゴマー2を合成した。GPC(ポリスチレン換算)により測定した分子量はMw=10200、Mn=6700であり、収率は60.8%であった。
Figure 0006032262
(比較例オリゴマー3:分岐構造無し2)
添加したモノマーを、下記モノマー17(2.0mmol)、下記モノマー15(1.6mmol)、下記モノマーB(0.8mmol)にした以外は、オリゴマー合成例2と同様の方法で比較オリゴマー3を合成した。GPC(ポリスチレン換算)により測定した分子量はMw=2800、Mn=1600であり、収率は13.2%であった。
Figure 0006032262
(重合性の評価)
オリゴマ(4.5mg)のトルエン溶液(400μl)と下記化学式で表されるイオン化合物1(0.45g)のトルエン溶液(100μl)を混合した塗布溶液を、3000rpmで石英板上にスピンコートした。ついで、ホットプレート上で、90℃で10分間加熱して重合反応を行った。加熱後にトルエン溶媒に石英板を1分間浸漬し、洗浄をおこなった。洗浄前後のUV−visスペクトルにおける吸収極大(λmax)の吸光度(Abs)の比から、残膜率を測定した。
残膜率(%)=洗浄後Abs/洗浄前Abs×100
Figure 0006032262
Figure 0006032262
本発明に係るオリゴマーは、低温で重合し不溶化が進行することから、耐熱性の低く、熱膨張が大きい樹脂基板に適している。本材料を用いて樹脂基板上に多層化構造が作製でき、高性能な有機エレクトロニクス素子を安価に製造することが可能になる。
<有機EL素子の作製:正孔輸送層が重合層(有機薄膜)である例>
[実施例1]
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、AI4083 LVW142)を1500min−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。以後の実験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オリゴマーA(4.5mg)、前記イオン化合物1たる光開始剤(0.13mg)、トルエン(1.2ml)を混合した塗布溶液を、3000min−1でスピンコートした後、メタルハライドランプを用いて光照射(3J/cm)し、ホットプレート上で180℃、60分間加熱して硬化させ、正孔輸送層(40nm)を形成した。
次に、得られたガラス基板を真空蒸着機中に移し、CBP+Ir(piq)(40nm)、BAlq(10nm)、Alq(30nm)、LiF(膜厚0.5nm)、Al(膜厚100nm)の順に蒸着した。
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、多層構造の高分子型有機EL素子を作製した。以後の操作は大気中、室温(25℃)で行った。
この有機EL素子のITOを正極、Alを陰極として電圧を印加したところ、4Vで赤色発光が観測され、輝度1000cd/mにおける電流効率は5.0cd/Aであった。なお、電流電圧特性はヒューレットパッカード社製の微小電流計4140Bで測定し、発光輝度はフォトリサーチ社製の輝度計プリチャード1980Bを用いて測定した。
また、寿命特性として、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(1000cd/m)から半減する時間を測定したところ、50時間であった。
[比較例1]
正孔輸送層を形成しなかった以外は、実施例1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、4Vで赤色発光が観測され、輝度1000cd/mにおける電流効率は4.1cd/Aであり、実施例1の方が1.2倍高い効率が得られた。また寿命特性を測定したところ、4時間で輝度が半減し、実施例1の方が13倍長寿命であった。
[実施例2]
<有機EL素子の作製:正孔輸送層が重合層(有機薄膜)である例(低温硬化 熱処理のみ)>
正孔注入層上に上記で得たオリゴマー13(4.5mg)、開始剤(実施例1と同じ)(0.45mg)、トルエン(1.2ml)を混合した塗布溶液を、3000min−1でスピンコートした後、ホットプレート上で120℃、10分間加熱して硬化させ、正孔輸送層(40nm)を形成した以外は、実施例1と同様に素子を作製した。この有機EL素子のITOを正極、Alを陰極として電圧を印加したところ、4.0Vで赤色発光が観測され、輝度1000cd/mにおける電流効率は5.0cd/Aであった。また寿命特性を測定したところ、140時間で輝度が半減した。
<有機EL素子の作製:正孔注入層が重合層である例>
[実施例3]
ITOを1.6mm幅にパターンニングしたガラス基板上に、上記で得たオリゴマーA(4.5mg)光開始剤(実施例1と同じ)(0.13mg)、トルエン(500μl)を混合した塗布溶液を、3000min−1でスピンコートした。以後の操作は乾燥窒素環境下で行った。
次いで、メタルハライドランプを用いて光照射(3J/cm)し、ホットプレート上で、120℃で15分間、180℃で60分間加熱して硬化させ、正孔注入層(40nm)を形成した。
次に、実施例1と同様にして、CBP+Ir(piq)(40nm)、BAlq(10nm)、Alq(30nm)、LiF(膜厚0.5nm)、Al(膜厚100nm)の順に蒸着し、封止を行った。
この有機EL素子のITOを正極、Alを陰極として電圧を印加したところ、4Vで赤色発光が観測され、輝度1000cd/mにおける電流効率は5.5cd/Aであった。
また、輝度が初期輝度(1000cd/m)から半減する時間を測定したところ、80時間であった。
正孔注入層を従来のPEDOT:PSS分散液より形成した比較例1に比べ、効率は1.3倍、寿命は20倍であった。
[実施例4]
<有機EL素子の作製:正孔注入層が重合層である例 低温硬化 熱処理のみ >
本実施例は乾燥窒素環境下で行った。ITOを1.6mm幅にパターンニングしたガラス基板上に、上記で得たオリゴマー5(4.5mg)、開始剤(実施例1と同じ)(0.45mg)、トルエン(1.2ml)を混合した塗布溶液を、3000min−1でスピンコートした後、ホットプレート上で120℃、10分間加熱して硬化させ、正孔輸送層(40nm)を形成した以外は、実施例1と同様に素子を作製した。この有機EL素子のITOを正極、Alを陰極として電圧を印加したところ、3.5Vで赤色発光が観測され、輝度1000cd/mにおける電流効率は6.0cd/Aであった。また寿命特性を測定したところ、250時間で輝度が半減した。
実施例1〜4と比較例1との比較より、実施例の有機EL素子は、発光効率及び発光寿命のいずれにおいても比較例より勝っていることが分かる。これは本発明における重合層を正孔注入層または正孔輸送層として適用することで、発光層へ正孔が効率よく注入・輸送されているために、発光効率が向上し、引いては発光寿命が長くなっていると考えられる。
<白色有機EL素子および照明装置の作製>
[実施例5]
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、オリゴマーAと光開始剤(実施例1と同じ)を用いて重合層(正孔輸送層)を形成した。
次に、窒素中、CDBP(15mg)、FIr(pic)(0.9mg)、Ir(ppy)3(0.9mg)、(btp)2Ir(acac)(1.2mg)、ジクロロベンゼン(0.5mL)の混合物を、3000rpmにてスピンコートし、次いで80℃で5分間乾燥させて発光層(40nm)を形成した。さらに、実施例1と同様にして、BAlq(10nm)、Alq(30nm)、LiF(膜厚0.5nm)、Al(膜厚100nm)の順に蒸着し、封止処理して有機EL素子および照明装置を作製した。
この白色有機EL素子および照明装置に電圧を印加したところ、均一な白色発光が観測された。
[比較例2]
重合層を形成しなかった以外、実施例5と同様にして白色有機EL素子および照明装置を作製した。
この白色有機EL素子および照明装置に電圧を印加したところ、白色発光が観測されたが、発光寿命は実施例5の1/4であった。
以上の実施例5と比較例2との比較により、本発明における重合層を挿入することで、白色有機EL素子および照明装置を安定的に駆動できることがわかる。
[実施例6]
(重合性の評価)
下記化合物1(4.5mg)のトルエン溶液(400μl)と下記イオン化合物1(0.45g)の酢酸エチル溶液(100μl)を混合した塗布溶液を、3000rpmで石英板上にスピンコートした。ついで、ホットプレート上で、120℃で10分間加熱して重合反応を行った。加熱後にトルエン:酢酸エチル(4:1)の混合溶媒に石英板を1分間浸漬し、洗浄をおこなった。洗浄前後のUV−visスペクトルにおける吸収極大(λmax)の吸光度(Abs)の比から、残膜率を測定した。
洗浄前:λmax=383nm 、 Abs=0.229
洗浄後:λmax=383nm 、 Abs=0.228
残膜率(%)=洗浄後Abs/洗浄前Abs×100
=0.228/0.229×100=99.6
Figure 0006032262
化合物1(Mw=8,200、Mw/Mn=1.44、nは1以上の整数)
Figure 0006032262
[実施例7]
ホットプレート上での加熱温度を180℃にした以外は、すべて実施例6と同様の方法で残膜率を測定した。
[実施例8]
イオン化合物1に代えて、下記イオン化合物2を用いた以外は、すべて実施例6と同様の方法で残膜率を測定した。
Figure 0006032262
[実施例9]
ホットプレート上での加熱温度を180℃にした以外は、すべて実施例8と同様の方法で残膜率を測定した。
[比較例3]
イオン化合物1に代えて、下記イオン化合物3を用いた以外は、すべて実施例6と同様の方法で残膜率を測定した。
Figure 0006032262
[比較例4]
ホットプレート上での加熱温度を180℃にした以外は、すべて比較例3と同様の方法で残膜率を測定した。
[比較例5]
イオン化合物1に代えて、下記イオン化合物4を用いた以外は、すべて実施例6と同様の方法で残膜率を測定した。
Figure 0006032262
[比較例6]
ホットプレート上での加熱温度を180℃にした以外は、すべて比較例5と同様の方法で残膜率を測定した。
[比較例7]
イオン化合物1に代えて、下記イオン化合物5を用いた以外は、すべて実施例6と同様の方法で残膜率を測定した。
Figure 0006032262
[比較例8]
ホットプレート上での加熱温度を180℃にした以外は、すべて比較例7と同様の方法で残膜率を測定した。
表4に各イオン化合物を用い、120℃及び180℃で残膜率を評価した結果をまとめた。本発明に係るイオン化合物を用いたとき、従来のオニウム塩型の硬化剤を用いたときより、低温で効果が進行していることが分かる。
Figure 0006032262
[実施例10]
ITOを1.6mm幅にパターンニングしたガラス基板上に、化合物1(4.5mg)のトルエン溶液(400μl)とイオン化合物1(0.45g)の酢酸エチル溶液(100μl)を混合した塗布溶液を、3000rpmでガラス基板上にスピンコートした。以後の実験は乾燥窒素環境下で行った。ついで、ホットプレート上で180℃で10分間加熱して硬化させ、正孔注入層(40nm)を形成した。
次いで、正孔注入層上に、下記構造式で表されるポリマ1(75質量部)、ポリマ2(20質量部)、ポリマ3(5質量部)からなる混合物の、トルエン溶液(1.0質量%)を3000rpmでスピンコートし、ホットプレート上で80℃、5分間加熱し、ポリマー発光層(膜厚80nm)を形成した。なお、正孔注入層と発光層は互いに溶解することなく積層することができた。
Figure 0006032262
(nは、1以上の整数である。)
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パターニングガラス基板を、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、多層構造の高分子型有機EL素子を作製した。以後の実験は大気中、室温(25℃)で行った。
この有機EL素子のITOを正極、Alを陰極として電圧を印加したところ、約3Vで緑色発光が観測された。輝度5000cd/mにおける電流効率は9.1cd/A、駆動電圧は4.9Vであった。また、寿命特性として、電流密度13mA/cmの定電流を印加し、輝度半減時間を測定したところ、340時間であった。
[比較例9]
イオン化合物1をイオン化合物3に変更した以外は、すべて実施例10と同様の方法で多層構造の高分子型有機EL素子を作製した。この有機EL素子のITOを正極、Alを陰極として電圧を印加したところ、約3.5Vで緑色発光が観測された。輝度5000cd/mにおける電流効率は6.9cd/A、駆動電圧は5.9Vであった。また、寿命特性として、電流密度14mA/cmの定電流を印加し、輝度半減時間を測定したところ、70時間であった。実施例10と比較して、駆動電圧が高く、輝度半減時間も大幅に短かった。
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

Claims (27)

  1. 3方向以上に分岐する構造を有し、かつ少なくとも一つの重合性置換基を有するポリマー又はオリゴマーを含み、
    前記ポリマー又はオリゴマーは、前記分岐構造を形成する起点から分岐した3方向以上の鎖のそれぞれに、また別の分岐構造を形成する起点をさらに有し、その別の分岐構造を形成する起点のそれぞれからさらに分岐する、多重分岐の構造を有し、
    前記ポリマー又はオリゴマーが、分岐構造を形成する起点となる単位として下記一般式(1)〜(10)の構造のうちの少なくともいずれか1種を含む、
    有機エレクトロニクス材料。
    Figure 0006032262
    (式中、Arは、それぞれ独立に2価の連結基を表し、炭素数2〜30個のアリーレン基、もしくはヘテロアリーレン基を表す。Wは、3価の連結基を表し、前記アリーレン基またはヘテロアリーレン基からさらに水素原子1個を除いた原子団であり置換基を有していてもよい。Yは、それぞれ独立に2価の連結基を表す。Zは、炭素原子、ケイ素原子、リン原子のいずれかを表す。)
  2. 前記ポリマー又はオリゴマーが少なくとも1つの電荷輸送基を含むことを特徴とする請求項に記載の有機エレクトロニクス材料。
  3. 前記重合性置換基が、オキセタン基エポキシ基、ビニル基、アクリレート基、及びメタクリレート基のうちのいずれかであることを特徴とする請求項1又は2に記載の有機エレクトロニクス材料。
  4. 前記重合性置換基が、前記ポリマー又はオリゴマーの末端に導入されていることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の有機エレクトロニクス材料。
  5. 前記ポリマー又はオリゴマー1分子に対して重合性置換基が3つ以上導入されていることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の有機エレクトロニクス材料。
  6. 前記重合性置換基が、オキセタン基であることを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の有機エレクトロニクス材料。
  7. 前記ポリマー又はオリゴマーが、下記一般式で示される部分構造を有することを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の有機エレクトロニクス材料。
    Figure 0006032262
    (式中、A,Aはそれぞれ独立に3価の連結基、A,Aはそれぞれ独立に4価の連結基を表し、L〜L10はそれぞれ独立に2価の連結基を表し、Xは2価の連結基を表し、nは1以上の整数を表し、mは、1または1からnまでの整数を表す。)
  8. 前記ポリマー又はオリゴマーの数平均分子量が、1,000以上1,000,000以下であることを特徴とする請求項1〜7のいずれか1項に記載の有機エレクトロニクス材料。
  9. 前記ポリマー又はオリゴマーの多分散度が1.0より大きいことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1項に記載の有機エレクトロニクス材料。
  10. さらに、ドーパントを含むことを特徴とする請求項1〜のいずれか1項に記載の有機エレクトロニクス材料。
  11. さらに、重合開始剤を含むことを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の有機エレクトロニクス材料。
  12. 前記重合開始剤が熱重合開始剤である請求項11に記載の有機エレクトロニクス材料。
  13. 前記重合開始剤がイオン性化合物である請求項11に記載の有機エレクトロニクス材料。
  14. 前記重合開始剤がドーパントとしても機能していることを特徴とする請求項12又は13記載の有機エレクトロニクス材料。
  15. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の有機エレクトロニクス材料を含むインク組成物。
  16. 請求項1〜14のいずれか1項に記載の有機エレクトロニクス材料又は請求項15に記載のインク組成物を用いて作製された有機薄膜。
  17. 請求項16に記載の有機薄膜を含む有機エレクトロニクス素子。
  18. 請求項16に記載の有機薄膜を含む有機エレクトロルミネセンス素子。
  19. 少なくとも基板、陽極、正孔注入層、発光層および陰極を積層し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、請求項16に記載の有機薄膜からなる層である有機エレクトロルミネセンス素子。
  20. 少なくとも基板、陽極、正孔輸送層、発光層および陰極を積層し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、請求項16に記載の有機薄膜からなる層である有機エレクトロルミネセンス素子。
  21. 少なくとも基板、陽極、発光層および陰極を積層し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、請求項16に記載の有機薄膜からなる層である有機エレクトロルミネセンス素子。
  22. 発光色が白色であることを特徴とする請求項18〜21のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
  23. 基板が、フレキシブル基板であることを特徴とする請求項18〜22のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
  24. 基板が、樹脂フィルムであることを特徴とする請求項18〜23のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネセンス素子。
  25. 請求項18〜24のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネセンス素子を備えた表示素子。
  26. 請求項18〜24のいずれか1項に記載の有機エレクトロルミネセンス素子を備えた照明装置。
  27. 請求項26に記載の照明装置と、表示手段として液晶素子と、を備えた表示装置。

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