JP6514005B2 - 有機エレクトロルミネッセンス素子及びインク組成物 - Google Patents

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Description

本発明は、有機エレクトロルミネッセンス素子及びそれを用いた装置並びにインク組成物に関する。
有機エレクトロルミネッセンス(EL)素子は、電界を印加することにより、陽極より注入された正孔と陰極より注入された電子の再結合エネルギーにより蛍光性物質が発光する原理を利用した自発光素子である。
有機EL素子は、陽極と陰極の間に、発光層の他、さらに、正孔注入層、正孔輸送層、電子注入層、電子輸送層等の有機層を含む積層構造を有する。
特開2004−152746号公報 特開平1−144415号公報 特開平2−294327号公報
本発明の目的は、駆動電圧が低く寿命の長い有機EL素子を提供することである。
本発明の他の目的は、新規なインク組成物を提供することである。
本発明者らは、鋭意研究の結果、特許文献1に記載のポリフェニレンオキサイドは末端処理が施されていないため水酸基が残留し、有機EL特性を低下させることを見出した。そして、ポリフェニレンオキサイドの末端処理をすることにより、素子特性を改善できることを見出し、本発明を完成させた。
本発明の一態様によれば、以下の有機EL素子が提供される。
陽極と陰極、及び
前記陽極と陰極の間に少なくとも1層の有機薄膜層を備え、
前記有機薄膜層のうちの1層が、下記式(1)で表されるポリマーを含む有機エレクトロルミネッセンス素子。
Figure 0006514005
(式(1)中、
a及びbは、それぞれ、炭素原子、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子である。a及びbが、それぞれ、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子であるとき、R及びRは存在しない。
及びRは、それぞれ、水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数5〜6のシクロアルキル基、炭素数1〜8のアルコキシ基、環形成炭素数6〜10のアリール基、環形成炭素数6〜10のアリーロキシ基、フッ素原子、塩素原子、炭素数2〜16のアルコキシアルキル基、置換もしくは無置換のアミノ基、又は置換もしくは無置換のメルカプト基である。
及びRは、それぞれ、他の原子と結合して又は互いに結合して、環を形成してもよい。
環Aは、芳香族炭化水素環又は芳香族複素環である。
は−O−又は−S−である。
は、置換基である。
は、水素原子又は置換基である。
nは繰り返し数である。
は、単結合、又は下記式(2)もしくは下記式(3)で表される基である。
−L11−L12−L13− (2)
(式(2)中、L11は炭素数1〜8のアルキレン基であり、L12は単結合、−O−又は−S−であり、L13は単結合又は炭素数1〜8のアルキレン基である。尚、L11がRと結合し、L13が環Aと結合する。)
−L14−L15−B−L16− (3)
(式(3)中、L14は単結合又は炭素数1〜8のアルキレン基であり、L15は単結合、−O−又は−S−であり、Bは置換もしくは無置換の芳香族炭化水素環又は置換もしくは無置換の芳香族複素環であり、L16は単結合、−O−又は−S−である。尚、L14がRと結合し、L16が環Aと結合する。))
本発明の他の態様によれば、上記式(1)で表されるポリマーと、有機半導体材料と、を含むインク組成物が、提供される。
本発明の他の態様によれば、上記インク組成物を用いて、有機半導体素子の少なくとも1層を湿式で製造する有機半導体素子の製造方法が、提供される。
本発明の他の態様によれば、上記有機エレクトロルミネッセンス素子を具備する表示装置が、提供される。
本発明によれば、駆動電圧が低く寿命の長い有機EL素子が提供できる。
本発明によれば、新規なインク組成物が提供できる。
本発明の有機EL素子は、陽極と陰極の間に少なくとも1層の有機薄膜層を備え、有機薄膜層のうちの1層が、下記式(1)で表されるポリマーを含む。
Figure 0006514005
式(1)中、a及びbは、それぞれ、炭素原子、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子である。a及びbが、それぞれ、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子であるとき、R及びRは存在しない。a及びbは共に炭素原子であることが好ましい。
及びRは、水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数5〜6のシクロアルキル基、炭素数1〜8のアルコキシ基、環形成炭素数6〜10のアリール基、環形成炭素数6〜10のアリーロキシ基、フッ素原子、塩素原子、炭素数2〜16のアルコキシアルキル基、置換もしくは無置換のアミノ基、又は置換もしくは無置換のメルカプト基である。
及びRは、同じでも異なってもよいが、同じ置換基であることが好ましい。
アルキル基として、メチル基、エチル基、プロピル基、イソプロピル基、ブチル基、ヘキシル基、オクチル基等が挙げられる。
シクロアルキル基として、シクロヘキシル基、シクロペンチル基等が挙げられる。
アルコキシ基として、メトキシ基、エトキシ基、プロポキシ基等が挙げられる。
アリール基として、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。
アリーロキシ基として、フェノキシ基等が挙げられる。
アルコキシアルキル基として、メトキシメチル基、エトキシメチル基等が挙げられる。
置換アミノ基又は置換メルカプト基は、モノ置換でもジ置換でもよく、炭素数は例えば1〜20である。置換基として、炭素数1〜8のアルキル基、環形成炭素数6〜10のアリール基、炭素数7〜30のアルキルアリール基等が挙げられる。
アルキル基、アリール基の具体例は上記と同じである。
アルキルアリールとしては、メチルフェニル基等が挙げられる。
置換もしくは無置換のアミノ基として、ジメチルアミノ基、ジエチルアミノ基、メチルエチルアミノ基、ジフェニルアミノ基等が挙げられる。
置換もしくは無置換のメルカプト基として、メチルメルカプト基、エチルメルカプト基、プロピルメルカプト基等が挙げられる。
及びRは、それぞれ、好ましくは炭素数1〜8のアルキル基、炭素数1〜8のアルコキシ基、又は環形成炭素数6〜10のアリール基であり、より好ましくは、メチル基、メトキシ基、フェニル基である。
及びRは、それぞれ、他の原子と結合して又は互いに結合して、環を形成してもよい。
とRの少なくとも一方を一部として含む環は、好ましくは飽和又は不飽和炭化水素環であり、芳香環でもよい。
とRの少なくとも一方を一部として含む環は、環Aと縮合環を形成する。当該縮合環は、好ましくは6員環同士の縮合環、又は6員環と5員環の縮合環である。
当該縮合環を形成する炭素数は、例えば10〜20である。好ましくは10〜18である。当該縮合環を形成する原子数は、例えば10〜20である。好ましくは10〜18である。縮合環が含むヘテロ原子として、例えば、窒素原子、酸素原子及び硫黄原子から選択される1以上の原子、好ましくは1〜3、より好ましくは1又は2の原子が挙げられる。
当該縮合環は、例えば、ナフタレン、アントラセン、テトラヒドロナフタレン等である。
環Aは、芳香族炭化水素環又は芳香族複素環である。
は−O−又は−S−である。好ましくは−O−である。
は、置換基である。
は、水素原子又は置換基である。
とRとして、それぞれ、置換もしくは無置換の炭素数1〜8のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜8のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜8のアルキルカルボニル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリール基、置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリーロキシ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリールカルボニル基、置換もしくは無置換の炭素数7〜20のアラルキル基等が挙げられ、好ましくは置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリール基、又は置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリールカルボニル基である。
アルキル基、アルコキシ基、アリール基、アリーロキシ基の具体例は上記と同じである。
アルキルカルボニル基のアルキル基の具体例は上記と同じであり、アルキルカルボニル基としてはアセチル基等が挙げられる。
アリールカルボニル基のアリール基の具体例は上記と同じであり、アリールカルボニル基としてはベンゾイル基等が挙げられる。
アラルキル基のアルキル基とアリール基の具体例は上記と同じであり、アラルキル基としてはベンジル基等が挙げられる。
nは繰り返し数である。nは通常10〜3000である。
は、単結合、又は下記式(2)もしくは下記式(3)で表される基である。
−L11−L12−L13− (2)
式(2)中、L11は炭素数1〜8のアルキレン基であり、L12は単結合、−O−又は−S−であり、L13は単結合又は炭素数1〜8のアルキレン基である。L11がRと結合し、L13が環Aと結合する。
−L14−L15−B−L16− (3)
式(3)中、L14は単結合又は炭素数1〜8のアルキレン基であり、L15は単結合、−O−又は−S−であり、Bは置換もしくは無置換の芳香族炭化水素環又は置換もしくは無置換の芳香族複素環であり、L16は単結合、−O−又は−S−である。L14がRと結合し、L16が環Aと結合する。
環A又はBは、単環でもよく縮合環でもよい。
環A又はBの芳香族炭化水素環の環を形成する炭素数は、例えば6〜20である。好ましくは6〜18である。
環A又はBの芳香族複素環の環を形成する原子数は、例えば5〜20である。好ましくは5〜10である。
環A又はBの芳香族複素環のヘテロ原子として、例えば、窒素原子、酸素原子及び硫黄原子から選択される1以上の原子、好ましくは1〜3、より好ましくは1又は2の原子が挙げられる。
環A又はBは、好ましくは6員環、5員環、6員環同士の縮合環、又は6員環と5員環の縮合環である。
好適な環Aとして、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、テトラヒドロナフタレン環、ピリジン環等が挙げられる。
好適な環Bとして、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、テトラヒドロナフタレン環、ピリジン環等が挙げられる。
式(1)で表されるポリマーは、下記式(2)、(3)又は(4)で表されるポリマーであってもよい。
Figure 0006514005
式(2)中、R〜R、L、X、nは、それぞれ式(1)のR〜R、L、X、nの定義と同じである。
Figure 0006514005
式(3)中、R〜R、nは、それぞれ式(1)のR〜R、nの定義と同じである。
Figure 0006514005
式(4)中、R、R、nは、それぞれ式(1)のR、R、nの定義と同じである。Ar及びArは、それぞれ環形成炭素数6〜10のアリール基である。アリール基の具体例は上記と同じである。
式(1)は以下の式(10)の繰り返し構造を含む。
Figure 0006514005
(式中、a、b、R、R、A、X、Lは、それぞれ、式(1)のa、b、R、R、A、X、Lと同じである。)
環Aが芳香族炭化水素環である式(10)の繰り返し構造の具体例として以下を示す。
Figure 0006514005
Figure 0006514005
Figure 0006514005
Figure 0006514005
(式中、nは繰り返し数である。)
環Aが芳香族複素環である式(10)の繰り返し構造の具体例として以下を示す。
Figure 0006514005
上記構造中のHとして、以下を例示できる。
Figure 0006514005
Figure 0006514005
Figure 0006514005
ポリマーは、少なくも1つの末端又は両端がキャッピングされている。ポリマーは分岐していてもよい。分岐ポリマーは、重合の際、分岐モノマーを添加することで製造できる。
上記において、“置換もしくは無置換”というときの任意の置換基は、炭素数1〜8のアルキル基;炭素数1〜8のフルオロアルキル基;環形成炭素数3〜8のシクロアルキル基;環形成炭素数6〜20のアリール基;環形成炭素数6〜20のアリール基を有する炭素数2〜28のアラルキル基;アミノ基;炭素数1〜8のアルキル基を有するモノ−又はジアルキルアミノ基;環形成炭素数6〜20のアリール基を有するモノ−又はジアリールアミノ基;炭素数1〜8のアルキル基を有するアルコキシ基;炭素数1〜8のアルキル基を有するフルオロアルコキシ基;環形成炭素数6〜20のアリール基を有するアリーロキシ基;炭素数1〜8のアルキル基及び環形成炭素数6〜20のアリール基から選ばれる基を有するモノ−、ジ−又はトリ置換シリル基;環形成原子数5〜20でありヘテロ原子(窒素原子、酸素原子、硫黄原子)を1〜5個(好ましくは1〜3個、より好ましくは1〜2個)含むヘテロアリール基;ハロゲン原子(フッ素原子、塩素原子、臭素原子、ヨウ素原子);シアノ基;ニトロ基からなる群より選ばれる。
アルキル基、シクロアルキル基、アルコキシ基、アリール基、アラルキル基、モノ−又はジアルキルアミノ基、モノ−又はジアリールアミノ基、アリーロキシ基の具体例は上記と同じであり、フルオロアルキル基のアルキル基、フルオロアルコキシ基のアルコキシ基、置換シリル基の置換基であるアルキル基及びアリール基は上記と同じである。
ヘテロアリール基としては、例えば、ピロリル基、トリアジニル基、ピラジニル基、ピリミジニル基、ピリジニル基、インドリル基、イソインドリル基、イミダゾリル基、フリル基、ベンゾフラニル基、イソベンゾフラニル基、ジベンゾフラニル基、ジベンゾチオフェニル基、キノリル基、イソキノリル基、キノキサリニル基、カルバゾリル基、フェナントリジニル基、アクリジニル基、フェナントロリニル基、フェナジニル基、フェノチアジニル基、フェノキサジニル基、オキサゾリル基、オキサジアゾリル基、フラザニル基、チエニル基、ベンゾチオフェニル基等が挙げられる。
また、上記の「カルバゾリル基」には以下の構造も含まれる。
Figure 0006514005
また、上記のヘテロアリール基には以下の構造も含まれる。
Figure 0006514005
(式中、X,Yはそれぞれ酸素原子、硫黄原子、窒素原子又は−NH−基である。)
これらの置換基には、上記の置換基によって更に置換されてもよい。また、これらの置換基は複数が互いに結合して環を形成してもよい。
本明細書において、水素原子とは、中性子数が異なる同位体、すなわち、軽水素(protium)、重水素(deuterium)、三重水素(tritium)、を包含する。
本明細書において、環形成炭素数とは、原子が環状に結合した構造の化合物(例えば、単環化合物、縮合環化合物、架橋化合物、炭素環化合物、複素環化合物)の当該環自体を構成する原子のうちの炭素原子の数を表す。当該環が置換基によって置換される場合、置換基に含まれる炭素は環形成炭素数には含まない。以下で記される「環形成炭素数」については、特筆しない限り同様とする。例えば、ベンゼン環は環形成炭素数が6であり、ナフタレン環は環形成炭素数が10であり、ピリジニル基は環形成炭素数5であり、フラニル基は環形成炭素数4である。また、ベンゼン環やナフタレン環に置換基として例えばアルキル基が置換している場合、当該アルキル基の炭素数は、環形成炭素数の数に含めない。また、フルオレン環に置換基として例えばフルオレン環が結合している場合(スピロフルオレン環を含む)、置換基としてのフルオレン環の炭素数は環形成炭素数の数に含めない。
本明細書において、環形成原子数とは、原子が環状に結合した構造(例えば単環、縮合環、環集合)の化合物(例えば単環化合物、縮合環化合物、架橋化合物、炭素環化合物、複素環化合物)の当該環自体を構成する原子の数を表す。環を構成しない原子(例えば環を構成する原子の結合手を終端する水素原子)や、当該環が置換基によって置換される場合の置換基に含まれる原子は環形成原子数には含まない。以下で記される「環形成原子数」については、特筆しない限り同様とする。例えば、ピリジン環の環形成原子数は6であり、キナゾリン環は環形成原子数が10であり、フラン環の環形成原子数が5である。ピリジン環やキナゾリン環の炭素原子にそれぞれ結合している水素原子や置換基を構成する原子については、環形成原子数の数に含めない。また、フルオレン環に置換基として例えばフルオレン環が結合している場合(スピロフルオレン環を含む)、置換基としてのフルオレン環の原子数は環形成原子数の数に含めない。
本明細書において、「置換もしくは無置換の炭素数XX〜YYのZZ基」という表現における「炭素数XX〜YY」は、ZZ基が無置換である場合の炭素数を表すものであり、置換されている場合の置換基の炭素数は含めない。ここで、「YY」は「XX」よりも大きく、「XX」と「YY」はそれぞれ1以上の整数を意味する。
本明細書において、「置換もしくは無置換の原子数XX〜YYのZZ基」という表現における「原子数XX〜YY」は、ZZ基が無置換である場合の原子数を表すものであり、置換されている場合の置換基の原子数は含めない。ここで、「YY」は「XX」よりも大きく、「XX」と「YY」はそれぞれ1以上の整数を意味する。
「置換もしくは無置換の」という場合における「無置換」とは前記置換基で置換されておらず、水素原子が結合していることを意味する。
上記のポリフェニレンオキサイドの末端処理は通常の方法で実施できる。例えば、末端をベンゾイルでキャッピングする場合、以下のようにして得られる。
Figure 0006514005
上記反応の他、目的物に合せた既知の代替反応や原料を用いることで、末端処理できる。
陽極と陰極の間にある有機薄膜層として、発光層、正孔輸送層、正孔注入層、電子輸送層、電子注入層、正孔障壁層、絶縁層等、公知の層を含むことができる。好ましい層構成は、限定されないが、陽極側から陰極側へ、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層が積層される。
本発明では、有機薄膜層の少なくとも1層が、上記式(1)のポリマーを含むことができるが、好ましくは、発光層である。ポリマーを、通常1〜80重量%、例えば3重量%以上20重量%未満(又は18重量%以下)含む。好ましくは5〜60重量%含む。
有機EL素子の発光層に用いられる高分子材料は低分子量成分が除去されていることが望ましい。Appl.Phys.Lett.,Vol.76,No.18(2000)には、材料中に含まれる低分子量成分が発光層中で拡散することにより性能が変化することが示されている。
本発明で用いるポリマーについても例外ではなく、低分子量成分が除去されていることが好ましい。特に、ポリスチレン換算における重量平均分子量が10,000未満の低分子量成分が、ポリマー(重量平均分子量10,000以上1,000,000未満)の総重量の10%以下であることが好ましい。
低分子量成分の除去には、低分子量成分を除去するのに適切な溶剤を用いた洗浄処理や、本発明で用いるポリマーに対して良溶媒として機能する溶媒と、貧溶媒として機能する溶媒とを適切に組み合わせた再沈殿処理等が挙げられる。
洗浄処理に用いられる溶剤としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、シクロヘキサノール等のアルコール系溶媒、ヘキサン、シクロヘキサン等の脂肪族系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル、PGMEA等のエステル系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン等のケトン系溶媒、ベンゼン、トルエン、ジエチルベンゼン、キシレン、アニソール等の芳香族系溶媒、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジエチルホルムアミド、ジエチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドン、N,N−ジメチルメトキシプロピオンアミド、N,N−ジメチルエトキシプロピオンアミド、N,N−ジメチルプロポキシプロピオンアミド、N,N−ジメチルブトキシプロピオンアミド等のアミド系溶媒、クロロベンゼン、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素等のハロゲン系溶剤等が用いられる。
特に、本発明で用いるポリマーのうち、有機EL素子の特性に適合する分子量範囲(例えば、重量平均分子量10,000〜1,000,000)を主成分として含む場合は、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトンによる処理が好ましい。
再沈殿処理に用いられる溶剤のうち、良溶媒としては、ベンゼン、トルエン、ジエチルベンゼン、キシレン、アニソール、ジメチルホルムアミド、ジメチルアセトアミド、ジエチルホルムアミド、ジエチルアセトアミド、N−メチルピロリドン、N−エチルピロリドン、N,N−ジメチルメトキシプロピオンアミド、N,N−ジメチルエトキシプロピオンアミド、N,N−ジメチルプロポキシプロピオンアミド、N,N−ジメチルブトキシプロピオンアミド、クロロベンゼン、塩化メチレン、クロロホルム、四塩化炭素等が挙げられる。
貧溶媒としては、メタノール、エタノール、プロパノール、ブタノール、シクロヘキサノール、ヘキサン、シクロヘキサン、酢酸エチル、酢酸ブチル、PGMEA、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、ジエチルケトン、シクロペンタノン、シクロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン等が挙げられる。
上記の溶媒から適切な良溶媒と貧溶媒の組合せを用いればよい。特に、良溶媒としてベンゼン、トルエン、塩化メチレン、又はクロロホルム、貧溶媒としてメタノール、アセトン、又はメチルエチルケトンを用いることが好ましく、貧溶媒としてアセトン又はメチルエチルケトンを用いることが好ましい。
以下、有機EL素子を構成する発光層以外の層について説明する。尚、有機EL素子を構成する層及び材料は下記に限定されない。
(基板)
基板は、発光素子の支持体として用いられる。基板としては、例えば、ガラス、石英、プラスチック等を用いることができる。また、可撓性基板を用いてもよい。可撓性基板とは、折り曲げることができる(フレキシブル)基板のことであり、例えば、ポリカーボネート、ポリ塩化ビニルからなるプラスチック基板等が挙げられる。
(陽極)
基板上に形成される陽極には、仕事関数の大きい(具体的には4.0eV以上)金属、合金、電気伝導性化合物、及びこれらの混合物等を用いることが好ましい。具体的には、例えば、酸化インジウム−酸化スズ(ITO:Indium Tin Oxide)、珪素もしくは酸化珪素を含有した酸化インジウム−酸化スズ、酸化インジウム−酸化亜鉛、酸化タングステン、及び酸化亜鉛を含有した酸化インジウム、グラフェン等が挙げられる。この他、金(Au)、白金(Pt)、又は金属材料の窒化物(例えば、窒化チタン)等が挙げられる。
(正孔注入層)
正孔注入層は、正孔注入性の高い物質を含む層である。正孔注入性の高い物質としては、モリブデン酸化物、チタン酸化物、バナジウム酸化物、レニウム酸化物、ルテニウム酸化物、クロム酸化物、ジルコニウム酸化物、ハフニウム酸化物、タンタル酸化物、銀酸化物、タングステン酸化物、マンガン酸化物、芳香族アミン化合物、又は高分子化合物(オリゴマー、デンドリマー、ポリマー等)等も使用できる。
(正孔輸送層)
正孔輸送層は、正孔輸送性の高い物質を含む層である。正孔輸送層には、芳香族アミン化合物、カルバゾール誘導体、アントラセン誘導体等を使用することができる。ポリ(N−ビニルカルバゾール)(略称:PVK)やポリ(4−ビニルトリフェニルアミン)(略称:PVTPA)等の高分子化合物を用いることもできる。但し、電子よりも正孔の輸送性の高い物質であれば、これら以外のものを用いてもよい。等、正孔輸送性の高い物質を含む層は、単層のものだけでなく、上記物質からなる層が二層以上積層したものとしてもよい。
(発光層のホスト材料)
発光層としては、上述した発光性の高い物質(ゲスト材料)を他の物質(ホスト材料)に分散させた構成としてもよい。発光性の高い物質を分散させるための物質としては、各種のものを用いることができ、発光性の高い物質よりも最低空軌道準位(LUMO準位)が高く、最高被占有軌道準位(HOMO準位)が低い物質を用いることが好ましい。
発光性の高い物質を分散させるための物質(ホスト材料)としては、例えば、アルミニウム錯体、ベリリウム錯体、もしくは亜鉛錯体等の金属錯体、オキサジアゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、もしくはフェナントロリン誘導体等の複素環化合物、カルバゾール誘導体、アントラセン誘導体、フェナントレン誘導体、ピレン誘導体、もしくはクリセン誘導体等の縮合芳香族化合物、トリアリールアミン誘導体、もしくは縮合多環芳香族アミン誘導体等の芳香族アミン化合物が使用される。
ホスト材料として以下を例示できる。
Figure 0006514005
Figure 0006514005
Figure 0006514005
Figure 0006514005
当該発光層は、上記に例示されたホスト材料の他に、下記に例示される化合物を更に含んでいてもよい。
Figure 0006514005
Figure 0006514005
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Figure 0006514005
Figure 0006514005
Figure 0006514005
Figure 0006514005
また、当該発光層のホスト材料として以下を例示できる。
Figure 0006514005
Figure 0006514005
以上に例示した化合物は、発光層のホスト材、コホスト材としてのみの用途に限られるものではなく、有機エレクトロルミネッセンス素子を構成する他の有機層に適宜含まれていてもよい。
(発光層のゲスト(ドーパント)材料)
発光層は、発光性の高い物質を含む層であり、種々の材料を用いることができる。例えば、発光性の高い物質としては、蛍光を発光する蛍光性化合物や燐光を発光する燐光性化合物を用いることができる。蛍光性化合物は一重項励起状態から発光可能な化合物であり、燐光性化合物は三重項励起状態から発光可能な化合物である。
発光層に用いることができる青色系の蛍光発光材料(ゲスト、ドーパント)として、ピレン誘導体、スチリルアミン誘導体、クリセン誘導体、フルオランテン誘導体、フルオレン誘導体、ジアミン誘導体、トリアリールアミン誘導体等が使用できる。発光層に用いることができる緑色系の蛍光発光材料として、芳香族アミン誘導体等を使用できる。発光層に用いることができる赤色系の蛍光発光材料として、テトラセン誘導体、ジアミン誘導体等が使用できる。
蛍光ドーパント材料として以下を例示できる。
Figure 0006514005
Figure 0006514005
発光層に用いることができる燐光発光材料(ゲスト、ドーパント)としては、燐光量子収率が高く、発光素子の外部量子効率をより向上させることができるという点で、イリジウム(Ir)、オスミウム(Os)、ルテニウム(Ru)又は白金(Pt)を含有する化合物であると好ましく、イリジウム錯体、オスミウム錯体、ルテニウム錯体、白金錯体等の金属錯体であるとさらに好ましく、中でもイリジウム錯体及び白金錯体がより好ましく、イリジウム、オスミウム及び白金から選択される金属原子のオルトメタル化錯体が最も好ましい。
(電子輸送層)
電子輸送層は、電子輸送性の高い物質を含む層である。電子輸送層には、1)アルミニウム錯体、ベリリウム錯体、亜鉛錯体等の金属錯体、2)イミダゾール誘導体、ベンゾイミダゾール誘導体、アジン誘導体、カルバゾール誘導体、フェナントロリン誘導体等の複素芳香族化合物、3)高分子化合物を使用することができる。
(電子注入層)
電子注入層は、電子注入性の高い物質を含む層である。電子注入層には、リチウム(Li)、フッ化リチウム(LiF)、フッ化セシウム(CsF)、フッ化カルシウム(CaF)、リチウム酸化物(LiOx)等のようなアルカリ金属、アルカリ土類金属、又はそれらの化合物を用いることができる。
(陰極)
陰極には、仕事関数の小さい(具体的には3.8eV以下)金属、合金、電気伝導性化合物、及びこれらの混合物等を用いることが好ましい。このような陰極材料の具体例としては、元素周期表の第1族又は第2族に属する元素、すなわちリチウム(Li)やセシウム(Cs)等のアルカリ金属、及びマグネシウム(Mg)等のアルカリ土類金属、及びこれらを含む合金(例えば、MgAg、AlLi)等の希土類金属及びこれらを含む合金等が挙げられる。
本発明の有機EL素子は駆動電圧が低く、好ましくは、実施例に記載の測定方法で、7.0V以下の素子を得ることが可能となる。
本発明のインク組成物は、上記式(1)で表されるポリマーと、有機半導体材料とを含む。
有機半導体材料として、有機EL素子用材料、有機電界効果トランジスタ材料、有機薄膜太陽電池材料等が挙げられる。
本発明のインク組成物は、通常溶媒を含む。溶媒として、メチルエチルケトン、エタノール、アセトン、脂肪族炭化水素、グリコールエーテル、高級アルコール等が挙げられる。
例えば、有機EL素子の発光層を、上記のインク組成物を用いて製造するとき、通常、組成物は、溶媒、ホスト材料、ドーパント材料、ポリマーを含む。本発明で用いるポリマーは、増粘性、耐熱性を有すると共に、EL特性に影響しない。ポリマーは増粘材として機能し得る。
上記のインク組成物を用いて、有機半導体素子の1層を、インクジェット、スピンコート、グラビア印刷等の湿式方法で製造できる。インクジェット、スピンコート法が好ましい。湿式(印刷、塗布)で製造できると高生産性、省エネルギーでの生産ができる。
上記のポリマーを含むと、インクの増粘性が向上する。また、上記のポリマーは好ましくはTgが150℃以上である。このようにTgが高いと形成される膜のTgが高まる。
製造例1(2,6−ジメチルフェノール(キシレノール)の合成)
酸化鉄10gを450℃で3時間焼成した後、フェノール50g、メタノール200g、水100gをオートクレーブ中に入れ360℃で15分間反応させた。反応終了後、生成物をろ取し、デカン100gを加えた。有機相を分離し硫酸ナトリウムで乾燥させた後、蒸留(131−135℃/100mmHg)により2,6−キシレノール49.5gを得た。
400MHzのNMR測定結果は、δ2.2ppm −CH、δ4.6ppm −OH,δ6.7−6.9 Ar−Hであり、得られた化合物は表題の物であることが分かった。
製造例2(2,6−ジメチルフェノールの重合)
撹拌装置、温度計、酸素導入管を備えた500mlのフラスコに、製造例1で得られた2,6−キシレノール12.0g、トルエン60ml、塩化第一銅0.1g、ピリジン10mlを加え、30℃で酸素を導入しながら120分撹拌した。反応終了後、塩酸5gを含むメタノール1Lに反応液を入れ、ポリマーを析出させた。ポリマーをトルエンに溶解し、再び塩酸5gを含むメタノール1Lに溶液を注ぎポリマーを析出させた。ポリマーを塩化メチレン500mlに溶解し、これにメタノールを120ml添加した後、溶液を60℃に加熱して静置した。冷却後分離したポリマーをメタノールで再沈澱を行いポリ2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル(P1)5.4gを得た。このポリマーのGPC測定を行った結果、ポリスチレン換算でMw94000、Mw/Mn=2.33であることが分かった。
製造例3(ポリ2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテルの末端処理)
製造例2で得られたポリ2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル3.0gを塩化メチレン30mlに溶解し、これにトリエチルアミン1.0g、ベンゾイルクロライド1.0gを加え、室温で1時間撹拌した。析出した塩をろ別し、メタノールでポリマーを沈殿させた後、メタノールで洗浄した。末端を処理したポリ2,6−ジメチル−1,4−フェニレンエーテル(PX1)2.9gを得た。
400MHzのNMR測定結果において、δ8.1ppm、7.7ppm、7.5ppmに新たにピークが観測され、4−5ppmにピークが無いことからベンゾイル基が導入されていることが分かった。
製造例4(2,6−ジメトキシフェノールの合成)
1,2,3−トリメトキシベンゼン(東京化成株式会社製造品)32g、クロロホルム100ml、ヨウ化トリメチルシラン44gをフラスコに入れ室温で48時間撹拌した。反応後、ジエチルエーテルを加え、水で3回洗浄した後、硫酸マグネシウムで乾燥し、ジエチルエーテルを留去して固体を得た。この固体をアセトンを使用して再結晶を行ない2,6−ジメトキシフェノール28gを得た。400MHzNMR測定結果、δ3.6ppm −OCH3、δ6.1ppm −OH,δ6.4−6.9 Ar−Hであり、得られた化合物は表題の物であることが分かった。
製造例5(2,6−ジメトキシフェノールの重合)
撹拌装置、温度計、酸素導入管を備えた300mlのフラスコに、製造例4で得られた2,6−ジメトキシフェノール5.0g、トルエン30ml、塩化第一銅0.1g、ピリジン50mlを加え、30℃で酸素を導入しながら6時間撹拌した。反応終了後、塩酸5gを含むメタノール1Lに反応液を入れ、ポリマーを析出させた。ポリマーをトルエンに溶解し、再び塩酸5gを含むメタノール1Lに溶液を注ぎポリマーを析出させた。ポリマーを塩化メチレン300mlに溶解し、これにメタノールを60ml添加した後、溶液を60℃に加熱して静置した。冷却後分離したポリマーをメタノールで再沈澱を行いポリ2,6−ジメトキシ−1,4−フェニレンエーテル(P2)3.1gを得た。このポリマーのGPC測定を行った結果、ポリスチレン換算でMw22000、Mw/Mn=2.82であることが分かった。
製造例6(ポリ2,6−ジメトキシ−1,4−フェニレンエーテルの末端処理)
製造例5で得られたポリ2,6−ジメトキシ−1,4−フェニレンエーテル3.0gを塩化メチレン30mlに溶解し、これにトリエチルアミン1.0g、ベンゾイルクロライド1.0gを加え、室温で1時間撹拌した。析出した塩をろ別し、メタノールでポリマーを沈殿させた後、メタノールで洗浄した。末端を処理したポリ2,6−ジメトキシ−1,4−フェニレンエーテル(PX2)2.2gを得た。
400MHzのNMR測定結果において、δ8.1ppm、7.7ppm、7.5ppmに新たにピークが観測され、4−5ppmにピークが無いことからベンゾイル基が導入されていることが分かった。
製造例7(2,6−ジフェニルフェノールの合成)
シクロヘキサノン200mlを150℃に加熱撹拌し、これに水酸化カリウム5.0gを加え3時間反応した。KOHを除いた後、0.5%の白金を含むアルミナ10gを加え330℃で8時間加熱撹拌した。冷却後、減圧加熱で低沸点物を除去し、トルエンから再結晶を行い2,6−ジフェニルフェノール11.5gを得た。融点103℃。
400MHzNMRの測定結果は、δ5.4ppm −OH,δ7.1−7.5 Ar−Hであり、得られた化合物は表題の物であることが分かった。
製造例8(2,6−ジフェニルフェノールの重合)
撹拌装置、温度計、酸素導入管を備えた300mlのフラスコに、製造例7で得られた2,6−ジフェニルフェノール(東京化成株式会社製造品)5.0g、トルエン30ml、塩化第一銅0.1g、ピリジン50mlを加え、30℃で酸素を導入しながら6時間撹拌した。反応終了後、塩酸5gを含むメタノール1Lに反応液を入れ、ポリマーを析出させた。ポリマーをトルエンに溶解し、再び塩酸5gを含むメタノール1Lに溶液を注ぎポリマーを析出させた。ポリマーを塩化メチレン300mlに溶解し、これにメタノールを60ml添加した後、溶液を60℃に加熱して静置した。分離したポリマーをメタノールで再沈澱を行いポリ2,6−ジフェニル−1,4−フェニレンエーテル(P3)3.3gを得た。このポリマーのGPC測定を行った結果、ポリスチレン換算でMw34000、Mw/Mn=2.11であることが分かった。
製造例9(ポリ2,6−ジフェニル−1,4−フェニレンエーテルの末端処理)
製造例8で得られたポリ2,6−ジフェニル−1,4−フェニレンエーテル3.0gを塩化メチレン30mlに溶解し、これにトリエチルアミン1.0g、ベンゾイルクロライド1.0gを加え、室温で1時間撹拌した。析出した塩をろ別し、メタノールでポリマーを沈殿させた後、メタノールで洗浄した。末端を処理したポリ2,6−ジフェニル−1,4−フェニレンエーテル(PX3)2.2gを得た。400MHzNMR測定結果、δ8.1ppm、7.7ppm、7.5ppmに新たにピークが観測され、4−5ppmにピークが無いことからベンゾイル基が導入されていることが分かった。
実施例1
(基板の洗浄)
25mm×25mm×厚さ1.1mmのITO透明電極付ガラス基板(ジオマテック株式会社製)をイソプロピルアルコール中で、超音波洗浄を5分間行った後、UVオゾン洗浄を5分間行った。
(下地層の形成)
正孔輸送材料として下記で表されるHERAEUS社製CLEVIOUS AI4083(商品名)(ポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)−ポリ(スチレンスルフォネート))を30nmの厚さで前記のITO基板上にスピンコート法により成膜した。成膜後、アセトンにより不要な部分を除去し、次いで大気中で200℃のホットプレートで10分間焼成し、下地基板を作製した。
Figure 0006514005
(発光層の形成)
ホスト材料として下記化合物H−1、ドーパント材料として下記化合物D−1、製造例3で得た重合体PX1を用いて、化合物H−1:化合物D−1:重合体PX1が重量比で70:20:10となるような混合比で1.4重量%のトルエン溶液を調製した。このトルエン溶液を用い、前記下地基板上にスピンコート法により、50nmの膜厚になるように塗布した。塗布後、不要部分をトルエンにて除去し、150℃のホットプレート上で加熱乾燥し、発光層が形成された積層基板を作製した。等、発光層の成膜にかかる全ての操作は窒素雰囲気のグローブボックス中で実施した。
Figure 0006514005
(蒸着、封止)
積層基板を蒸着チャンバー中に搬送し、電子輸送層として下記化合物ET−1を50nm蒸着した。さらにフッ化リチウムを1nm、アルミニウムを80nm蒸着した。全ての蒸着工程を完了させた後、窒素雰囲気下のグローブボックス中でザグリガラスによる封止を行い、有機EL素子を作製した。
Figure 0006514005
(素子評価)
得られた有機EL素子を、電圧が0〜10ボルト(0.1ボルト刻み)の直流電流駆動により発光させ、発光輝度を輝度計により計測し、100cd/mで発光が観察できる電圧を確認した。
また、定電流駆動により初期輝度1000cd/mから500cd/mまで輝度が低下する時間(輝度半減時間)を計測した。測定結果を表1に示す。
実施例2
素子作製に用いる重合体として製造例6で得たPX2を用いたこと以外は、実施例1と同様にして素子を作製して評価した。結果を表1に示す。
実施例3
素子作製に用いる重合体として製造例9で得たPX3を用いたこと以外は、実施例1と同様にして素子を作製して評価した。結果を表1に示す。
比較例1
素子作製に用いる重合体として製造例2で得たP1を用いたこと以外は、実施例1と同様にして素子を作製して評価した。結果を表1に示す。
Figure 0006514005

Claims (23)

  1. 陽極と陰極、及び
    前記陽極と陰極の間に少なくとも1層の有機薄膜層を備え、
    前記有機薄膜層のうちの1層が、下記式(1)で表されるポリマーを含む有機エレクトロルミネッセンス素子。
    Figure 0006514005
    (式(1)中、
    a及びbは、それぞれ、炭素原子、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子である。a及びbが、それぞれ、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子であるとき、R及びRは存在しない。
    及びRは、それぞれ、水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数5〜6のシクロアルキル基、炭素数1〜8のアルコキシ基、環形成炭素数6〜10のアリール基、環形成炭素数6〜10のアリーロキシ基、フッ素原子、塩素原子、炭素数2〜16のアルコキシアルキル基、置換もしくは無置換のアミノ基、又は置換もしくは無置換のメルカプト基である。
    及びRは、それぞれ、他の原子と結合して又は互いに結合して、環を形成してもよい。
    環Aは、芳香族炭化水素環又は芳香族複素環である。
    は−O−又は−S−である。
    は、置換もしくは無置換の炭素数1〜8のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜8のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜8のアルキルカルボニル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリール基、置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリーロキシ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリールカルボニル基、又は置換もしくは無置換の炭素数7〜20のアラルキル基である。
    は、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜8のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜8のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜8のアルキルカルボニル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリール基、置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリーロキシ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリールカルボニル基、又は置換もしくは無置換の炭素数7〜20のアラルキル基である。
    nは繰り返し数である。
    は、単結合、又は下記式(2)もしくは下記式(3)で表される基である。
    −L11−L12−L13− (2
    (式(2)中、L11は炭素数1〜8のアルキレン基であり、L12は単結合、−O−又は−S−であり、L13は単結合又は炭素数1〜8のアルキレン基である。尚、L11がRと結合し、L13が環Aと結合する。)
    −L14−L15−B−L16− (3
    (式(3)中、L14は単結合又は炭素数1〜8のアルキレン基であり、L15は単結合、−O−又は−S−であり、Bは置換もしくは無置換の芳香族炭化水素環又は置換もしくは無置換の芳香族複素環であり、L16は単結合、−O−又は−S−である。尚、L14がRと結合し、L16が環Aと結合する。))
  2. とRが、それぞれ、置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリール基、又は置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリールカルボニル基である請求項1記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  3. a,bが共に炭素原子である請求項1又は2記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  4. 及びRが、それぞれ、水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数5〜6のシクロアルキル基、炭素数1〜8のアルコキシ基、環形成炭素数6〜10のアリール基、環形成炭素数6〜10のアリーロキシ基、又は炭素数2〜16のアルコキシアルキル基である請求項1〜のいずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  5. 及びRが、それぞれ、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数1〜8のアルコキシ基、又は環形成炭素数6〜10のアリール基である請求項1〜のいずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  6. 及びR が、それぞれ、炭素数1〜8のアルキル基である請求項1〜5のいずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  7. 環Aが、芳香族炭化水素環である請求項1〜6のいずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  8. 環A又はBが、6員環、5員環、6員環同士の縮合環、又は6員環と5員環の縮合環である請求項1〜7のいずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  9. 前記式(1)で表されるポリマーが下記式(2)で表されるポリマーである請求項1〜8のいずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    Figure 0006514005
    (式(2)中、R〜R、L、X、nは、それぞれ前記式(1)のR〜R、L、X、nの定義と同じである。)
  10. が、−O−である請求項1〜9のいずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  11. が、単結合である請求項1〜10のいずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  12. 前記式(1)で表されるポリマーが下記式(3)で表されるポリマーである請求項1〜11のいずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    Figure 0006514005
    (式(3)中、R〜R、nは、それぞれ前記式(1)のR〜R、nの定義と同じである。)
  13. 前記式(1)で表されるポリマーが下記式(3)で表されるポリマーである請求項1記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    Figure 0006514005
    (式(3)中、R 及びR は、それぞれ、炭素数1〜8のアルキル基である。
    は、置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリール基、又は置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリールカルボニル基である。
    は、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリール基、又は置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリールカルボニル基である。
    nは、前記式(1)のnの定義と同じである。)
  14. 前記式(1)で表されるポリマーが下記式(4)で表されるポリマーである請求項1〜12のいずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    Figure 0006514005
    (式(4)中、R、R、nは、それぞれ前記式(1)のR、R、nの定義と同じである。Ar及びArは、それぞれ環形成炭素数6〜10のアリール基である。)
  15. 前記式(1)で表されるポリマーが下記式(4)で表されるポリマーである請求項1記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
    Figure 0006514005
    (式(4)中、R 及びR は、それぞれ、炭素数1〜8のアルキル基である。
    nは、それぞれ前記式(1)のnの定義と同じである。Ar 及びAr は、それぞれ環形成炭素数6〜10のアリール基である。)
  16. 前記式(1)のポリマーを含む層が、発光層である請求項1〜15のいずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  17. 前記式(1)のポリマーを含む層が、前記ポリマーを1〜80重量%含む請求項1〜16のいずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
  18. 下記式(1)で表されるポリマーと、有機半導体材料と、を含むインク組成物。
    Figure 0006514005
    (式(1)中、
    a及びbは、それぞれ、炭素原子、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子である。a及びbが、それぞれ、窒素原子、酸素原子又は硫黄原子であるとき、R及びRは存在しない。
    及びRは、それぞれ、水素原子、炭素数1〜8のアルキル基、炭素数5〜6のシクロアルキル基、炭素数1〜8のアルコキシ基、環形成炭素数6〜10のアリール基、環形成炭素数6〜10のアリーロキシ基、フッ素原子、塩素原子、炭素数2〜16のアルコキシアルキル基、置換もしくは無置換のアミノ基、又は置換もしくは無置換のメルカプト基である。
    及びRは、それぞれ、他の原子と結合して又は互いに結合して、環を形成してもよい。
    環Aは、芳香族炭化水素環又は芳香族複素環である。
    は−O−又は−S−である。
    は、置換もしくは無置換の炭素数1〜8のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜8のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜8のアルキルカルボニル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリール基、置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリーロキシ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリールカルボニル基、又は置換もしくは無置換の炭素数7〜20のアラルキル基である。
    は、水素原子、置換もしくは無置換の炭素数1〜8のアルキル基、置換もしくは無置換の炭素数1〜8のアルコキシ基、置換もしくは無置換の炭素数1〜8のアルキルカルボニル基、置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリール基、置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリーロキシ基、置換もしくは無置換の炭素数6〜10のアリールカルボニル基、又は置換もしくは無置換の炭素数7〜20のアラルキル基である。
    nは繰り返し数である。
    は、単結合、又は下記式(2)もしくは下記式(3)で表される基である。
    −L11−L12−L13− (2
    (式(2)中、L11は炭素数1〜8のアルキレン基であり、L12は単結合、−O−又は−S−であり、L13は単結合又は炭素数1〜8のアルキレン基である。尚、L11がRと結合し、L13が環Aと結合する。)
    −L14−L15−B−L16− (3
    (式(3)中、L14は単結合又は炭素数1〜8のアルキレン基であり、L15は単結合、−O−又は−S−であり、Bは置換もしくは無置換の芳香族炭化水素環又は置換もしくは無置換の芳香族複素環であり、L16は単結合、−O−又は−S−である。尚、L14がRと結合し、L16が環Aと結合する。))
  19. 及びR が、それぞれ、炭素数1〜8のアルキル基である請求項18記載のインク組成物。
  20. 前記有機半導体材料が、有機エレクトロルミネッセンス素子用材料である請求項18又は19記載のインク組成物。
  21. さらに溶媒を含む請求項18〜20のいずれか記載のインク組成物。
  22. 請求項1821のいずれか記載のインク組成物を用いて、有機半導体素子の少なくとも1層を湿式で製造する有機半導体素子の製造方法。
  23. 請求項1〜17のいずれか記載の有機エレクトロルミネッセンス素子を具備する表示装置。
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