KR20150143574A - 금속 양극용 정공 수송성 바니시 및 복합 금속 양극 - Google Patents

금속 양극용 정공 수송성 바니시 및 복합 금속 양극 Download PDF

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Abstract

예를 들면, 식 (1)로 표시되는 아닐린 유도체로 이루어지는 전하 수송성 물질과, 헤테로폴리산으로 이루어지는 도판트 물질과, 유기 용매를 포함하는 금속 양극용 정공 수송성 바니시는 금속 양극으로부터의 정공 수용능이 우수하고, 금속 양극 위에 형성하는 정공 주입층으로서 사용하는데 적합한 박막을 제공한다.
Figure pct00022

(X1은 -NY1-, -O-, -S-, -(CR7R8)l- 또는 단결합을 나타내고, Y1은, 서로 독립하여, 수소 원자 등을 나타내고, R1∼R8은, 서로 독립하여, 수소 원자, 할로젠 원자 등을 나타내고, m 및 n은, 서로 독립하여, 0 이상의 정수를 나타내고, 1≤m+n≤20을 충족시킨다. 단, m 또는 n이 0일 때는, X1은 -NY1-을 나타낸다.)

Description

금속 양극용 정공 수송성 바니시 및 복합 금속 양극{HOLE TRANSPORTING VARNISH FOR METAL POSITIVE ELECTRODES AND COMPOSITE METAL POSITIVE ELECTRODE}
본 발명은 금속 양극용 정공 수송성 바니시 및 복합 금속 양극에 관한 것으로, 더욱 상세하게 설명하면, 금속 양극 위에 형성함으로써 금속 양극으로부터의 높은 정공 수용능을 나타내는 박막을 제공하는 정공 수송성 바니시 및 그러한 박막과 금속의 적층체를 포함하는 복합 금속 양극에 관한 것이다.
유기 일렉트로루미네선스(이하, 유기 EL이라고 함) 소자에는, 발광층이나 전하 주입층으로서 유기 화합물로 이루어지는 전하 수송성 박막이 사용된다. 특히, 정공 주입층은 양극과 정공 수송층 혹은 발광층과의 전하의 주고받기를 담당하고, 저전압 구동 및 고휘도를 달성하기 위해 중요한 기능을 수행한다.
정공 주입층의 형성 방법은 증착법으로 대표되는 건식 프로세스와, 스핀 코팅법으로 대표되는 습식 프로세스로 대별되며, 건식 프로세스와 습식 프로세스를 비교하면, 습식 프로세스쪽이 대면적으로 평탄성이 높은 박막을 효율적으로 제조할 수 있다.
그 때문에, 박막의 대면적화가 요망되는 유기 EL의 분야에서는, 습식 프로세스에 의해, 정공 주입층이 형성되는 경우가 많고, 이러한 사정을 감안하여, 본 발명자들은 유기 EL 소자의 정공 주입층에 적용한 경우에 우수한 EL 소자 특성을 실현할 수 있는 박막을 제공하는, 각종 습식 프로세스에 적용 가능한 재료를 개발해 왔다(특허문헌 1∼3 참조).
그런데, 유기 EL 소자의 구조는 보톰 에미션 구조와 탑 에미션 구조로 대별할 수 있다. 보톰 에미션 구조의 소자에서는, 기판측에 투명 양극이 사용되어, 기판측으로부터 광이 취출되는 것에 반해, 탑 에미션 구조의 소자에서는, 금속으로 이루어지는 반사 양극이 사용되어, 기판과 반대 방향에 있는 투명 전극(음극)측으로부터 광이 취출된다.
탑 에미션 구조의 소자는, 보톰 에미션 구조의 소자와 같이 기판측으로부터 광이 취출되는 것은 아니기 때문에, 발광층으로부터의 광이 TFT로 가로막힌다고 하는 문제가 없고, 따라서, 탑 에미션 구조의 소자에서는 높은 개구율을 유지할 수 있다고 하는 이점이 있다. 그 결과, 광취출 효율이 향상되어, 소자의 저소비전력화나 장기 수명화를 도모할 수 있으므로, 최근, 탑 에미션 구조의 소자가 주목을 모으고 있다.
이 탑 에미션 구조의 소자에서는, 정공 주입층이 금속 위에 직접 형성되게 되는데, 금속 위에 직접 적층한 경우에, 우수한 정공 주입 능력을 나타내는 박막을 제공하는, 습식 프로세스에서 사용 가능한 바니시에 대해서는, 현재까지 구체적인 보고는 없다.
일본 특개 2002-151272호 공보 국제공개 제2008/129947호 국제공개 제2010/058777호
본 발명은 상기 사정을 고려하여 이루어진 것으로, 금속 양극으로부터의 정공 수용능이 우수하고, 금속 양극 위에 형성하는 정공 주입층으로서 사용하는데 적합한 박막을 제공하는, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명에 있어서, 정공 주입층이란, 소자 내에서의 양극으로부터의 정공 수송의 효율화를 주목적으로 하여, 양극에 접하도록 그 위에 형성되는 층이다. 유기 EL 소자에서는, 그 정공 주입층 위에는 발광층을 직접 형성해도 되지만, 발광층과 정공 주입층 사이에 정공 수송층 등의 그 밖의 기능성 층을 형성해도 된다.
본 발명자들은 상기 목적을 달성하기 위해 예의 검토를 거듭한 결과, 전하 수송성 물질과, 헤테로폴리산으로 이루어지는 도판트 물질과, 유기 용매를 포함하는 바니시를 사용하여 금속 양극 위에 형성한 박막이 고평탄성을 가짐과 아울러, 금속 양극으로부터의 높은 정공 수용성을 나타내는 것을 발견하고, 본 발명을 완성시켰다.
즉, 본 발명은,
1. 금속 양극 위에 적층되고, 이 금속 양극으로부터 수용한 정공을, 상기 금속 양극과는 반대측에 적층되는 층으로 수송하는 박막을 형성하기 위한 금속 양극용 정공 수송성 바니시로서, 전하 수송성 물질과, 헤테로폴리산으로 이루어지는 도판트 물질과, 유기 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 양극용 정공 수송성 바니시,
2. 상기 전하 수송성 물질이 아닐린 유도체 및 싸이오펜 유도체로부터 선택되는 적어도 1종인 1의 금속 양극용 정공 수송성 바니시,
3. 상기 아닐린 유도체가 식 (1)로 표시되는 2의 금속 양극용 정공 수송성 바니시,
Figure pct00001
(식 중, X1은 -NY1-, -O-, -S-, -(CR7R8)l- 또는 단결합을 나타내고, Y1은, 서로 독립하여, 수소 원자, Z1로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기, 또는 Z2로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기를 나타내고, R1∼R8은, 서로 독립하여, 수소 원자, 할로젠 원자, 나이트로기, 사이아노기, 아미노기, 알데하이드기, 수산기, 싸이올기, 설폰산기, 카복실산기, Z1로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기, Z2로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기, -NHY2, -NY3Y4, -C(O)Y5, -OY6, -SY7, -SO3Y8, -C(O)OY9, -OC(O)Y10, -C(O)NHY11, 또는 -C(O)NY12Y13기를 나타내고, Y2∼Y13은, 서로 독립하여, Z1로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기, 또는 Z2로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기를 나타내고, Z1은 할로젠 원자, 나이트로기, 사이아노기, 아미노기, 알데하이드기, 수산기, 싸이올기, 설폰산기, 카복실산기, 또는 Z3으로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기를 나타내고, Z2는 할로젠 원자, 나이트로기, 사이아노기, 아미노기, 알데하이드기, 수산기, 싸이올기, 설폰산기, 카복실산기, 또는 Z3으로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기를 나타내고, Z3은 할로젠 원자, 나이트로기, 사이아노기, 아미노기, 알데하이드기, 수산기, 싸이올기, 설폰산기, 또는 카복실산기를 나타내고, l은 1∼20의 정수를 나타내고, m 및 n은, 서로 독립하여, 0 이상의 정수를 나타내며, 1≤m+n≤20을 충족시킨다. 단, m 또는 n이 0일 때는 X1은 -NY1-을 나타낸다.)
4. 상기 싸이오펜 유도체가 식 (2)로 표시되는 2의 금속 양극용 정공 수송성 바니시,
Figure pct00002
(식 중, R11∼R16은, 서로 독립하여, 수소 원자, Z9로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기, Z10으로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기, 또는 -OY17, -SY18, -NHY19, -NY20Y21 혹은 NHC(O)Y22를 나타내고, R17 및 R18은, 서로 독립하여, 수소 원자, Z9로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기, Z11로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기, 또는 -OY17, -SY18, -NHY19, -NY20Y21 혹은 NHC(O)Y22를 나타내고, Y17∼Y22는, 서로 독립하여, Z9로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기, 또는 Z10으로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기를 나타내고, Z9는 탄소수 6∼20의 아릴기 또는 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기를 나타내고, Z10은 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 또는 탄소수 2∼20의 알킨일기를 나타내고, Z11은 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기, 탄소수 2∼20의 알킨일기, 디탄소수 1∼20 알킬아미노기, 또는 디탄소수 6∼20 아릴아미노기를 나타내고, n1∼n3은, 서로 독립하여, 자연수를 나타내고, 또한, 4≤n1+n2+n3≤20을 충족시킨다. 또한, R11∼R16이 수소 원자가 아닌 경우, 하나 위의 싸이오펜환 상의 2개의 기가 서로 결합하여 2가의 기를 형성하고 있어도 된다.)
5. 상기 금속 양극이 몰리브데넘, 크로뮴, 알루미늄, 은, 금 및 플래티넘으로부터 선택되는 적어도 1 종류의 금속으로 이루어지는 1∼4 중 어느 하나의 금속 양극용 정공 수송성 바니시,
6. 금속 양극과 그 표면에 적층되는 정공 주입층으로 이루어지고, 상기 정공 주입층이 1∼5 중 어느 하나의 금속 양극용 정공 수송성 바니시로부터 제작되는 것을 특징으로 하는 복합 금속 양극,
7. 6의 복합 금속 양극을 갖는 유기 일렉트로루미네선스 소자,
8. 탑 에미션형인 7의 유기 일렉트로루미네선스 소자,
9. 1∼5 중 어느 하나의 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 금속 양극 표면에 도포하고, 건조시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 소자의 제조 방법,
10. 6의 복합 금속 양극을 사용하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 소자의 제조 방법
을 제공한다.
본 발명의 정공 수송성 바니시를 사용함으로써 금속 양극 상에서도 고평탄성을 갖는 박막을 형성할 수 있음과 아울러, 얻어진 박막은 금속 양극으로부터의 정공 수용능이 우수하다. 이러한 본 발명의 정공 수송성 바니시는 금속 양극을 사용하는 상술한 탑 에미션 구조의 유기 EL 소자에 적합하게 사용할 수 있다.
또한 본 발명의 정공 수송성 바니시는 스핀 코팅법이나 슬릿 코팅법 등, 대면적으로 성막 가능한 각종 습식 프로세스를 사용한 경우에도, 전하 수송성이 우수한 박막을 재현성 좋게 제조할 수 있기 때문에, 최근의 유기 EL 소자 분야에서의 진전에도 충분히 대응할 수 있다.
이하, 본 발명에 대해 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 금속 양극용 정공 수송성 바니시는 금속 양극 위에 적층되고, 이 금속 양극으로부터 수용한 정공을, 금속 양극과는 반대측에 적층되는 층에 수송하는 박막을 형성하기 위한 금속 양극용 정공 수송성 바니시이며, 전하 수송성 물질과, 헤테로폴리산으로 이루어지는 도판트 물질과 유기 용매를 포함하는 것이다.
본 발명에서, 전하 수송성이란 도전성과 동의이며, 정공 수송성과 동의이다. 전하 수송성 물질이란 그것 자체에 전하 수송성이 있는 것이어도 되고, 도판트 물질과 함께 사용했을 때에 전하 수송성이 있는 것이어도 된다.
또한 정공 수송성 바니시란 그것 자체에 전하 수송성이 있는 것이어도 되고, 그것으로부터 얻어지는 고형막이 전하 수송성을 갖는 것이어도 된다.
본 발명에 있어서, 금속 양극용이란 전자 디바이스, 특히 유기 일렉트로루미네선스 소자의 양극이 금속인 경우에 있어서, 그 양극 위에 직접 박막을 형성하기 위해 사용되는 정공 수송성 바니시를 의미한다.
또한, 여기에서 말하는 금속이란 금속 단체 또는 합금이며, ITO, IZO, IGZO 등과 같은 금속의 대부분이 의도적으로 산화된 금속 산화물이나 그 합금은 포함되지 않지만, 예를 들면, 공기 중의 산소 등의 외부 요인에 의해 금속의 표면의 전부 또는 일부가 산화된 것은 포함한다.
이러한 금속 양극을 구성하는 금속으로서는 알루미늄, 스칸듐, 타이타늄, 바나듐, 크로뮴, 망가니즈, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 갈륨, 이트륨, 지르코늄, 니오븀, 몰리브데넘, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 카드늄, 인듐, 스칸듐, 란타넘, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로페튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이터븀, 하프늄, 탈륨, 텅스텐, 레늄, 오스뮴, 이리듐, 플래티넘, 은, 금, 타이타늄, 납, 비스머스 등이나 이것들의 합금을 들 수 있고, 전술한 바와 같이, 이것들은 각각 단체로 사용해도, 합금으로 사용해도 된다.
이것들 중에서도, 본 발명의 금속 양극용 정공 수송성 바니시는 니오븀, 탄탈륨, 몰리브데넘, 크로뮴, 알루미늄, 은, 금, 플래티넘 또는 알루미늄-네오디뮴(Al/Nd) 합금으로 이루어지는 양극에 정공 주입층을 형성하는데 적합하다.
특히, 탑 에미션 구조의 유기 EL 소자의 양극으로서 사용하는 경우, 금속은 광반사 능력이 우수한 반사성 금속인 것이 바람직하고, 그러한 금속으로서는 몰리브데넘, 크로뮴, 알루미늄, 은, 금, 플래티넘 등을 들 수 있다.
본 발명에서 사용하는 전하 수송 물질로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 유기 용매에의 용해성이 우수하고, 평탄성이 우수한 박막을 제공하는 바니시를 조제할 수 있으므로, 전하 수송성 모노머나 전하 수송성 올리고머로 이루어지는 전하 수송성 물질이 바람직하고, 예를 들면, 아닐린 유도체, 싸이오펜 유도체, 피롤 유도체 등의 각종 정공 수송성 물질을 들 수 있다. 또한, 이것들은 단독으로 사용해도, 2종 이상 조합하여 사용해도 된다.
그중에서도, 아닐린 유도체, 싸이오펜 유도체가 바람직하다.
아닐린 유도체로 이루어지는 전하 수송성 물질로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 식 (1)로 표시되는 것이 바람직하다.
Figure pct00003
식 (1)에서, X1은 -NY1-, -O-, -S-, -(CR7R8)l- 또는 단결합을 나타내는데, m 또는 n이 0일 때는 -NY1-을 나타낸다.
Y1은, 서로 독립하여, 수소 원자, Z1로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기, 또는 Z2로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기를 나타낸다.
탄소수 1∼20의 알킬기로서는 직쇄상, 분지쇄상, 환상의 어떤 것이어도 되고, 예를 들면, 메틸기, 에틸기, n-프로필기, 아이소프로필기, n-뷰틸기, 아이소뷰틸기, s-뷰틸기, t-뷰틸기, n-펜틸기, n-헥실기, n-헵틸기, n-옥틸기, n-노닐기, n-데실기 등의 탄소수 1∼20의 직쇄 또는 분지쇄상 알킬기; 사이클로프로필기, 사이클로뷰틸기, 사이클로펜틸기, 사이클로헥실기, 사이클로헵틸기, 사이클로옥틸기, 사이클로노닐기, 사이클로데실기, 바이사이클로뷰틸기, 바이사이클로펜틸기, 바이사이클로헥실기, 바이사이클로헵틸기, 바이사이클로옥틸기, 바이사이클로노닐기, 바이사이클로데실기 등의 탄소수 3∼20의 환상 알킬기 등을 들 수 있다.
탄소수 2∼20의 알켄일기의 구체예로서는 에텐일기, n-1-프로펜일기, n-2-프로펜일기, 1-메틸에텐일기, n-1-뷰텐일기, n-2-뷰텐일기, n-3-뷰텐일기, 2-메틸-1-프로펜일기, 2-메틸-2-프로펜일기, 1-에틸에텐일기, 1-메틸-1-프로펜일기, 1-메틸-2-프로펜일기, n-1-펜텐일기, n-1-데센일기, n-1-에이코센일기 등을 들 수 있다.
탄소수 2∼20의 알킨일기의 구체예로서는 에틴일기, n-1-프로핀일기, n-2-프로핀일기, n-1-뷰틴일기, n-2-뷰틴일기, n-3-뷰틴일기, 1-메틸-2-프로핀일기, n-1-펜틴일기, n-2-펜틴일기, n-3-펜틴일기, n-4-펜틴일기, 1-메틸-n-뷰틴일기, 2-메틸-n-뷰틴일기, 3-메틸-n-뷰틴일기, 1,1-다이메틸-n-프로핀일기, n-1-헥신일기, n-1-데신일기, n-1-펜타데신일기, n-1-에이코신일기 등을 들 수 있다.
탄소수 6∼20의 아릴기의 구체예로서는 페닐기, 1-나프틸기, 2-나프틸기, 1-안트릴기, 2-안트릴기, 9-안트릴기, 1-페난트릴기, 2-페난트릴기, 3-페난트릴기, 4-페난트릴기, 9-페난트릴기 등을 들 수 있다.
탄소수 2∼20의 헤테로아릴기의 구체예로서는 2-싸이엔일기, 3-싸이엔일기, 2-퓨란일기, 3-퓨란일기, 2-옥사졸일기, 4-옥사졸일기, 5-옥사졸일기, 3-아이소옥사졸일기, 4-아이소옥사졸일기, 5-아이소옥사졸일기, 2-싸이아졸일기, 4-싸이아졸일기, 5-싸이아졸일기, 3-아이소싸이아졸일기, 4-아이소싸이아졸일기, 5-아이소싸이아졸일기, 2-이미다졸일기, 4-이미다졸일기, 2-파이리딜기, 3-파이리딜기, 4-파이리딜기 등을 들 수 있다.
R7 및 R8은, 서로 독립하여, 수소 원자, 할로젠 원자, 나이트로기, 사이아노기, 아미노기, 알데하이드기, 수산기, 싸이올기, 설폰산기, 카복실산기, Z1로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기, Z2로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기, -NHY2, -NY3Y4, -C(O)Y5, -OY6, -SY7, -SO3Y8, -C(O)OY9, -OC(O)Y10, -C(O)NHY11, 또는 -C(O)NY12Y13기를 나타내고, Y2∼Y13은, 서로 독립하여, Z1로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기, 또는 Z2로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기를 나타낸다.
할로젠 원자로서는 불소 원자, 염소 원자, 브로민 원자, 아이오딘 원자 등을 들 수 있다.
그 외에, R7∼R8 및 Y2∼Y13의 알킬기, 알켄일기, 알킨일기, 아릴기 및 헤테로아릴기로서는 상기와 동일한 것을 들 수 있다.
이것들 중에서도, R7 및 R8로서는, 수소 원자, 또는 Z1로 치환되어 있어도 되는 탄소수 1∼20의 알킬기가 바람직하고, 수소 원자, 또는 Z1로 치환되어 있어도 되는 메틸기가 보다 바람직하고, 모두 수소 원자가 최적이다.
l은 -(CR7R8)-로 표시되는 2가의 알킬렌기의 반복 단위수를 나타내고, 1∼20의 정수이지만, 1∼10이 바람직하고, 1∼5가 보다 바람직하고, 1 또는 2가 더한층 바람직하고, 1이 최적이다.
또한, l이 2 이상일 경우, 복수의 R7은 서로 동일해도 상이해도 되고, 복수의 R8도 서로 동일해도 상이해도 된다.
특히, X1로서는 -NY1- 또는 단결합이 바람직하다. 또한 Y1로서는 수소 원자, 또는 Z1로 치환되어 있어도 되는 탄소수 1∼20의 알킬기가 바람직하고, 수소 원자, 또는 Z1로 치환되어 있어도 되는 메틸기가 보다 바람직하고, 수소 원자가 최적이다.
R1∼R6은, 서로 독립하여, 수소 원자, 할로젠 원자, 나이트로기, 사이아노기, 아미노기, 알데하이드기, 수산기, 싸이올기, 설폰산기, 카복실산기, Z1로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기, Z2로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기, -NHY2, -NY3Y4, -C(O)Y5, -OY6, -SY7, -SO3Y8, -C(O)OY9, -OC(O)Y10, -C(O)NHY11, 또는 -C(O)NY12Y13기를 나타내고(Y2∼Y13은 상기와 동일한 의미를 나타낸다.), 이들 할로젠 원자, 알킬기, 알켄일기, 알킨일기, 아릴기 및 헤테로아릴기로서는 상기와 동일한 것을 들 수 있다.
특히, 식 (1)에서, R1∼R4로서는 수소 원자, 할로젠 원자, Z1로 치환되어 있어도 되는 탄소수 1∼10의 알킬기, 또는 Z2로 치환되어 있어도 되는 탄소수 6∼14의 아릴기가 바람직하고, 수소 원자, 불소 원자, 또는 불소 원자로 치환되어 있어도 되는 탄소수 1∼10의 알킬기가 보다 바람직하고, 모두 수소 원자가 최적이다.
또한 R5 및 R6으로서는 수소 원자, 할로젠 원자, Z1로 치환되어 있어도 되는 탄소수 1∼10의 알킬기, Z2로 치환되어 있어도 되는 탄소수 6∼14의 아릴기, 또는 Z2로 치환되어 있어도 되는 다이페닐아미노기(Y3 및 Y4가 Z2로 치환되어 있어도 되는 페닐기인 -NY3Y4기)가 바람직하고, 수소 원자, 불소 원자, 또는 불소 원자로 치환되어 있어도 되는 다이페닐아미노기가 보다 바람직하고, 동시에 수소 원자 또는 다이페닐아미노기가 더한층 바람직하다.
그리고, 이것들 중에서도, R1∼R4가 수소 원자, 불소 원자, 불소 원자로 치환되어 있어도 되는 탄소수 1∼10의 알킬기, R5 및 R6이 수소 원자, 불소 원자, 불소 원자로 치환되어 있어도 되는 다이페닐아미노기, X1이 -NY1- 또는 단결합, 또한, Y1이 수소 원자 또는 메틸기의 조합이 바람직하고, R1∼R4가 수소 원자, R5 및 R6이 동시에 수소 원자 또는 다이페닐아미노기, X1이 -NH- 또는 단결합의 조합이 보다 바람직하다.
식 (1)에서, m 및 n은, 서로 독립하여, 0 이상의 정수를 나타내고, 1≤m+n≤20을 충족시키지만, 얻어지는 박막의 전하 수송성과 아닐린 유도체의 용해성과의 밸런스를 고려하면, 2≤m+n≤8을 충족시키는 것이 바람직하고, 2≤m+n≤6을 충족시키는 것이 보다 바람직하고, 2≤m+n≤4를 충족시키는 것이 더한층 바람직하다.
또한, 상기 Y1∼Y13 및 R1∼R8의 알킬기, 알켄일기 및 알킨일기는 할로젠 원자, 나이트로기, 사이아노기, 아미노기, 알데하이드기, 수산기, 싸이올기, 설폰산기, 카복실산기, 또는 Z3으로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기인 Z1로 치환되어 있어도 되고, 상기 Y1∼Y13 및 R1∼R8의 아릴기 및 헤테로아릴기는 할로젠 원자, 나이트로기, 사이아노기, 아미노기, 알데하이드기, 수산기, 싸이올기, 설폰산기, 카복실산기, 또는 Z3으로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기인 Z2로 치환되어 있어도 되고, 이들 기는, 또한 할로젠 원자, 나이트로기, 사이아노기, 아미노기, 알데하이드기, 수산기, 싸이올기, 설폰산기, 또는 카복실산기인 Z3으로 치환되어 있어도 된다(할로젠 원자로서는 상기와 동일한 것을 들 수 있다.).
특히, Y1∼Y13 및 R1∼R8에 있어서, 치환기 Z1은 할로젠 원자, 또는 Z3으로 치환되어 있어도 되는 탄소수 6∼20의 아릴기가 바람직하고, 할로젠 원자, 또는 Z3으로 치환되어 있어도 되는 페닐기가 보다 바람직하고, 존재하지 않는 것(즉, 비치환인 것)이 최적이다.
또한 치환기 Z2는 할로젠 원자, 또는 Z3으로 치환되어 있어도 되는 탄소수 1∼20의 알킬기가 바람직하고, 할로젠 원자, 또는 Z3으로 치환되어 있어도 되는 탄소수 1∼4의 알킬기가 보다 바람직하고, 존재하지 않는 것(즉, 비치환인 것)이 최적이다.
그리고, Z3은 할로젠 원자가 바람직하고, 불소 원자가 보다 바람직하고, 존재하지 않는 것(즉, 비치환인 것)이 최적이다.
또한 싸이오펜 유도체로 이루어지는 전하 수송성 물질의 일례로서는 식 (2)로 표시되는 것을 들 수 있다.
Figure pct00004
식 (2)에서, R11∼R16은, 서로 독립하여, 수소 원자, Z9로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기, Z10으로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기, 또는 -OY17, -SY18, -NHY19, -NY20Y21 혹은 NHC(O)Y22을 나타낸다.
또한, R11∼R16이 수소 원자가 아닌 경우, 하나 위의 싸이오펜환 상의 2개의 기(즉, R11과 R12, R13과 R14 및/또는 R15와 R16)가 서로 결합하여 2가의 기를 형성하고 있어도 된다.
R17 및 R18은, 서로 독립하여, 수소 원자, Z9로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기, Z11로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기, 또는 -OY17, -SY18, -NHY19, -NY20Y21 혹은 NHC(O)Y22를 나타낸다.
Y17∼Y22는, 서로 독립하여, Z9로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기, 또는 Z10으로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기를 나타낸다.
Z9는 탄소수 6∼20의 아릴기 또는 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기를 나타내고, Z10은 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 또는 탄소수 2∼20의 알킨일기를 나타내고, Z11은 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기, 탄소수 2∼20의 알킨일기, 디탄소수 1∼20 알킬아미노기, 또는 디탄소수 6∼20 아릴아미노기를 나타낸다.
여기에서, 알킬기, 알켄일기, 알킨일기, 아릴기, 헤테로아릴기의 구체예로서는 식 (1)에서 예시한 기와 동일한 것을 들 수 있다.
식 (2)에서, R11 및 R12로서는 수소 원자, 또는 Z9로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기 혹은 탄소수 1∼20의 알콕시기(즉, Y17이 Z9로 치환되어 있어도 되는 탄소수 1∼20의 알킬기인 -OY17기)가 바람직하고, 수소 원자, 또는 Z9로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼10의 알킬기 혹은 탄소수 1∼10의 알콕시기가 보다 바람직하고, 수소 원자, 또는 Z9로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼8의 알킬기 혹은 탄소수 1∼8의 알콕시기가 더한층 바람직하고, 수소 원자가 최적이다.
따라서, 적합한 싸이오펜 유도체로서는, 예를 들면, 식 (3)으로 표시되는 것을 들 수 있다.
Figure pct00005
(식 중, R13∼R18 및 n1∼n3은 상기와 동일한 의미를 나타낸다.)
한편, R13∼R16으로서는 수소 원자, 또는 Z9로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기 혹은 탄소수 1∼20의 알콕시기(즉, Y17이 Z9로 치환되어 있어도 되는 탄소수 1∼20의 알킬기인 -OY17)가 바람직하고, 수소 원자, 또는 Z9로 치환되어 있어도 되는 탄소수 1∼10의 알킬기 혹은 탄소수 1∼10의 알콕시기가 보다 바람직하고, 수소 원자, 또는 Z9로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼8의 알킬기 혹은 탄소수 1∼8의 알콕시기가 더한층 바람직하다. 특히, R13 및 R14 중 적어도 일방이 Z9로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼8의 알킬기 또는 탄소수 1∼8의 알콕시기인 것이 적합하다.
R17 및 R18로서는 수소 원자, -NY20Y21, 또는 디탄소수 1∼20 알킬아미노기 혹은 디탄소수 6∼20 아릴아미노기로 치환되어 있어도 되는 탄소수 6∼20의 아릴기가 바람직하다. 이 때, Y20 및 Y21은 Z9로 치환되어 있어도 되는 탄소수 1∼20의 알킬기 또는 Z10으로 치환되어 있어도 되는 탄소수 6∼20의 아릴기가 바람직하고, Z9로 치환되어 있어도 되는 탄소수 1∼10의 알킬기 또는 Z10으로 치환되어 있어도 되는 탄소수 6∼10의 아릴기가 보다 바람직하다.
이들 중, R17 및 R18로서는, 특히, 수소 원자, 각 아릴기가 Z11로 치환되어 있어도 되는 탄소수 6∼10의 아릴기인 다이아릴아미노기, 또는 디탄소수 6∼20 아릴아미노기로 치환된 페닐기가 바람직하고, 수소 원자 또는 4-다이페닐아미노페닐기가 최적이다.
또한, R11∼R18 및 Y17∼Y22에 있어서, 치환기 Z9는 탄소수 6∼20의 아릴기가 바람직하고, 페닐기가 보다 바람직하고, 존재하지 않는 것(즉, 비치환인 것)이 최적이다.
치환기 Z10은 탄소수 1∼20의 알킬기가 바람직하고, 탄소수 1∼10의 알킬기가 보다 바람직하고, 탄소수 1∼8의 알킬기가 더한층 바람직하고, 탄소수 1∼6의 알킬기가 더욱 바람직하고, 존재하지 않는 것(즉, 비치환인 것)이 최적이다.
또한 치환기 Z11은 탄소수 1∼20의 알킬기, 디탄소수 1∼20 알킬아미노기, 또는 디탄소수 6∼20 아릴아미노기가 바람직하고, 탄소수 1∼10의 알킬기, 디탄소수 1∼10 알킬아미노기, 또는 디탄소수 6∼10 아릴아미노기가 보다 바람직하고, 탄소수 1∼8의 알킬기, 디탄소수 1∼8 알킬아미노기 또는 다이페닐아미노기가 더한층 바람직하고, 존재하지 않는 것(즉, 비치환인 것) 또는 다이페닐아미노기가 최적이다.
식 (2) 및 (3)에서, n1∼n3은 서로 독립하여, 자연수를 나타내고, 또한, 4≤n1+n2+n3≤20을 충족시킨다. n1은 바람직하게는 1∼15, 보다 바람직하게는 1∼10, 더한층 바람직하게는 2∼5, 더욱 바람직하게는 2∼3이다. 한편, n2 및 n3은, 서로 독립하여, 바람직하게는 1∼15, 보다 바람직하게는 1∼10, 더한층 바람직하게는 1∼5, 더욱 바람직하게는 1∼3이다.
또한 올리고싸이오펜 유도체의 유기 용매에의 용해성을 향상시키는 것을 고려하면, n1+n2+n3은 8 이하가 바람직하고, 7 이하가 보다 바람직하고, 6 이하가 더한층 바람직하고, 5 이하가 최적이다.
상기 식 (1)∼(3)에서, 알킬기, 알켄일기 및 알킨일기의 탄소수는 바람직하게는 10 이하이고, 보다 바람직하게는 6 이하이며, 더한층 바람직하게는 4 이하이다.
또한 아릴기 및 헤테로아릴기의 탄소수는 바람직하게는 14 이하이고, 보다 바람직하게는 10 이하이며, 더한층 바람직하게는 6 이하이다.
본 발명에서 사용하는 전하 수송성 모노머나 전하 수송성 올리고머의 분자량은 통상 300∼8000이지만, 용해성을 높이는 관점에서, 바람직하게는 5000 이하이고, 보다 바람직하게는 4000 이하이고, 더한층 바람직하게는 3000 이하이며, 더욱 바람직하게는 2000 이하이다.
특히, 본 발명에서 사용하는 아닐린 유도체 및 싸이오펜 유도체의 분자량은 통상 300∼5000이지만, 용해성을 높이는 관점에서, 바람직하게는 4000 이하이고, 보다 바람직하게는 3000 이하이며, 더한층 바람직하게는 2000 이하이다.
또한, 본 발명에서 사용되는 아닐린 유도체의 합성법으로서는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 불리틴 오브 케미컬 소사이어티 오브 재팬(Bulletin of CHEMICAL Society of Japan)(1994년, 제67권, p.1749-1752), 신세틱 메탈즈(Synthetic Metals)(1997년, 제84권, p.119-120), Thin Solid Films(2012년, 520(24) 7157-7163), 국제공개 제2008/032617호, 국제공개 제2008-032616호, 국제공개 제2008-129947호 등에 기재된 방법을 들 수 있다.
또한 싸이오펜 유도체는 공지의 방법(예를 들면, 일본 특개 평02-250881호 공보나 Chem. Eur. J. 2005, 11, pp.3742-3752에 기재된 방법)에 의해 합성해도 되고, 또는 시판품을 사용해도 된다.
이하, 적합한 아닐린 유도체의 구체예를 들지만, 이것들에 한정되는 것은 아니다.
Figure pct00006
Figure pct00007
이하, 적합한 싸이오펜 유도체의 구체예를 들지만, 이것들에 한정되는 것은 아니다.
Figure pct00008
(식 중, n-Hex는 노말헥실기를 나타낸다.)
본 발명의 정공 수송성 바니시는 헤테로폴리산을 포함한다.
헤테로폴리산이란 대표적으로 식 (A)로 표시되는 Keggin형 혹은 식 (B)로 표시되는 Dawson형의 화학 구조로 표시되는, 헤테로 원자가 분자의 중심에 위치하는 구조를 갖고, 바나듐(V), 몰리브데넘(Mo), 텅스텐(W) 등의 산소산인 아이소폴리산과, 이종 원소의 산소산이 축합하여 이루어지는 폴리산이다. 이러한 이종 원소의 산소산으로서는 주로 규소(Si), 인(P), 비소(As)의 산소산을 들 수 있다.
Figure pct00009
헤테로폴리산의 구체예로서는 인몰리브데넘산, 규몰리브데넘산, 인텅스텐산, 규텅스텐산, 인텅스토몰리브데넘산 등을 들 수 있고, 이것들은 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상 조합하여 사용해도 된다. 또한, 본 발명에서 사용하는 헤테로폴리산은 시판품으로서 입수 가능하며, 또한 공지의 방법에 의해 합성할 수도 있다.
특히, 도판트 물질이 1 종류의 헤테로폴리산 단독으로 이루어지는 경우, 그 1 종류의 헤테로폴리산은 인텅스텐산 또는 인몰리브데넘산이 바람직하고, 인텅스텐산 이 최적이다. 또한 도판트 물질이 2 종류 이상의 헤테로폴리산으로 이루어지는 경우, 그 2 종류 이상의 헤테로폴리산 중 하나는 인텅스텐산 또는 인몰리브데넘산이 바람직하고, 인텅스텐산이 보다 바람직하다.
또한, 헤테로폴리산은, 원소 분석 등의 정량 분석에 있어서, 일반식으로 표시되는 구조로부터 원소의 수가 많거나 또는 적은 것이어도, 그것이 시판품으로서 입수한 것, 또는, 공지의 합성 방법에 따라 적절하게 합성한 것인 한, 본 발명에서 사용할 수 있다.
즉, 예를 들면, 일반적으로는, 인텅스텐산은 화학식 H3(PW12O40)·nH2O로, 인몰리브데넘산은 화학식 H3(PMo12O40)·nH2O로 각각 표시되는데, 정량 분석에서, 이 식 중의 P(인), O(산소) 또는 W(텅스텐) 혹은 Mo(몰리브데넘)의 수가 많거나, 또는 적은 것이어도, 그것이 시판품으로서 입수한 것, 또는, 공지의 합성 방법에 따라 적절하게 합성한 것인 한, 본 발명에서 사용할 수 있다. 이 경우, 본 발명에 규정되는 헤테로폴리산의 질량이란 합성물이나 시판품 중에서의 순수한 인텅스텐산의 질량(인텅스텐산 함량)이 아니라, 시판품으로서 입수 가능한 형태 및 공지의 합성법으로 단리 가능한 형태이고, 수화수나 그 밖의 불순물 등을 포함한 상태에서의 전체 질량을 의미한다.
본 발명에서는, 헤테로폴리산, 바람직하게는 인텅스텐산을 질량비로 전하 수송성 물질 1에 대하여 1.0∼11.0 정도, 바람직하게는 1.5∼10.0 정도, 보다 바람직하게는 2.0∼9.5 정도, 더한층 바람직하게는 2.5∼6.5 정도 사용한다.
즉, 그러한 정공 수송성 바니시는 전하 수송성 물질의 질량(WH)에 대한 헤테로폴리산의 질량(WD)의 비가 1.0≤WD/WH≤11.0, 바람직하게는 1.5≤WD/WH≤10.0, 보다 바람직하게는 2.0≤WD/WH≤9.5, 더한층 바람직하게는 2.5≤WD/WH≤6.5를 충족시킨다.
본 발명의 정공 수송성 바니시에는, 상술한 아닐린 유도체, 싸이오펜 유도체나 헤테로폴리산의 이외에, 공지의 그 밖의 전하 수송성 물질이나 도판트 물질을 사용할 수도 있다.
또한 본 발명의 금속 양극용 정공 수송성 바니시에는 유기 실레인 화합물을 첨가해도 된다. 유기 실레인 화합물을 첨가함으로써 정공 수송층이나 발광층과 같은 금속 양극과는 반대측에 정공 주입층에 접하도록 적층되는 층으로의 정공 주입 능력을 높일 수 있다.
이 유기 실레인 화합물로서는 다이알콕시실레인 화합물, 트라이알콕시실레인 화합물 또는 테트라알콕시실레인 화합물을 들 수 있고, 이것들은 단독으로 사용해도 되고, 2종 이상 조합하여 사용해도 된다.
특히, 유기 실레인 화합물로서는 다이알콕시실레인 화합물 또는 트라이알콕시실레인 화합물이 바람직하고, 트라이알콕시실레인 화합물이 보다 바람직하다.
테트라알콕시실레인 화합물, 트라이알콕시실레인 화합물 및 다이알콕시실레인 화합물로서는, 예를 들면, 식 (4)∼(6)으로 표시되는 것을 들 수 있다.
Si(OR9)4 (4)
SiR10(OR9)3 (5)
Si(R10)2(OR9)2 (6)
식 중, R9는, 서로 독립하여, Z4로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기, 또는 Z5로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기를 나타내고, R10은, 서로 독립하여, Z6으로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기, 또는 Z7로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기를 나타낸다.
Z4는, 할로젠 원자, 또는 Z8로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기를 나타내고, Z5는 할로젠 원자, 또는 Z8로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기를 나타낸다.
Z6은 할로젠 원자, Z8로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기, 에폭시사이클로헥실기, 글라이시독시기, 메타크릴옥시기, 아크릴옥시기, 유레이도기(-NHCONH2), 싸이올기, 아이소사이아네이트기(-NCO), 아미노기, -NHY14기, 또는 -NY15Y16기를 나타내고, Z7은 할로젠 원자, Z8로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기, 에폭시사이클로헥실기, 글라이시독시기, 메타크릴옥시기, 아크릴옥시기, 유레이도기(-NHCONH2), 싸이올기, 아이소사이아네이트기(-NCO), 아미노기, -NHY14기, 또는 -NY15Y16기를 나타내고, Y14∼Y16은, 서로 독립하여, Z8로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기, 탄소수 2∼20의 알킨일기, 탄소수 6∼20의 아릴기, 또는 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기를 나타낸다.
Z8은 할로젠 원자, 아미노기, 나이트로기, 사이아노기, 또는 싸이올기를 나타낸다.
식 (4)∼(6)에서의, 할로젠 원자, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기, 탄소수 2∼20의 알킨일기, 탄소수 6∼20의 아릴기 및 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기로서는 상기와 동일한 것을 들 수 있다.
R9 및 R10에서, 알킬기, 알켄일기 및 알킨일기의 탄소수는 바람직하게는 10 이하이고, 보다 바람직하게는 6 이하이며, 더한층 바람직하게는 4 이하이다.
또한 아릴기 및 헤테로아릴기의 탄소수는 바람직하게는 14 이하이고, 보다 바람직하게는 10 이하이며, 더한층 바람직하게는 6 이하이다.
R9로서는, Z4로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기 혹은 탄소수 2∼20의 알켄일기, 또는 Z5로 치환되어 있어도 되는 탄소수 6∼20의 아릴기가 바람직하고, Z4로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼6의 알킬기 혹은 탄소수 2∼6의 알켄일기, 또는 Z5로 치환되어 있어도 되는 페닐기가 보다 바람직하고, Z4로 치환되어 있어도 되는 탄소수 1∼4의 알킬기, 또는 Z5로 치환되어 있어도 되는 페닐기가 더한층 바람직하고, Z4로 치환되어 있어도 되는, 메틸기 또는 에틸기가 더욱 바람직하다.
또한 R10으로서는 Z6으로 치환되어 있어도 되는 탄소수 1∼20의 알킬기, 또는 Z7로 치환되어 있어도 되는 탄소수 6∼20의 아릴기가 바람직하고, Z6으로 치환되어 있어도 되는 탄소수 1∼10의 알킬기, 또는 Z7로 치환되어 있어도 되는 탄소수 6∼14의 아릴기가 보다 바람직하고, Z6으로 치환되어 있어도 되는 탄소수 1∼6의 알킬기, 또는 Z7로 치환되어 있어도 되는 탄소수 6∼10의 아릴기가 더한층 바람직하고, Z6으로 치환되어 있어도 되는 탄소수 1∼4의 알킬기, 또는 Z7로 치환되어 있어도 되는 페닐기가 더욱 바람직하다.
또한, 복수의 R9는 모두 동일해도 상이해도 되고, 복수의 R10도 모두 동일해도 상이해도 된다.
Z4로서는 할로젠 원자, 또는 Z8로 치환되어 있어도 되는 탄소수 6∼20의 아릴기가 바람직하고, 불소 원자, 또는 Z8로 치환되어 있어도 되는 페닐기가 보다 바람직하고, 존재하지 않는 것(즉, 비치환인 것)이 최적이다.
또한 Z5로서는 할로젠 원자, 또는 Z8로 치환되어 있어도 되는 탄소수 6∼20의 알킬기가 바람직하고, 불소 원자, 또는 Z8로 치환되어 있어도 되는 탄소수 1∼10 알킬기가 보다 바람직하고, 존재하지 않는 것(즉, 비치환인 것)이 최적이다.
한편, Z6으로서는 할로젠 원자, Z8로 치환되어 있어도 되는 페닐기, Z8로 치환되어 있어도 되는 퓨란일기, 에폭시사이클로헥실기, 글라이시독시기, 메타크릴옥시기, 아크릴옥시기, 유레이도기, 싸이올기, 아이소사이아네이트기, 아미노기, Z8로 치환되어 있어도 되는 페닐아미노기, 또는 Z8로 치환되어 있어도 되는 다이페닐아미노기가 바람직하고, 할로젠 원자가 보다 바람직하며, 불소 원자, 또는 존재하지 않는 것(즉, 비치환인 것)이 더한층 바람직하다.
또한 Z7로서는 할로젠 원자, Z8로 치환되어 있어도 되는 탄소수 1∼20의 알킬기, Z8로 치환되어 있어도 되는 퓨란일기, 에폭시사이클로헥실기, 글라이시독시기, 메타크릴옥시기, 아크릴옥시기, 유레이도기, 싸이올기, 아이소사이아네이트기, 아미노기, Z8로 치환되어 있어도 되는 페닐아미노기, 또는 Z8로 치환되어 있어도 되는 다이페닐아미노기가 바람직하고, 할로젠 원자가 보다 바람직하고, 불소 원자, 또는 존재하지 않는 것(즉, 비치환인 것)이 더한층 바람직하다.
그리고, Z8로서는 할로젠 원자가 바람직하고, 불소 원자 또는 존재하지 않는 것(즉, 비치환인 것)이 보다 바람직하다.
이하, 본 발명에서 사용 가능한 유기 실레인 화합물의 구체예를 들지만, 이것들에 한정되는 것은 아니다.
다이알콕시실레인 화합물의 구체예로서는 다이메틸다이메톡시실레인, 다이메틸다이에톡시실레인, 메틸에틸다이메톡시실레인, 다이에틸다이메톡시실레인, 다이에틸다이에톡시실레인, 메틸프로필다이메톡시실레인, 메틸프로필다이에톡시실레인, 다이아이소프로필다이메톡시실레인, 페닐메틸다이메톡시실레인, 바이닐메틸다이메톡시실레인, 3-글라이시독시프로필메틸다이메톡시실레인, 3-글라이시독시프로필메틸다이에톡시실레인, 3-(3,4-에폭시사이클로헥실)에틸메틸다이메톡시실레인, 3-메타크릴옥시프로필메틸다이메톡시실레인, 3-메타크릴옥시프로필메틸다이에톡시실레인, 3-머캡토프로필메틸다이메톡시실레인, 3-아미노프로필메틸다이에톡시실레인, N-(2-아미노에틸)아미노프로필메틸다이메톡시실레인, 3,3,3-트라이플루오로프로필메틸다이메톡시실레인 등을 들 수 있다.
트라이알콕시실레인 화합물의 구체예로서는 메틸트라이메톡시실레인, 메틸트라이에톡시실레인, 에틸트라이메톡시실레인, 에틸트라이에톡시실레인, 프로필트라이메톡시실레인, 프로필트라이에톡시실레인, 뷰틸트라이메톡시실레인, 뷰틸트라이에톡시실레인, 펜틸트라이메톡시실레인, 펜틸트라이에톡시실레인, 헵틸트라이메톡시실레인, 헵틸트라이에톡시실레인, 옥틸트라이메톡시실레인, 옥틸트라이에톡시실레인, 도데실트라이메톡시실레인, 도데실트라이에톡시실레인, 헥사데실트라이메톡시실레인, 헥사데실트라이에톡시실레인, 옥타데실트라이메톡시실레인, 옥타데실트라이에톡시실레인, 페닐트라이메톡시실레인, 페닐트라이에톡시실레인, 바이닐트라이메톡시실레인, 바이닐트라이에톡시실레인, 3-아미노프로필트라이메톡시실레인, 3-아미노프로필트라이에톡시실레인, 3-글라이시독시프로필트라이메톡시실레인, 3-글라이시독시프로필트라이에톡시실레인, 3-메타크릴옥시프로필트라이메톡시실레인, 3-메타크릴옥시프로필트라이에톡시실레인, 트라이에톡시(4-(트라이플루오로메틸)페닐)실레인, 도데실트라이에톡시실레인, 3,3,3-트라이플루오로프로필트라이메톡시실레인, (트라이에톡시실릴)사이클로헥세인, 퍼플루오로옥틸에틸트라이에톡시실레인, 트라이에톡시플루오로실레인, 트라이데카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로옥틸트라이에톡시실레인, 펜타플루오로페닐트라이메톡시실레인, 펜타플루오로페닐트라이에톡시실레인, 3-(헵타플루오로아이소프로폭시)프로필트라이에톡시실레인, 헵타테카플루오로-1,1,2,2-테트라하이드로데실트라이에톡시실레인, 트라이에톡시-2-싸이엔일실레인, 3-(트라이에톡시실릴)퓨란 등을 들 수 있다.
테트라알콕시실레인 화합물의 구체예로서는 테트라에톡시실레인, 테트라메톡시실레인, 테트라프로폭시실레인 등을 들 수 있다.
이것들 중에서도, 3,3,3-트라이플루오로프로필메틸다이메톡시실레인, 트라이에톡시(4-(트라이플루오로메틸)페닐)실레인, 3,3,3-트라이플루오로프로필트라이메톡시실레인, 퍼플루오로옥틸에틸트라이에톡시실레인, 펜타플루오로페닐트라이메톡시실레인, 펜타플루오로페닐트라이에톡시실레인이 바람직하다.
본 발명의 정공 수송성 바니시 중에서의 유기 실레인 화합물의 함유량은, 얻어지는 박막의 고전하 수송성을 유지하는 점을 고려하면, 전하 수송성 물질 및 헤테로폴리산의 총 질량에 대하여 통상 0.1∼50질량% 정도이지만, 바람직하게는 0.5∼40질량% 정도, 보다 바람직하게는 0.8∼30질량% 정도, 더한층 바람직하게는 1∼20질량%이다.
본 발명의 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제할 때에 사용되는 유기 용매로서는 전하 수송성 물질 및 도판트 물질을 양호하게 용해할 수 있는 고용해성 용매를 사용할 수 있다. 이러한 고용해성 용매로서는, 예를 들면, N,N-다이메틸폼아마이드, N,N-다이메틸아세트아마이드, N-메틸파이롤리돈, 1,3-다이메틸-2-이미다졸리딘온, 다이에틸렌글라이콜모노메틸에터 등의 유기 용매를 사용할 수 있다. 이들 용매는 1종 단독으로, 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있고, 그 사용량은 바니시에 사용하는 용매 전체에 대해 5∼100질량%로 할 수 있다.
또한, 전하 수송성 물질 및 도판트 물질은 모두 상기 용매에 완전히 용해되어 있거나, 균일하게 분산되어 있는 상태로 되어 있는 것이 바람직하다.
또한 금속 양극용 정공 수송성 바니시에, 25℃에서 10∼200mPa·s, 특히 35∼150mPa·s의 점도를 갖고, 상압(대기압)에서 비점 50∼300℃, 특히 150∼250℃의 고점도 유기 용매를 적어도 1 종류 함유시킬 수 있다. 이러한 용매를 가함으로써 바니시의 점도의 조정이 용이하게 되어, 평탄성이 높은 박막을 재현성 좋게 제공하는, 사용하는 도포 방법에 맞는 바니시 조제가 용이하게 된다.
고점도 유기 용매로서는 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 사이클로헥산올, 에틸렌글라이콜, 에틸렌글라이콜다이글라이시딜에터, 1,3-옥틸렌글라이콜, 다이에틸렌글라이콜, 다이프로필렌글라이콜, 트라이에틸렌글라이콜, 트라이프로필렌글라이콜, 1,3-뷰테인다이올, 2,3-뷰테인다이올, 1,4-뷰테인다이올, 프로필렌글라이콜, 헥실렌글라이콜 등을 들 수 있다. 이들 용매는 1종 단독으로, 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 바니시에 사용되는 용매 전체에 대한 고점도 유기 용매의 첨가 비율은 고체가 석출하지 않는 범위 내인 것이 바람직하고, 고체가 석출하지 않는 한에 있어서, 첨가 비율은 5∼80질량%인 것이 바람직하다.
또한, 금속 양극에 대한 젖음성의 향상, 용매의 표면장력의 조정, 극성의 조정, 비점의 조정 등의 목적으로, 그 밖의 용매를, 바니시에 사용하는 용매 전체에 대하여 1∼90질량%, 바람직하게는 1∼50질량%의 비율로 혼합할 수도 있다.
이러한 용매로서는, 예를 들면, 에틸렌글라이콜모노뷰틸에터, 다이에틸렌글라이콜다이에틸에터, 다이에틸렌글라이콜다이메틸에터, 다이에틸렌글라이콜모노에틸에터아세테이트, 다이에틸렌글라이콜모노뷰틸에터아세테이트, 다이프로필렌글라이콜모노메틸에터, 프로필렌글라이콜모노메틸에터, 프로필렌글라이콜모노메틸에터아세테이트, 다이에틸렌글라이콜모노에틸에터, 다이아세톤알코올, γ-뷰티로락톤, 에틸락테이트, n-헥실아세테이트 등을 들 수 있지만, 이것들에 한정되는 것은 아니다. 이들 용매는 1종 단독으로, 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 바니시의 점도는 제작하는 층의 두께 등이나 고형분 농도에 따라 적당히 설정되는 것이지만, 통상, 25℃에서 1∼50mPa·s이다.
또한 본 발명의 바니시의 고형분 농도는 바니시의 점도 및 표면장력 등이나, 제작하는 층의 두께 등을 감안하여 적당히 설정되는 것이지만, 통상, 0.1∼10.0질량% 정도이며, 바니시의 도포성을 향상시키는 것을 고려하면, 바람직하게는 0.5∼5.0질량%, 보다 바람직하게는 1.0∼3.5질량%이다.
이상에서 설명한 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 금속 양극 위에 도포하고, 소성함으로써 금속 양극 위에 정공 수송성 박막을 형성시킬 수 있다.
바니시의 도포 방법으로서는 특별히 한정되는 것은 아니며, 디핑법, 스핀 코팅법, 슬릿 코팅법, 전사인쇄법, 롤 코팅법, 브러싱법, 잉크젯법, 스프레이법 등을 들 수 있는데, 도포 방법에 따라 바니시의 점도 및 표면장력을 조절하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명의 바니시를 사용하는 경우, 소성 분위기도 특별히 한정되는 것은 아니며, 대기 분위기뿐만 아니라, 질소 등의 불활성 가스나 진공 중이어도 균일한 성막면을 갖는 박막을 얻을 수 있는데, 박막은 금속 양극으로부터의 정공 수용능이 우수한 박막을 재현성 좋게 얻기 위해서는, 대기 분위기가 바람직하다.
소성 온도는, 얻어지는 박막의 용도, 얻어지는 박막에 부여하는 전하 수송성의 정도 등을 감안하여, 대략 100∼260℃의 범위 내에서 적당히 설정되는 것이지만, 유기 EL 소자의 정공 주입층으로서 사용하는 경우, 140∼250℃ 정도가 바람직하고, 150∼230℃ 정도가 보다 바람직하다. 이 경우, 보다 높은 균일 성막성을 발현시키거나, 양극 위에서 반응을 진행시키거나 할 목적으로, 2단계 이상의 온도 변화를 주어도 되며, 가열은, 예를 들면, 핫플레이트나 오븐 등, 적당한 기기를 사용하여 행하면 된다.
막 두께는 통상 5∼200nm 정도로 할 수 있지만, 유기 EL 소자의 정공 주입층으로서 사용하는 경우, 10∼100nm 정도가 바람직하다. 막 두께를 변화시키는 방법으로서는, 바니시 중의 고형분 농도를 변화시키거나, 도포시의 용액량을 변화시키거나 하는 등의 방법이 있다.
본 발명의 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 사용하여 OLED 소자를 제작하는 경우의 사용 재료나, 제작 방법으로서는 하기와 같은 것을 들 수 있는데, 이것들에 한정되는 것은 아니다.
사용하는 금속 양극은 세제, 알코올, 순수 등에 의한 액체 세정을 미리 행하여 정화해 두는 것이 바람직하고, 예를 들면, 사용 직전에 UV 오존 처리, 산소-플라즈마 처리 등의 표면 처리를 행하는 것이 바람직하다.
본 발명의 금속 양극용 정공 수송성 바니시로부터 얻어지는 정공 주입층을 갖는 OLED 소자의 제작 방법의 예는 이하와 같다.
금속 양극 위에 본 발명의 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 도포하고, 상기의 방법에 의해 소성을 행하여, 전극 위에 정공 주입층을 제작한다. 이것을 진공증착 장치 내에 도입하고, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층, 음극 금속을 차례차례 증착하여 OLED 소자로 한다. 발광 영역을 컨트롤하기 위해, 금속 양극과 정공 주입층 사이 이외의 임의의 층 사이에 캐리어 블록층을 형성해도 된다.
양극을 구성하는 재료로서는 알루미늄, 스칸듐, 타이타늄, 바나듐, 크로뮴, 망가니즈, 철, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 갈륨, 이트륨, 지르코늄, 니오븀, 몰리브데넘, 루테늄, 로듐, 팔라듐, 카드늄, 인듐, 스칸듐, 란타넘, 세륨, 프라세오디뮴, 네오디뮴, 프로페튬, 사마륨, 유로퓸, 가돌리늄, 테르븀, 디스프로슘, 홀뮴, 에르븀, 툴륨, 이터븀, 하프늄, 탈륨, 텅스텐, 레늄, 오스뮴, 이리듐, 플래티넘, 금, 타이타늄, 납, 비스머스 등과 같은 금속이나 이것들의 합금을 들 수 있으며, 평탄화 처리를 행한 것이 바람직하다.
정공 수송층을 형성하는 재료로서는 (트라이페닐아민)다이머 유도체(TPD), N,N'-다이(1-나프틸)-N,N'-다이페닐벤지딘(α-NPD), [(트라이페닐아민)다이머]스파이로다이머(Spiro-TAD) 등의 트라이아릴아민류, 4,4',4"-트리스[3-메틸페닐(페닐)아미노]트라이페닐아민(m-MTDATA), 4,4',4"-트리스[1-나프틸(페닐)아미노]트라이페닐아민(1-TNATA) 등의 스타버스트 아민류, 5,5"-비스-{4-[비스(4-메틸페닐)아미노]페닐}-2,2':5',2"-터싸이오펜(BMA-3T) 등의 올리고싸이오펜류 등을 들 수 있다.
발광층을 형성하는 재료로서는 트리스(8-퀴놀리놀레이트)알루미늄(III)(Alq3), 비스(8-퀴놀리놀레이트)아연(II)(Znq2), 비스(2-메틸-8-퀴놀리놀레이트)(p-페닐페놀레이트)알루미늄(III)(BAlq) 및 4,4'-비스(2,2-다이페닐바이닐)바이페닐(DPVBi) 등을 들 수 있고, 전자 수송 재료 또는 정공 수송 재료와 발광성 도판트를 공증착함으로써, 발광층을 형성해도 된다.
전자 수송 재료로서는 Alq3, BAlq, DPVBi, (2-(4-바이페닐)-5-(4-t-뷰틸페닐)-1,3,4-옥사다이아졸)(PBD), 트라이아졸 유도체(TAZ), 바토큐프로인(BCP), 실롤 유도체 등을 들 수 있다.
발광성 도판트로서는 퀴나크리돈, 루브렌, 쿠마린 540, 4-(다이사이아노메틸렌)-2-메틸-6-(p-다이메틸아미노스타이릴)-4H-파이란(DCM), 트리스(2-페닐파이리딘)이리듐(III)(Ir(ppy)3), (1,10-페난트롤린)-트리스(4,4,4-트라이플루오로-1-(2-싸이엔일)-뷰테인-1,3-다이오네이트)유로퓸(III)(Eu(TTA)3phen) 등을 들 수 있다.
캐리어 블록층을 형성하는 재료로서는 PBD, TAZ, BCP 등을 들 수 있다.
전자 주입층을 형성하는 재료로서는 산화 리튬(Li2O), 산화 마그네슘(MgO), 알루미나(Al2O3), 불화 리튬(LiF), 불화 마그네슘(MgF2), 불화 스트론튬(SrF2), Liq, Li(acac), 아세트산 리튬, 벤조산 리튬 등을 들 수 있다.
음극 재료로서는 알루미늄, 마그네슘-은 합금, 알루미늄-리튬 합금, 리튬, 소듐, 포타슘, 세슘 등을 들 수 있다.
본 발명의 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 사용한 PLED 소자의 제작 방법은 특별히 한정되지 않지만, 이하의 방법을 들 수 있다.
상기 OLED 소자 제작에 있어서, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층, 전자 주입층의 진공증착 조작을 행하는 대신, 정공 수송성 고분자층, 발광성 고분자층을 차례로 형성함으로써 본 발명의 금속 양극용 정공 수송성 바니시에 의해 형성되는 정공 주입층을 포함하는 PLED 소자를 제작할 수 있다.
구체적으로는 양극 위에 본 발명의 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 도포하고 상기의 방법에 의해 정공 주입층을 제작하고, 그 위에 정공 수송성 고분자층, 발광성 고분자층을 차례로 형성하고, 또한 음극 전극을 증착하여 PLED 소자로 한다.
사용하는 음극 및 양극 재료로서는 상기 OLED 소자 제작시와 동일한 것을 사용할 수 있으며, 동일한 세정 처리, 표면 처리를 행할 수 있다.
정공 수송성 고분자층 및 발광성 고분자층의 형성법으로서는 정공 수송성 고분자 재료 혹은 발광성 고분자 재료, 또는 이것들에 도판트 물질을 첨가한 재료에 용매를 가해 용해하거나, 균일하게 분산시키고, 정공 주입층 또는 정공 수송성 고분자층 위에 도포한 후, 각각 용매의 증발에 의해 성막하는 방법을 들 수 있다.
정공 수송성 고분자 재료로서는 폴리[(9,9-다이헥실플루오렌일-2,7-다이일)-co-(N,N'-비스{p-뷰틸페닐}-1,4-다이아미노페닐렌)], 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌일-2,7-다이일)-co-(N,N'-비스{p-뷰틸페닐}-1,1'-바이페닐렌-4,4-다이아민)], 폴리[(9,9-비스{1'-펜텐-5'-일}플루오렌일-2,7-다이일)-co-(N,N'-비스{p-뷰틸페닐}-1,4-다이아미노페닐렌)], 폴리[N,N'-비스(4-뷰틸페닐)-N,N'-비스(페닐)-벤지딘]-엔드 캡드 위드 폴리실세스퀴옥세인, 폴리[(9,9-다이옥틸플루오렌일-2,7-다이일)-co-(4,4'-(N-(p-뷰틸페닐))다이페닐아민)] 등을 들 수 있다.
발광성 고분자 재료로서는 폴리(9,9-다이알킬플루오렌)(PDAF) 등의 폴리플루오렌 유도체, 폴리(2-메톡시-5-(2'-에틸헥스옥시)-1,4-페닐렌비닐렌)(MEH-PPV) 등의 폴리페닐렌비닐렌 유도체, 폴리(3-알킬싸이오펜)(PAT) 등의 폴리싸이오펜 유도체, 폴리바이닐카바졸(PVCz) 등을 들 수 있다.
용매로서는 톨루엔, 자일렌, 클로로폼 등을 들 수 있고, 용해 또는 균일 분산법으로서는 교반, 가열 교반, 초음파 분산 등의 방법을 들 수 있다.
도포 방법으로서는 특별히 한정되는 것은 아니며, 잉크젯법, 스프레이법, 디핑법, 스핀 코팅법, 슬릿 코팅법, 전사인쇄법, 롤 코팅법, 브러싱법 등을 들 수 있다. 또한, 도포는 질소, 아르곤 등의 불활성 가스하에서 행하는 것이 바람직하다.
용매의 증발법으로서는 불활성 가스하 또는 진공중, 오븐 또는 핫플레이트에서 가열하는 방법을 들 수 있다.
실시예
이하, 합성예, 실시예 및 비교예를 들어, 본 발명을 보다 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다. 또한, 사용한 장치는 이하와 같다.
(1) 1H-NMR 측정: 바리안 고분해능 핵자기 공명 장치
(2) 양극 세정: 쵸슈산교(주)제 기판 세정 장치(감압 플라즈마 방식)
(3) 바니시의 도포: 미카사(주)제 스핀 코터 MS-A100
(4) 막 두께 측정: (주)코사카켄큐쇼제 미세 형상 측정기 서프코다 ET-4000
(5) 소자의 제작: 쵸슈산교(주)제 다기능 증착 장치 시스템 C-E2L1G1-N
(6) 소자의 전류밀도 등의 측정: (유)테크·월드제 I-V-L 측정 시스템
[1] 전하 수송성 물질의 합성
[합성예 1] 아닐린 유도체 A의 합성
실시예에서 사용하는 아닐린 유도체 A를 하기 반응식에 따라 합성했다.
Figure pct00010
4,4'-다이아미노다이페닐아민(10.00g, 50.19mmol)과 4-브로모트라이페닐아민(34.17g, 105.40mmol)의 자일렌(100g)의 혼합 현탁액에, 금속 착물 촉매로서 Pd(PPh3)4(0.5799g, 0.5018mmol) 및 염기로서 t-BuONa(10.13g, 105.40mmol)를 넣고, 질소하 130℃에서 14시간 교반하여 반응시켰다.
냉각한 반응 혼합액을 여과하고, 여과액에 포화 식염수를 가하여, 분액 추출했다. 그 후, 용매를 감압하에서 증류 제거하고, 이어서 1,4-다이옥세인으로부터 목적물을 재결정하여 아닐린 유도체 A를 얻었다(수율 65%).
Figure pct00011
[합성예 2] 아닐린 유도체 B의 합성
실시예에서 사용하는 아닐린 유도체 B를 하기 반응식에 따라 합성했다.
Figure pct00012
N,N'-비스(4-아미노페닐)-p-페닐렌다이아민(5.00g, 17.22mmol)과 4-브로모트라이페닐아민(9.30g, 28.70mmol)의 자일렌(140g)의 혼합 현탁액에, 금속 착물 촉매로서 Pd(PPh3)4(0.33g, 0.29mmol) 및 염기로서 t-BuONa(2.76g, 28.70mmol)를 넣고, 질소하에 135℃에서 8시간 교반하여 반응시켰다.
냉각한 반응 혼합액을 여과하고, 용매를 감압하에서 증류 제거했다. 이어서 1,4-다이옥세인으로부터 목적물을 재결정하여 아닐린 유도체 B를 얻었다(수율 53%).
Figure pct00013
[합성예 3] 아릴설폰산 A의 합성
실시예에서 사용하는 아릴설폰산 A를, 국제공개 제2006/025342호의 기재에 기초하여, 하기 반응식에 따라 합성했다.
Figure pct00014
잘 건조시킨 1-나프톨-3,6-다이설폰산소듐 11g(31.59mmol)에, 질소 분위기하에서, 퍼플루오로바이페닐 4.797g(14.36mol), 탄산 포타슘 4.167g(30.15mol) 및 N,N-다이메틸폼아마이드 100ml를 차례로 가하고, 반응계를 질소 치환한 후, 내부온도 100℃에서 6시간 교반했다.
실온까지 방냉 후, 반응 후에 석출한 아릴설폰산 A를 재용해시키기 위해, N,N-다이메틸폼아마이드를 500ml 더 가하고, 실온에서 90분 교반했다. 실온 교반 후, 이 용액을 여과하여 탄산 포타슘 잔사를 제거하고, 감압 농축했다. 또한, 잔존해 있는 불순물을 제거하기 위해, 잔사에 메탄올 100ml를 가하고, 실온 교반을 행했다. 실온에서 30분간 교반 후, 현탁 용액을 여과하여, 여과물을 얻었다. 여과물에 초순수 300ml를 가하여 용해하고, 양이온 교환 수지 다우 X650C(다우케미컬사제, H 타입 약 200ml, 유출 용매: 초순수)를 사용한 컬럼 크로마토그래피에 의해 이온 교환했다.
pH 1 이하의 분획을 감압하에서 농축 건고하고, 잔사를 감압하에서 건고하여 황색 분말 11g을 얻었다(수율 85%).
Figure pct00015
[합성예 4] 싸이오펜 유도체 A의 합성
실시예에서 사용하는 싸이오펜 유도체 A를 하기 반응식에 따라 합성했다.
Figure pct00016
질소 분위기하에, 플라스크 내에 터싸이오펜 2.01g 및 테트라하이드로퓨란 50mL를 넣고 -78℃로 냉각했다. 거기에 n-뷰틸리튬의 노말헥세인 용액(1.64M) 19.6mL를 적하하고, -78℃인 채로 30분간 교반하고, 이어서 0℃까지 승온하고 1시간 더 교반했다.
그 후, 다시 -78℃로 냉각하여 30분간 교반한 후, 트라이뷰틸클로로스타난 8.8mL를 적하하여 10분 교반하고, 이어서 0℃로 승온하여 30분간 더 교반했다.
교반 후, 반응 혼합물로부터 감압하에서 용매를 증류 제거하고, 얻어진 잔사를 톨루엔에 가하고, 여과에 의해 불용물을 제거하고, 얻어진 여과액으로부터 감압하에서 용매를 증류 제거하여, 터싸이오펜의 비스스타닐체를 포함하는 오일상 물질 12.88g(당해 비스스타닐체의 순도 51.91%) 얻었다.
이어서, 질소 분위기하에서, 다른 플라스크 내에, 이 터싸이오펜비스스타닐체를 포함하는 오일상 물질 6.44g, 2-브로모-3-노말헥실싸이오펜 2.41g, 톨루엔 24mL 및 테트라키스(트라이페닐포스핀)팔라듐 0.23g을 차례로 넣고, 환류 조건하에 4.5시간 교반했다.
실온까지 방냉하고, 용매를 감압 증류제거한 후, 여과로 불용물을 제거했다. 얻어진 여과액을 농축하고, 실리카겔 컬럼 크로마토그래피로 정제하여, 싸이오펜 유도체 A를 얻었다(수득량: 1.29g 수율: 55%, 2단계 통산 수율).
Figure pct00017
[2] 금속 양극용 정공 수송성 바니시의 제작
[실시예 1-1]
불리틴 오브 케미컬 소사이어티 오브 재팬(Bullentin of Chemical Society), 1994년, 제67권, pp. 1749-1752 기재의 방법에 따라 제조한 하기 식으로 표시되는 아닐린 유도체 C 0.122g과, 인몰리브데넘산(간토카가쿠(주)제, 이하 동일.) 0.367g을, 질소 분위기하에서 1,3-다이메틸-2-이미다졸리딘온(이하, DMI로 약칭한다.) 8g에 용해시켰다. 얻어진 용액에 사이클로헥산올(이하, CHA로 약칭한다.) 12g, 프로필렌글라이콜(이하, PG로 약칭함) 4g을 차례로 가하고 교반하여, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
Figure pct00018
[실시예 1-2]
아닐린 유도체 A 0.247g과, 인몰리브데넘산 0.495g을 질소 분위기하에서 DMI 8g에 용해시켰다. 얻어진 용액에 CHA 12g, PG 4g을 차례로 가하고 교반하여, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
[실시예 1-3]
아닐린 유도체 A 0.154g과, 인텅스텐산(간토카가쿠(주)제, 이하 동일.) 0.423g과, 아릴설폰산 A 0.038g을 질소 분위기하에서 DMI 8g에 용해시켰다. 얻어진 용액에 CHA 12g, PG 4g을 차례로 가하여 교반하고, 또한 거기에, 유기 실레인 화합물 A(트라이플루오로프로필트라이메톡시실레인(신에츠카가쿠고교(주)제)/페닐트라이메톡시실레인(신에츠카가쿠고교(주)제)=1/2(w/w)의 혼합물, 이하 동일.) 0.025g을 가하고 교반하여, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
[실시예 1-4]
아닐린 유도체 A 0.131g과, 인몰리브데넘산 0.261g과, 아릴설폰산 A 0.098g을 질소 분위기하에서 DMI 8g에 용해시켰다. 얻어진 용액에 CHA 12g, PG 4g을 차례로 가하고 교반하여, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
[실시예 1-5]
아닐린 유도체 A 0.154g과, 인텅스텐산 0.385g과, 아릴설폰산 A 0.077g을, 질소 분위기하에서 DMI 8g에 용해시켰다. 얻어진 용액에 CHA 12g, PG 4g을 차례로 가하여 교반하고, 또한 거기에, 유기 실레인 화합물 A 0.025g을 가하고 교반하여, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
[실시예 1-6]
아닐린 유도체 A 0.186g과, 인몰리브데넘산 0.557g을 질소 분위기하에서 DMI 8g에 용해시켰다. 얻어진 용액에 CHA 12g, PG 4g을 차례로 가하고 교반하여, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
[실시예 1-7]
아닐린 유도체 A 0.186g과, 인텅스텐산 0.557g을 질소 분위기하에서 DMI 8g에 용해시켰다. 얻어진 용액에 CHA 12g, PG 4g을 차례로 가하여 교반하고, 또한 거기에, 유기 실레인 화합물 A 0.03g을 가하고 교반하여, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
[실시예 1-8]
아닐린 유도체 A 0.123g과, 인텅스텐산 0.369g과, 아릴설폰산 A 0.123g을 질소 분위기하에서 DMI 8g에 용해시켰다. 얻어진 용액에 CHA 12g, PG 4g을 차례로 가하여 교반하고, 또한 거기에, 유기 실레인 화합물 A 0.025g을 가하고 교반하여, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
[실시예 1-9]
아닐린 유도체 B 0.148g과, 인텅스텐산 0.594g을 질소 분위기하에서 DMI 8g에 용해시켰다. 얻어진 용액에 CHA 12g, PG 4g을 차례로 가하고 교반하여, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
[실시예 1-10]
아닐린 유도체 A 0.124g과, 인텅스텐산 0.619g을 질소 분위기하에서 DMI 8g에 용해시켰다. 얻어진 용액에 CHA 12g, PG 4g을 차례로 가하고 교반하여, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
[실시예 1-11]
아닐린 유도체 B 0.124g과, 인텅스텐산 0.619g을 질소 분위기하에서 DMI 8g에 용해시켰다. 얻어진 용액에 CHA 12g, PG 4g을 차례로 가하고 교반하여, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
[실시예 1-12]
아닐린 유도체 A 0.088g과, 인텅스텐산 0.440g과, 아릴설폰산 A 0.088g을 질소 분위기하에서 DMI 8g에 용해시켰다. 얻어진 용액에 CHA 12g, PG 4g을 차례로 가하여 교반하고, 또한 거기에, 유기 실레인 화합물 A 0.062g을 가하고 교반하여, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
[실시예 1-13]
아닐린 유도체 A 0.106g과, 인텅스텐산 0.636g을 질소 분위기하에서 DMI 8g에 용해시켰다. 얻어진 용액에 CHA 12g, PG 4g을 차례로 가하고 교반하여, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
[실시예 1-14]
아닐린 유도체 A 0.186g과, 인텅스텐산 0.557g을 질소 분위기하에서 DMI 8g에 용해시켰다. 얻어진 용액에 CHA 12g, PG 4g을 차례로 가하여 교반하고, 또한 거기에, 유기 실레인 화합물 A 0.074g을 가하고 교반하여, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
[실시예 1-15]
아닐린 유도체 B 0.106g과, 인텅스텐산 0.636g을 질소 분위기하에서 DMI 8g에 용해시켰다. 얻어진 용액에 CHA 12g, PG 4g을 차례로 가하고 교반하여, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
[실시예 1-16]
아닐린 유도체 A 0.088g과, 인텅스텐산 0.484g과, 아릴설폰산 A 0.044g을 질소 분위기하에서 DMI 8g에 용해시켰다. 얻어진 용액에 CHA 12g, PG 4g을 차례로 가하여 교반하고, 또한 거기에, 유기 실레인 화합물 A 0.062g을 가하고 교반하여, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
[실시예 1-17]
아닐린 유도체 B 0.093g과, 인텅스텐산 0.649g을 질소 분위기하에서 DMI 8g에 용해시켰다. 얻어진 용액에 CHA 12g, PG 4g을 차례로 가하고 교반하여, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
[실시예 1-18]
N,N'-다이페닐벤지딘(토쿄카세고교(주)제, 이하 동일.) 0.148g과, 인텅스텐산 0.594g을 질소 분위기하에서 DMI 8g에 용해시켰다. 얻어진 용액에 CHA 12g, PG 4g을 차례로 가하고 교반하여, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
또한, N,N'-다이페닐벤지딘은 1,4-다이옥세인을 사용하여 재결정하고, 그 후, 감압하에서 잘 건조한 다음 사용했다(이하, 동일.).
[실시예 1-19]
N,N'-다이페닐벤지딘 0.124g과, 인텅스텐산 0.619g을 질소 분위기하에서 DMI 8g에 용해시켰다. 얻어진 용액에 CHA 12g, PG 4g을 차례로 가하고 교반하여, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
[실시예 1-20]
아닐린 유도체 A 0.122g과, 인몰리브데넘산 0.103g과, 인텅스텐산 0.154g과, 아릴설폰산 A 0.11g을 질소 분위기하에서 DMI 8g에 용해시켰다. 얻어진 용액에 CHA 12g, PG 4g을 차례로 가하여 교반하고, 또한 거기에, 유기 실레인 화합물 A 0.049g을 가하고 교반하여, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
[실시예 1-21]
N,N'-다이페닐벤지딘 0.122g과, 인몰리브데넘산 0.103g과, 인텅스텐산 0.154g과, 아릴설폰산 A 0.11g을 질소 분위기하에서 DMI 8g에 용해시켰다. 얻어진 용액에 CHA 12g, PG 4g을 차례로 가하여 교반하고, 또한 거기에, 유기 실레인 화합물 A 0.049g을 가하고 교반하여, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
[실시예 1-22]
하기 식으로 표시되는 싸이오펜 유도체 A 0.116g과, 인텅스텐산 0.348g을 질소 분위기하에서 DMI 10.5g에 용해시켰다. 얻어진 용액에 2,3-뷰테인다이올 3g, 프로필렌글라이콜모노메틸에터 1.5g을 차례로 가하고 교반하여, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
Figure pct00019
[실시예 1-23∼1-24]
싸이오펜 유도체 A의 사용량 및 인텅스텐산의 사용량을, 각각 0.093g 및 0.371g(실시예 1-23), 0.077g 및 0.387g(실시예 1-24)으로 한 이외는 실시예 1-22와 동일한 방법으로 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
[비교예 1-1]
아닐린 유도체 A 0.154g과, 5-살리실설폰산이수화물(Sigma-Aldrich. Co제) 0.685g을 질소 분위기하에서 DMI 8g에 용해시켰다. 얻어진 용액에 CHA 12g, PG 4g을 차례로 가하고 교반하여, 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 조제했다.
[3] 소자의 제작
[실시예 2-1]
실시예 1-1에서 얻어진 바니시를, 스핀 코터를 사용하여 Al/Nd 양극에 도포한 후, 50℃에서 5분간 건조하고, 또한 230℃에서 15분간 소성함으로써 Al/Nd 양극 위에 30nm의 균일한 박막을 형성했다. 또한, Al/Nd 양극은 유리 기판에 Al과 Nd를 스퍼터링함으로써 제작했다.
이어서, 박막을 형성한 Al/Nd 양극에 대하여, 증착 장치를 사용하여, N,N'-다이(1-나프틸)-N,N'-다이페닐벤지딘(α-NPD)), 알루미늄의 박막을 차례로 적층하여, 2층 소자를 얻었다. 막 두께는 각각 30nm, 100nm로 하고, 진공도는 1.0×10-5Pa, 증착 레이트는 0.2nm/초의 조건으로 증착을 행했다.
또한, 공기 중의 산소, 물 등의 영향에 의한 특성 열화를 방지하기 위해, 2층 소자는 밀봉 기판에 의해 밀봉한 후, 그 특성을 평가했다. 밀봉은 이하의 수순으로 행했다.
산소 농도를 2ppm 이하, 이슬점 -85℃ 이하의 질소 분위기 속에서, 2층 소자를 밀봉 기판의 사이에 넣고, 밀봉 기판을 접착재로 첩합했다. 이때, 포수제로서 다이닉(주)제 HD-071010W-40을 2층 소자와 함께 밀봉 기판 내에 넣었다. 접착재로서는 나가세켐텍스(주)제 XNR5516Z-B1을 사용했다. 첩합한 밀봉 기판에 대하여, UV광을 조사(파장: 365nm, 조사량: 6000mJ/cm2)한 후, 80℃에서 1시간, 어닐링 처리하여 접착재를 경화시켰다.
[실시예 2-2∼2-24, 비교예 2-1]
실시예 1-1에서 얻어진 바니시 대신에, 각각 실시예 1-2∼1-24, 비교예 1-1에서 얻어진 바니시를 사용한 이외는, 실시예 2-1과 동일한 방법으로 소자를 제작했다.
[비교예 2-2]
실시예 1-1에서 얻어진 바니시 대신에, PEDOT/PSS(H. C. Starck사제 AI4083)를 사용한 이외는, 실시예 2-1과 동일한 방법으로 소자를 제작했다.
각 소자에 대하여 전류밀도의 측정을 행했다. 구동 전압 5V에서의 전류밀도를 표 1에 나타낸다.
실시예 2-2 150
실시예 2-3 432
실시예 2-4 123
실시예 2-5 486
실시예 2-6 460
실시예 2-7 494
실시예 2-8 114
실시예 2-9 236
실시예 2-10 557
실시예 2-11 411
실시예 2-12 110
실시예 2-13 461
실시예 2-14 939
실시예 2-15 488
실시예 2-16 241
실시예 2-17 233
실시예 2-18 420
실시예 2-19 129
실시예 2-20 440
실시예 2-21 580
실시예 2-22 1280
실시예 2-23 1420
실시예 2-24 420
비교예 2-1 2
비교예 2-2 5
표 1에 나타내어지는 바와 같이, 헤테로폴리산을 포함하는 본 발명의 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 사용하여 제작한 정공 주입층은 금속 양극으로부터의 높은 정공 수용능을 나타낸 것에 반해, 일반적으로 알려지는 아릴설폰산계의 도판트 물질만을 사용한 재료, 예를 들면, PEDOT/PSS로부터 얻어지는 박막은 금속 양극으로부터의 정공 수용능은 낮았다.
이상으로부터, 아닐린 유도체나 싸이오펜 유도체 등의 전하 수송성 물질과 헤테로폴리산을 포함하는 본 발명의 금속 양극용 정공 수송성 바니시는 금속 양극 상의 정공 주입층의 형성에 특히 적합한 것을 알 수 있다.

Claims (10)

  1. 금속 양극 위에 적층되어, 이 금속 양극으로부터 수용한 정공을, 상기 금속 양극과는 반대측에 적층되는 층으로 수송하는 박막을 형성하기 위한 금속 양극용 정공 수송성 바니시로서,
    전하 수송성 물질과, 헤테로폴리산으로 이루어지는 도판트 물질과, 유기 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 양극용 정공 수송성 바니시.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전하 수송성 물질이 아닐린 유도체 및 싸이오펜 유도체로부터 선택되는 적어도 1종인 것을 특징으로 하는 금속 양극용 정공 수송성 바니시.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 아닐린 유도체가 식 (1)로 표시되는 것을 특징으로 하는 금속 양극용 정공 수송성 바니시.
    Figure pct00020

    (식 중, X1은 -NY1-, -O-, -S-, -(CR7R8)l- 또는 단결합을 나타내고,
    Y1은, 서로 독립하여, 수소 원자, Z1로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기, 또는 Z2로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기를 나타내고,
    R1∼R8은, 서로 독립하여, 수소 원자, 할로젠 원자, 나이트로기, 사이아노기, 아미노기, 알데하이드기, 수산기, 싸이올기, 설폰산기, 카복실산기, Z1로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기, Z2로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기, -NHY2, -NY3Y4, -C(O)Y5, -OY6, -SY7, -SO3Y8, -C(O)OY9, -OC(O)Y10, -C(O)NHY11, 또는 -C(O)NY12Y13기를 나타내고,
    Y2∼Y13은, 서로 독립하여, Z1로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기, 또는 Z2로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기를 나타내고,
    Z1은 할로젠 원자, 나이트로기, 사이아노기, 아미노기, 알데하이드기, 수산기, 싸이올기, 설폰산기, 카복실산기, 또는 Z3으로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기를 나타내고,
    Z2는 할로젠 원자, 나이트로기, 사이아노기, 아미노기, 알데하이드기, 수산기, 싸이올기, 설폰산기, 카복실산기, 또는 Z3으로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기를 나타내고,
    Z3은 할로젠 원자, 나이트로기, 사이아노기, 아미노기, 알데하이드기, 수산기, 싸이올기, 설폰산기, 또는 카복실산기를 나타내고,
    l은 1∼20의 정수를 나타내고, m 및 n은, 서로 독립하여, 0 이상의 정수를 나타내고, 1≤m+n≤20을 충족시킨다. 단, m 또는 n이 0일 때는, X1은 -NY1-을 나타낸다.)
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 싸이오펜 유도체가 식 (2)로 표시되는 것을 특징으로 하는 금속 양극용 정공 수송성 바니시.
    Figure pct00021

    (식 중, R11∼R16은, 서로 독립하여, 수소 원자, Z9로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기, Z10으로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기, 또는 -OY17, -SY18, -NHY19, -NY20Y21 혹은 NHC(O)Y22를 나타내고,
    R17 및 R18은, 서로 독립하여, 수소 원자, Z9로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기, Z11로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기, 또는 -OY17, -SY18, -NHY19, -NY20Y21 혹은 NHC(O)Y22를 나타내고,
    Y17∼Y22는, 서로 독립하여, Z9로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 혹은 탄소수 2∼20의 알킨일기, 또는 Z10으로 치환되어 있어도 되는, 탄소수 6∼20의 아릴기 혹은 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기를 나타내고,
    Z9는 탄소수 6∼20의 아릴기 또는 탄소수 2∼20의 헤테로아릴기를 나타내고,
    Z10은 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기 또는 탄소수 2∼20의 알킨일기를 나타내고,
    Z11은 탄소수 1∼20의 알킬기, 탄소수 2∼20의 알켄일기, 탄소수 2∼20의 알킨일기, 디탄소수 1∼20 알킬아미노기, 또는 디탄소수 6∼20 아릴아미노기를 나타내고,
    n1∼n3은, 서로 독립하여, 자연수를 나타내고, 또한, 4≤n1+n2+n3≤20을 충족시킨다.
    또한, R11∼R16이 수소 원자가 아닌 경우, 1개 위의 싸이오펜환 상의 2개의 기가 서로 결합하여 2가의 기를 형성하고 있어도 된다.)
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 양극이 몰리브데넘, 크로뮴, 알루미늄, 은, 금 및 플래티넘으로부터 선택되는 적어도 1 종류의 금속으로 이루어지는 금속 양극용 정공 수송성 바니시.
  6. 금속 양극과, 그 표면에 적층되는 정공 주입층으로 이루어지고,
    상기 정공 주입층이 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 금속 양극용 정공 수송성 바니시로부터 제작되는 것을 특징으로 하는 복합 금속 양극.
  7. 제 6 항에 기재된 복합 금속 양극을 갖는 유기 일렉트로루미네선스 소자.
  8. 제 7 항에 있어서,
    탑 에미션형인 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 소자.
  9. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 금속 양극용 정공 수송성 바니시를 금속 양극 표면에 도포하고, 건조시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 소자의 제조 방법.
  10. 제 6 항에 기재된 복합 금속 양극을 사용하는 것을 특징으로 하는 유기 일렉트로루미네선스 소자의 제조 방법.
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