CN102105507A - 聚合物、发光层材料、有机电致发光元件材料、有机电致发光元件用组合物、利用它们的有机电致发光元件、太阳能电池元件、有机el显示装置和有机el照明 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了可通过湿式成膜法成膜、成膜后的膜稳定性高、可通过湿式成膜法等层叠其他层、并且电荷传输效率、发光效率的降低少、驱动稳定性优异的聚合物、发光材料等。该聚合物具有热离解可溶性基团。
Description
技术领域
本发明涉及用于有机电致发光元件或太阳能电池元件的材料。
背景技术
近年来,一直在开发使用了有机薄膜的电致发光元件(有机电致发光元件)。作为有机电致发光元件中的有机薄膜的形成方法,可列举出真空蒸镀法和湿式成膜法。真空蒸镀法由于容易层叠化,因此具有改善自阳极和/或阴极的电荷注入、容易将激子(exciton)限制在发光层中等优点。另一方面,湿式成膜法具有下述优点:不需要真空处理,大面积化容易,可容易使具有各种功能的多种材料在一层(涂布液)中含有等。
然而,现状是,由于湿式成膜法难以实现层叠化,因此与真空蒸镀法获得的元件相比,驱动稳定性低,除了一小部分以外,没有达到实用水平。尤其,在用湿式成膜法层叠有机薄膜时,寻求在有机电致发光元件材料中引入长链烷基等,以赋予对涂布溶剂的溶解性。另外,在有机薄膜上进一步用湿式成膜法形成不同的有机薄膜(上层)时,还要求下层中含有的有机电致发光元件材料相对于上层成膜用的涂布溶液为不溶性。以往,在进行这种层叠时,采用下述方法:在下层中含有的有机电致发光元件材料中引入交联性基团等,将下层成膜后,通过加热处理、能量照射等使交联性基团交联,从而使其相对于上层成膜用的涂布溶液不溶化的方法等。例如,在非专利文献1和非专利文献2中,提出了具有如下所述的交联性基团的化合物,且提出了通过交联性基团的反应在有机溶剂中变得不溶的有机薄膜的层叠方法。
[化学式1]
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1:Applied Physics Letters 2005年,86卷,221102页
非专利文献2:Macromolecules 2006年,39卷,8911页
发明内容
发明要解决的问题
然而,在上述方法中,长链烷基、交联性基团在有机薄膜中残留。这种长链烷基、交联性基团可能会导致如下问题:电荷传输效率降低、有机电致发光元件的发光效率降低、驱动稳定性降低。
另外,具有有机薄膜层叠的结构的元件中使用的有机绝缘膜、采取有机薄膜层叠的构成的有机太阳能电池、滤色器用着色光刻胶、滤色器用透明光刻胶、有机TFT材料、电子照相感光体等中使用的材料中,也存在同样的问题。
因此,期望提供满足下述要求的聚合物、发光材料等:其可用湿式成膜法成膜,成膜后的膜稳定性高,可通过湿式成膜法等层叠其它的层,并且电荷传输效率、发光效率的降低少,驱动稳定性优异,可用作有机电致发光元件材料。
用于解决问题的方案
通过本发明人等的深入研究发现,具有热离解可溶性基团的聚合物、发光层材料在湿式成膜时在涂布溶剂中可溶,在湿式成膜后进行加热,由此可以在其它涂布溶液等中不溶,从而完成了本发明。
本发明的要旨在于特征为具有热离解可溶性基团的聚合物、电子器件用组合物、有机电致发光元件、有机太阳能电池元件以及有机EL显示装置和有机EL照明。
本发明的另一要旨在于特征为由具有热离解可溶性基团的低分子化合物构成的发光层材料、有机电致发光元件用组合物、有机电致发光元件以及有机EL显示装置和有机EL照明。
本发明的构成如下所示。
[1]一种聚合物,其特征在于,该聚合物具有热离解可溶性基团。
[2]根据上述第[1]项所述的聚合物,其特征在于,在重复单元内具有芳香族环,所述热离解可溶性基团键合于与所述芳香族环稠合的烃环上。
所述芳香族环可以是芳香族烃环,也可以是芳香族杂环,但芳香族烃环由于电化学稳定性优异,电荷难以局部化,因此是优选的。
[3]根据上述第[1]或[2]项所述的聚合物,其特征在于,所述芳香族环是芳香族烃环。
[4]根据上述第[1]~[3]项的任一项所述的聚合物,其特征在于,所述热离解可溶性基团是通过逆第尔斯-阿尔德反应热离解的基团。
[5]根据上述第[1]~[4]项的任一项所述的聚合物,其特征在于,所述热离解可溶性基团是在100℃以上且300℃以下热离解的基团。
[6]根据上述第[2]~[5]项的任一项所述的聚合物,其特征在于,所述烃环是含有亚乙烯基(etheno group)或亚乙基(ethano group)的环。
[7]根据上述第[1]~[6]项的任一项所述的聚合物,其特征在于,所述聚合物在重复单元中含有下述化学式(U3)或下述化学式(U4)所示的结构。
[化学式2]
(式(U3)中,环A1表示芳香族环。前述芳香族环可以具有1个或2个以上的取代基。另外,前述取代基之间可以直接或通过二价连接基形成环。
S21、S22、R21~R26各自独立地表示氢原子、羟基、可以具有取代基的烷基、可以具有取代基的芳香族烃环基、可以具有取代基的芳香族杂环基、可以具有取代基的芳烷基、可以具有取代基的烷氧基、可以具有取代基的芳氧基、可以具有取代基的酰基、可以具有取代基的链烯基、可以具有取代基的炔基、可以具有取代基的酰氧基、可以具有取代基的芳氨基、可以具有取代基的杂芳基氨基或可以具有取代基的酰氨基。
X1和X2各自独立地表示可以具有取代基的碳原子数6以上且50以下的二价芳香族烃环基或可以具有取代基的碳原子数3以上且50以下的二价芳香族杂环基。
式(U4)中,环B1表示芳香族环。前述芳香族环可以具有1个或2个以上的取代基。另外,前述取代基之间可以直接或通过二价连接基形成环。
S31~S34、R31~R36、X3和X4各自独立地与作为上述S21、S22、R21~R26、X1和X2表示的基团含义相同。
n1~n4各自独立地表示0~5的整数。)
[8]根据上述第[7]项所述的聚合物,其特征在于,在上述化学式(U3)和上述化学式(U4)中,环A1和环B1各自独立地选自由苯环、萘环、蒽环和并四苯环组成的组。
[9]根据上述第[1]~[8]项的任一项所述的聚合物,其特征在于,前述聚合物具有下述式(X)所示的重复单元。
[化学式3]
(式中,m表示0~3的整数,
Ar11和Ar12各自独立地表示直接键合、可以具有取代基的芳香族烃环基或可以具有取代基的芳香族杂环基,Ar13~Ar15各自独立地表示可以具有取代基的芳香族烃环基或可以具有取代基的芳香族杂环基。
其中,Ar11和Ar12不同时是直接键合。另外,Ar11、Ar12和Ar14表示二价基团,Ar13和Ar15表示一价基团。)
[10]一种电子器件用组合物,其特征在于,所述组合物含有上述第[1]~[9]项的任一项所述的聚合物和溶剂。
[11]一种有机电致发光元件,该有机电致发光元件具有阳极、阴极和在前述阳极与前述阴极之间的有机层,其特征在于,具有使用上述第[10]项所述的电子器件用组合物通过湿式成膜法形成的层作为该有机层。
[12]一种太阳能电池元件,该太阳能电池元件具有阳极、阴极和在前述阳极和前述阴极之间的有机层,其特征在于,具有使用上述第[10]项所述的电子器件用组合物通过湿式成膜法形成的层作为该有机层。
[13]一种发光层材料,其特征在于,所述发光层材料包含具有热离解可溶性基团的低分子化合物。
[14]根据上述第[13]项所述的发光层材料,其特征在于,所述发光层材料具有下述化学式(U1)所示的部分结构。
[化学式4]
(在式(U1)中,环A0表示芳香族环。前述芳香族环可以具有1个或2个以上的取代基。另外,前述取代基之间可以直接或者通过二价连接基形成环。前述芳香族环可以是芳香族烃环,也可以是芳香族杂环,芳香族烃环由于电化学稳定性优异,电荷不容易局部化,因此是优选的。
S1、S2、R1、R6各自独立地表示氢原子、羟基、可以具有取代基的烷基、可以具有取代基的芳香族烃环基、可以具有取代基的芳香族杂环基、可以具有取代基的芳烷基、可以具有取代基的烷氧基、可以具有取代基的芳氧基、可以具有取代基的酰基、可以具有取代基的链烯基、可以具有取代基的炔基、可以具有取代基的酰氧基、可以具有取代基的芳氨基、可以具有取代基的杂芳基氨基或可以具有取代基的酰氨基。
R2~R5各自独立地表示氢原子、可以具有取代基的烷基。
其中,R2~R5不全部同时是氢原子。)
[15]根据上述第[13]项所述的发光层材料,其特征在于,所述发光层材料具有下述化学式(U2)所示的部分结构。
[化学式5]
(式(U2)中,环B0表示芳香族环。前述芳香族环可以具有1个或2个以上的取代基。另外,前述取代基之间可以直接或通过二价连接基形成环。前述芳香族环可以是芳香族烃环,也可以是芳香族杂环,芳香族烃环由于电化学稳定性优异,电荷不容易局部化,因此是优选的。
S11~S14、R11~R16各自独立地表示氢原子、羟基、可以具有取代基的烷基、可以具有取代基的芳香族烃环基、可以具有取代基的芳香族杂环基、可以具有取代基的芳烷基、可以具有取代基的烷氧基、可以具有取代基的芳氧基、可以具有取代基的酰基、可以具有取代基的链烯基、可以具有取代基的炔基、可以具有取代基的酰氧基、可以具有取代基的芳氨基、可以具有取代基的杂芳基氨基或可以具有取代基的酰氨基。)
[16]根据上述第[14]项或第[15]项所述的发光层材料,其特征在于,作为前述芳香族环的环A0或环B0为芳香族烃环。
[17]一种有机电致发光元件用组合物,其特征在于,所述组合物含有上述第[13]~[16]项的任一项所述的发光层材料和溶剂。
[18]一种有机电致发光元件,所述有机电致发光元件具有阳极、阴极和在前述阳极与前述阴极之间的有机层,其特征在于,具有使用上述第[17]项所述的有机电致发光元件用组合物通过湿式成膜法形成的层作为前述有机层。
[19]一种有机EL显示装置,其特征在于,所述有机EL显示装置包含上述第[11]或[18]项所述的有机电致发光元件。
[20]一种有机EL照明,其特征在于,所述有机EL照明包含上述第[11]或[18]项所述的有机电致发光元件。
[21]一种有机电致发光元件材料,其特征在于,所述有机电致发光元件材料是通过加热如下化合物而获得的,所述化合物在分子内具有芳香族烃环或芳香族杂环,且具有热离解可溶性基团键合于与所述芳香族烃环或所述芳香族杂环稠合的烃环上的部分结构。
[22]一种聚合物,其特征在于,所述聚合物包含选自下述重复单元组X中的至少一种重复单元。
[重复单元组X]
[化学式6]
发明的效果
本发明的聚合物、发光层材料由于具有键合了热离解可溶性基团的部分结构,因此,在湿式成膜时在涂布溶剂中可溶。此外,由于通过成膜后的加热,该热离解可溶性基团离解,因此,可以大幅降低对于其他涂布溶剂等的溶解性。因此,在使用聚合物、发光层材料而形成的有机层上,还可以通过例如湿式成膜法等层叠其他有机层。
另外,在本发明的聚合物、发光层材料中,分子内含有用于在涂布溶剂中可溶化的长链烷基、用于在其它溶剂中不溶化的交联性基团的必要性小。因此,使用该聚合物、发光层材料作为有机电致发光元件材料而形成的有机电致发光元件的发光效率高、低驱动电压等驱动稳定性优异。
附图说明
图1所示为本发明的有机电致发光元件的一个例子的示意剖面图。
图2所示为本发明的实施例和比较例中制作的测定用元件的层构成的示意剖面图。
图3所示为本发明的实施例8和比较例3中测定的电流-电压特性的图。另外,纵轴表示电流密度[A/cm2],横轴表示电压[V]。
图4所示为本发明的有机太阳能电池元件的一个例子的示意剖面图。
附图标记说明
1 基板
2 阳极
3 空穴注入层
4 空穴传输层
5 发光层
6 空穴阻挡层
7 电子传输层
8 电子注入层
9 阴极
10 空穴输出层
11 光电转换层
12 电子输出层
具体实施方式
以下例示的物质、方法等是本发明的实施方式的一个例子(代表例),本发明只要不偏离其要旨,就不受这些内容的特别限定。
此外,在本申请发明中,聚合物表示结构中含有多个二价重复单元且具有分子量分布的物质。另一方面,将分子量单一的化合物表示为低分子化合物。
另外,将含有本发明的聚合物的组合物称为“组合物A”,含有本发明的发光层材料的组合物称为“有机电致发光元件用组合物B”。“本发明的有机电致发光元件用组合物”是组合物A和有机电致发光元件用组合物B的总称。
A.聚合物
本发明的聚合物的特征为具有热离解可溶性基团,例如可以作为有机电致发光元件材料等使用。作为具体例子,可作为有机电致发光元件的空穴注入材料、空穴传输材料、发光材料、主体材料(host material)、电子注入材料、电子传输材料等应用,优选用于通过湿式成膜法形成的层。
聚合物的重均分子量通常为3,000,000以下,优选为1,000,000以下,更优选为500,000以下,且通常为1,000以上,优选为2,500以上,更优选为5,000以上。
另外,数均分子量通常为2,500,000以下,优选为750,000以下,更优选为400,000以下,且通常为500以上,优选为1,500以上,更优选为3,000以上。
通常,上述重均分子量通过SEC(size exclusion chromatography,尺寸排阻色谱法)测定来确定。在SEC测定中,高分子量成分洗脱时间短,低分子量成分洗脱时间长,使用由分子量已知的聚苯乙烯(标准试样)的洗脱时间算出的校正曲线,将样品的洗脱时间换算为分子量,从而算出重均分子量和数均分子量。
聚合物的分子量超过上述上限值时,由于杂质的高分子量化,高分子化合物的提纯有可能变得困难。另外,聚合物的分子量低于上述下限值时,成膜性有可能降低,由于玻璃化转变温度、熔点和气化温度降低,因此耐热性有可能显著受损。
(热离解可溶性基团)
热离解可溶性基团是对溶剂显示可溶性的基团,表示在70℃以上从键合的基团(例如烃环)热离解的基团。另外,通过热离解可溶性基团的离解,聚合物在溶剂中的溶解度降低。
然而,离解之后与其它原子键合的反应、例如通过水解而离解的基团等排除在外。通过水解分解的基团在离解后在分子内具有活性质子。该活性质子在元件中存在时,有可能影响元件特性。
本发明的聚合物在20~25℃下在甲苯中通常溶解0.1重量%以上,化合物在甲苯中的溶解性优选为0.5重量%以上,更优选为1重量%以上。
这种热离解可溶性基团键合于烃环,该烃环与不具有极性基团的芳香族烃环稠合是优选的,更优选是通过逆第尔斯-阿尔德反应热离解的基团。
另外,热离解的温度优选为100℃以上,更优选为120℃以上,且优选为300℃以下,进一步优选为240℃以下。
在上述范围内时,聚合物的合成容易,另外,成膜时化合物不容易发生分解等。
另外,具有抑制分子间的堆叠(stacking)的立体结构的基团由于可溶性优异而是特别优选的。以下示出了热离解可溶性基团从化合物脱离的反应的一个例子。
[化学式7]
其中,在上述反应式的情况下,热离解可溶性基团是以下所示结构的被圆框包围的部分。
[化学式8]
作为这种热离解可溶性基团的脱离的例子,例如,可列举出脱亚硫酰基乙酰胺(参照JAC S,V 124,No.30,2002,8813)、脱烯烃、脱醇、脱烷基(参照H.Kwart and K.King,Department of Chemistry,University of Delaware,Nework,Delaware 19771,p415-447(1967),O.Diels and K.Alder,Ber.,62,554(1929)以及M.C.Kloetzel,Org.Reactions,4,6(1948))、脱1,3-间二氧杂环戊烯(参照N.D.Field,J.Am.Chem.S oc.,83,3504(1961))、脱二烯(参照R.Huisgen,M.Seidel,G.Wallbillich,and H.Knupfer,Tetrahedron,17,3(1962))、脱异噁唑(参照R.Huisgen and M.Christi,Angew.Chem.Intern.Ed.Engl.,5,456(1967))、脱三唑(参照R.Kreher and J.Seubert,Z.Naturforach.,20B,75(1965))等。
在本发明中,尤其,从热离解可溶性基团更稳定、合成容易的观点来看,优选的是,键合热离解可溶性基团的烃环是含有亚乙烯基或亚乙基的环。
这种热离解可溶性基团在加热处理之前由于其体积大的分子结构,因而防止分子间的堆叠,能够使该聚合物对于有机涂布溶剂具有良好的溶解性。另外,通过加热处理,热离解可溶性基团从该聚合物中脱离,因此可以显著抑制加热后的化合物在溶剂中的溶解性,能够赋予含有该化合物的有机层以耐有机溶剂涂布性。因此,在使用本发明的聚合物形成的有机层上,可以容易地进一步通过湿式成膜法层叠和形成有机薄膜。
另外,不需要象以往的多层涂布时使用的聚合物那样在分子内具有用于提高在涂布溶剂中的溶解性的长链烷基、用于赋予在其他有机溶剂中的耐性的交联基团等,可以没有这些基团。因此,与用作以往的有机电致发光元件材料的聚合物不同,成膜后(加热后),可以在有机层内不残留热交联性基团、长链烷基,不会发生有机电致发光元件的发光效率、寿命的降低等,元件稳定性是良好的。
[热离解可溶性基团的比例]
可以在该聚合物的重复单元以外的部分中含有热离解可溶性基团。聚合物的一条聚合物链中含有的热离解可溶性基团优选为平均5个以上,更优选为平均10个以上,更优选为平均50个以上。在低于该下限值时,加热前的该聚合物在涂布溶剂中的溶解性有可能低,此外,加热后的化合物在有机溶剂中的溶解性降低的效果也可能变低。
[重复单元的排列和比例等]
聚合物只要在其结构中具有热离解可溶性基团即可,对其重复单元等的结构没有特别限制,优选的是,在重复单元内具有芳香族环,上述热离解可溶性基团键合于与该芳香族环稠合的烃环上。
另外,从成膜性优异的观点来看,包含下述重复单元的聚合物是特别优选的,所述重复单元具有热离解可溶性基团键合于含有亚乙烯基或亚乙基的烃环上的部分结构。
另外,含有亚乙烯基或亚乙基的烃环优选是6员环。
作为这种聚合物中的重复单元的排列,尤其优选具有下述式(X)所示的重复单元。
[化学式9]
(式中,Ar11和Ar12各自独立地表示直接键合、可以具有取代基的芳香族烃环基或可以具有取代基的芳香族杂环基,Ar13~Ar15各自独立地表示可以具有取代基的芳香族烃环基或可以具有取代基的芳香族杂环基。其中,Ar11和Ar12不同时是直接键合。另外,Ar11、Ar12和Ar14表示二价基团,Ar13和Ar15表示一价基团。
m表示0~3的整数。
从提高聚合物在有机溶剂中的溶解性和成膜性的观点来看,m优选是0。另一方面,从聚合物的空穴传输能力提高的观点来看,m优选是1~3。)
作为可以具有取代基的芳香族杂环基,可列举出例如呋喃环、苯并呋喃环、噻吩环、苯并噻吩环、吡咯环、吡唑环、咪唑环、噁二唑环、吲哚环、咔唑环、吡咯并咪唑环、吡咯并吡唑环、吡咯并吡咯环、噻吩并吡咯环、噻吩并噻吩环、呋喃并吡咯环(furopyrrole ring)、呋喃并呋喃环、噻吩并呋喃环、苯并异噁唑环、苯并异噻唑环、苯并咪唑环、吡啶环、吡嗪环、哒嗪环、嘧啶环、三嗪环、喹啉环、异喹啉环、shinorine环、喹喔啉环、啶环、喹唑啉环等的、5或6员环的单环或2~4个稠环来源的一价或二价基团。
从所得化合物的电化学稳定性的观点来看,Ar11~Ar15各自独立地优选是选自由苯环、萘环、蒽环、菲环、芘环、芴环组成的组中的环来源的一价或二价基团。另外,作为Ar11~Ar15,通过直接键合连接选自前述组中的一种或两种以上的环的一价或二价基团是优选的,亚联苯基环、亚三联苯基是更优选的。
另外,作为Ar11~Ar15的取代基的具体例子,可列举出以下基团:可以具有取代基的直链或支链的烷基(优选是碳原子数1以上且8以下的直链或支链烷基,例如可列举出甲基、乙基、正丙基、2-丙基、正丁基、异丁基、叔丁基等);可以具有取代基的链烯基(优选为碳原子数2以上且9以下的链烯基,例如可列举出乙烯基、烯丙基、1-丁烯基等);可以具有取代基的炔基(优选为碳原子数2以上且9以下的炔基,例如可列举出乙炔基、炔丙基等);可以具有取代基的芳烷基(优选为碳原子数7以上且15以下的芳烷基,例如可列举出苄基等);可以具有取代基的烷氧基(优选为可以具有取代基的碳原子数1以上且8以下的烷氧基,例如可列举出甲氧基、乙氧基、丁氧基等);可以具有取代基的芳氧基(优选为具有碳原子数6以上且12以下的芳香族烃环基的基团,例如苯氧基、1-萘氧基、2-萘氧基等);可以具有取代基的杂芳氧基(优选为具有5或6员环的芳香族杂环基的基团,例如可列举出吡啶氧基、噻吩氧基等);可以具有取代基的酰基(优选为可以具有取代基的碳原子数2以上且10以下的酰基,例如甲酰基、乙酰基、苯甲酰基等);可以具有取代基的烷氧基羰基(优选为可以具有取代基的碳原子数2以上且10以下的烷氧基羰基,例如可列举出甲氧基羰基、乙氧基羰基等);可以具有取代基的芳氧基羰基(优选为可以具有取代基的碳原子数7以上且13以下的芳氧基羰基,例如可列举出苯氧基羰基等);可以具有取代基的烷基羰氧基(优选为可以具有取代基的碳原子数2以上且10以下的烷基羰氧基,例如可列举出乙酰氧基等);卤素原子(特别是氟原子或氯原子);羧基;氰基;羟基;巯基;可以具有取代基的烷硫基(优选为碳原子数1以上且8以下的烷硫基,例如可列举出甲硫基、乙硫基等);可以具有取代基的芳硫基(优选为碳原子数6以上且12以下的芳硫基,例如可列举出苯硫基、1-萘硫基等);可以具有取代基的磺酰基(例如可列举出甲磺酰基、甲苯磺酰基等);可以具有取代基的甲硅烷基(例如可列举出三甲基甲硅烷基、三苯基甲硅烷基等);可以具有取代基的硼烷基(例如可列举出二基硼基(dimesitylboryl)等);可以具有取代基的膦基(例如可列举出二苯基膦基等);可以具有取代基的芳香族烃环基(例如可列举出苯环、萘环、蒽环、菲环、苝环、并四苯环、芘环、苯并芘环、屈环、三亚苯环、荧蒽环等的、5或6员环的单环或2~5个稠环来源的一价基团);可以具有取代基的芳香族杂环基(例如可列举出呋喃环、苯并呋喃环、噻吩环、苯并噻吩环、吡咯环、吡唑环、咪唑环、噁二唑环、吲哚环、咔唑环、吡咯并咪唑环、吡咯并吡唑环、吡咯并吡咯环、噻吩并吡咯环、噻吩并噻吩环、呋喃并吡咯环、呋喃并呋喃环、噻吩并呋喃环、苯并异噁唑环、苯并异噻唑环、苯并咪唑环、吡啶环、吡嗪环、哒嗪环、嘧啶环、三嗪环、喹啉环、异喹啉环、shinorine环、喹喔啉环、苯并咪唑环、啶环、喹唑啉环等的、5或6员环的单环或2~4个稠环来源的一价基团);可以具有取代基的氨基(优选为含有一个以上可以具有取代基的碳原子数1以上且8以下的烷基的烷基氨基,例如可列举出甲基氨基、二甲基氨基、二乙基氨基、二苄基氨基等);包含可以具有取代基的碳原子数6以上且12以下的芳香族烃环基的芳氨基(例如可列举出苯基氨基、二苯基氨基、联甲苯基氨基等)等。另外,上述取代基进一步具有取代基时,作为该取代基,可列举出上述例示取代基。
对这些取代基的个数没有限制,可以为由一种或两种以上的任意组合来取代1个或2个以上等。
另外,在聚合物内,除了上述化学式(X)所示的重复单元以外,还可以在分子内含有除了具有键合了热离解可溶性基团的部分结构的重复单元以及化学式(X)所示的重复单元以外的其他重复单元。另外,各自独立地在聚合物链中含有具有键合了不同的两种以上的热离解可溶性基团的部分结构的重复单元或者两种以上的化学式(X)所示的重复单元。
从空穴传输能力优异、还原耐久性优异的观点来看,聚合物链中含有的、化学式(X)所示的重复单元相对于具有键合了热离解可溶性基团的部分结构的重复单元的比例优选为0.1倍以上,且优选为5倍以下。
本发明的聚合物优选在重复单元中含有下述化学式(U3)或(U4)所示的结构。在该情况下,聚合物链中的含有式(U3)或(U4)的重复单元的含量优选为10摩尔%以上,更优选为30摩尔%以上。
[化学式10]
(式(U3)中,环A1表示芳香族环。前述芳香族环可以具有1个或2个以上的取代基。另外,前述取代基之间可以直接或通过二价连接基形成环。
S21、S22、R21~R26各自独立地表示氢原子、羟基、可以具有取代基的烷基、可以具有取代基的芳香族烃环基、可以具有取代基的芳香族杂环基、可以具有取代基的芳烷基、可以具有取代基的烷氧基、可以具有取代基的芳氧基、可以具有取代基的酰基、可以具有取代基的链烯基、可以具有取代基的炔基、可以具有取代基的酰氧基、可以具有取代基的芳氨基、可以具有取代基的杂芳基氨基或可以具有取代基的酰氨基。
X1和X2各自独立地表示可以具有取代基的碳原子数6以上且50以下的二价芳香族烃环基或可以具有取代基的碳原子数3以上且50以下的二价芳香族杂环基。
式(U4)中,环B1表示芳香族环。前述芳香族环可以具有1个或2个以上的取代基。另外,前述取代基之间可以直接或通过二价连接基形成环。
S31~S34、R31~R36各自独立地与作为上述S21、S22和R21~R26表示的基团含义相同。X3和X4各自独立地与作为上述X1和X2表示的基团含义相同。
n1~n4各自独立地表示0~5的整数。)
化学式(U3)和(U4)中的环A1、环B1分别表示键合了热离解可溶性基团的芳香族环,可以是芳香族烃环,也可以是芳香族杂环,芳香族烃环由于电化学稳定性优异,电荷不容易局部化,因而是优选的。另外,该芳香族环可以具有1个或2个以上的取代基。另外,该取代基之间可以直接或通过二价连接基形成环。
环A1和B1为芳香族烃环的情况下,该芳香族烃环的核碳原子数通常为6以上,且通常为50以下、优选为30以下、更优选为20以下。另外,环A1和B1为芳香族杂环的情况下,该芳香族杂环的核碳原子数通常为3以上、优选为4以上、更优选为5以上,且通常为50以下、优选为30以下、更优选为20以下。
在上述当中,环A1和环B1各自独立地优选选自由苯环、萘环、蒽环和并四苯环组成的组。
另外,作为芳香族杂环,可列举出呋喃环、苯并呋喃环、噻吩环、苯并噻吩环、吡咯环、吡唑环、咪唑环、噁二唑环、吲哚环、咔唑环、吡咯并咪唑环、吡咯并吡唑环、吡咯并吡咯环、噻吩并吡咯环、噻吩并噻吩环、呋喃并吡咯环、呋喃并呋喃环、噻吩并呋喃环、苯并异噁唑环、苯并异噻唑环、苯并咪唑环、吡啶环、吡嗪环、哒嗪环、嘧啶环、喹啉环、异喹啉环、喹喔啉环、啶环、喹唑啉环、喹唑啉酮环等。
另外,上述化学式(U3)和(U4)中的环A1和环B1还可以形成由1个以上且10个以下的、相同或不同的两种以上环结构单元直接或者经由下述连接基连接而成的结构,所述连接基是选自氧原子、氮原子、硫原子、核碳原子数1以上且20以下的可以含有杂原子的链状基团、以及碳原子数1以上且20以下的脂肪族基团中的一种以上的二价连接基。另外,作为连接的环结构单元,可以为与上述芳香族烃环、芳香族杂环相同、或者不同的芳香族烃环、芳香族杂环。另外,这些芳香族烃环和芳香族杂环可以具有取代基。
作为环A1或环B1的取代基,可列举出甲基、乙基、正丙基、2-丙基、正丁基、异丁基、叔丁基等碳原子数1以上且10以下的直链或支链的烷基;乙烯基、烯丙基、1-丁烯基等碳原子数1以上且8以下的链烯基;乙炔基、炔丙基等碳原子数1以上且8以下的炔基;苄基等碳原子数2以上且8以下的芳烷基;苯基氨基、二苯基氨基、联甲苯基氨基等芳基氨基;吡啶氨基、噻吩氨基、二噻吩基氨基等杂芳基氨基;乙酰氨基、苯甲酰氨基等酰氨基;甲氧基、乙氧基、丁氧基等碳原子数1以上且8以下的烷氧基;丙烯酰氧基、甲基羰氧基、乙基羰氧基、羟基羰基甲基羰氧基、羟基羰基乙基羰氧基、羟基苯基羰氧基等碳原子数1以上且15以下的酰氧基;苯氧基、1-萘氧基、2-萘氧基等碳原子数10以上且20以下的芳氧基等。这些取代基彼此可以直接或经由-O-、-S-、>CO、>SO2、-(CxH2x)-、-O-(CyH2y)-、取代或未取代的碳原子数2以上且20以下的烷叉基、可以具有取代基的碳原子数2以上且20以下的亚烷基等二价连接基键合,形成环状结构。上述x和y各自表示1以上且20以下的整数。
这些取代基可以由仅仅一种或者两种以上的任意组合而在环A1或环B1上取代1个或2个以上。
上述化学式(U3)和化学式(U4)中的S21、S22、R21~R26、S31~S34、R31~R36各自独立地表示氢原子;羟基;甲基、乙基、正丙基、2-丙基、正丁基、异丁基、叔丁基等可以具有取代基的碳原子数通常1以上,且通常50以下、优选10以下的直链或支链的烷基;可以具有取代基的核碳原子数为通常5以上且50以下的芳香族烃环基;可以具有取代基的核碳原子数为5以上且40以下的芳香族杂环基;苄基等可以具有取代基的核碳原子数为通常6以上、优选7以上,且通常50以下、优选8以下的芳烷基;甲氧基、乙氧基、丁氧基等可以具有取代基的碳原子数为通常1以上,且通常50以下、优选8以下的烷氧基;苯氧基、1-萘氧基、2-萘氧基等可以具有取代基的核碳原子数为通常5以上、优选6以上,且通常50以下、优选15以下的芳氧基;可以具有取代基的核碳原子数为通常2以上且50以下的酰基;乙烯基、烯丙基、1-丁烯基等可以具有取代基的碳原子数为通常1以上且8以下的链烯基;乙炔基、炔丙基等可以具有取代基的碳原子数通常1以上且8以下的炔基;丙烯酰氧基、甲基羰氧基、乙基羰氧基、羟基羰基甲基羰氧基、羟基羰基乙基羰氧基、羟基苯基羰氧基等可以具有取代基的核碳原子数为通常2以上,且通常50以下、优选15以下的酰氧基;苯基氨基、二苯基氨基、联甲苯基氨基等可以具有取代基的核碳原子数为通常6以上且50以下的芳氨基;吡啶氨基、噻吩氨基、二噻吩氨基等可以具有取代基的核碳原子数通常为5以上且50以下的杂芳基氨基;或者乙酰氨基、苯甲酰氨基等可以具有取代基的碳原子数通常2以上且50以下的酰氨基。
另外,X1、X2、X3和X4各自独立地表示可以具有取代基的碳原子数6以上且50以下的核取代的二价芳香族烃环基、或者可以具有取代基的碳原子数3以上且50以下的核取代的二价芳香族杂环基。
X1、X2、X3和X4中的芳香族烃环基或芳香族杂环基的具体例子与前述环A1和环B1的例子相同。
n1~n4各自独立地表示0~5的整数。
作为具有上述重复单元的聚合物是在重复单元中包含下述化学式(U7)或(U8)所示的结构的化合物的情况下,电化学耐久性进一步提高,因此是优选的。
[化学式11]
其中,化学式(U7)和(U8)中,v表示0~4的整数。v表示苯环的数目,v为0时,键合热离解可溶性基团的芳香族烃环是苯环,v为1时是萘环,v为2时是蒽环、菲环等。
另外,化学式(U7)和(U8)中的S21’、S22’、R21’~R26’、S31’~S34’和R31’~R36’各自独立地与上述化学式(U3)和(U4)中作为S21、S22、S31~S34、R21~R26、R31~R36例示的基团含义相同。另外,多个T各自是独立的。关于T,与上述化学式(U3)和(U4)中的环A1和环B2的取代基相同。另外,多个T各自是独立的,可以相同也可以不同。另外,多个T可以直接或者经由-O-、-S-、>CO、>SO2、-(CxH2x)-、-O-(CyH2y)-、可以具有取代基的碳原子数2以上且20以下的烷叉基、可以具有取代基的碳原子数2以上且20以下的亚烷基等二价连接基键合,可以形成环状结构。上述x和y各自表示0以上且20以下的整数。
另外,X5~X8各自独立地表示二价连接基,例如可以与在上述化学式(U3)和(U4)中作为X1~X4例示的基团含义相同,n5~n8各自独立地表示0~5的整数。
[聚合物的合成方法和化合物的具体例子]
对前述聚合物的合成方法没有特别限制,可根据聚合物的结构等适当选择。以下示出了它的例子,但不限于这些。
例如,如下述式所示,通过形成Ar-Ar键的反应仅仅使化学式(IIIa)所示的一种或两种以上的卤化物进行逐步聚合,可以获得用于本发明的有机电致发光元件材料的聚合物。反应通常在铜、钯、镍配合物等过渡金属催化剂的存在下进行。
[化学式12]
(式中,X表示卤素原子或CF3SO2O-基团等磺酸酯基,Arp表示具有热离解可溶性基团的可以具有取代基的二价芳香族烃环或芳香族杂环。n表示1以上的整数。)
另外,用于本发明的有机电致发光元件材料的聚合物,例如如下述式所示,还可通过形成N-Ar键的反应(例如Buchwald-Hartwing偶联、Ullmann偶联等)使化学式(IIIa)所示的卤化物与化学式(IIIb)所示的仲胺化合物进行逐步聚合来获得。形成N-Ar键的反应通常在碳酸钾、叔丁醇钠、三乙胺等碱的存在下进行,根据需要,还可以在铜、钯配合物等过渡金属催化剂的存在下进行。
[化学式13]
(式中,X表示卤素原子或CF3SO2O-基等磺酸酯基,Ard、Are各自独立地表示可以具有取代基的芳香族烃环基或可以具有取代基的芳香族杂环基。另外,Ara、Arb各自独立地表示可以具有取代基的二价芳香族烃环基或可以具有取代基的二价芳香族杂环基。Ara、Arb、Ard、Are中的至少一个是含有键合了热离解可溶性基团的二价芳香族烃环基或芳香族杂环基的基团。n表示1以上的整数。)
作为Ara、Arb的可以具有取代基的二价芳香族烃环基或可以具有取代基的二价芳香族杂环基,例如可列举出下述化学式(II)中作为Ara1、Ara2说明的可以具有取代基的芳香族烃环基或可以具有取代基的芳香族杂环基的二价基团,关于取代基,可列举出作为前述化学式(II)中的Ara1、Ara2的取代基说明的基团。
另外,用于本发明的有机电致发光元件材料的聚合物,例如还可通过形成Ar-Ar键的反应(例如Suzuki偶联等)使化学式(IIIa)所示的卤化物与化学式(IIIc)所示的硼化合物进行逐步聚合来获得。形成Ar-Ar键的反应通常在碳酸钾、叔丁醇钠、三乙胺等碱的存在下进行,根据需要,还可以在铜、钯配合物等过渡金属催化剂的存在下进行。
[化学式14]
(式中,X表示卤素原子、CF3SO2O-基团等磺酸酯基,R’表示羟基或可以相互键合而形成环的烷氧基。另外,Ara、Arc各自独立地表示可以具有取代基的二价芳香族烃环基或可以具有取代基的二价芳香族杂环基。Ara和Arc中的至少一个是键合了热离解可溶性基团的可以具有取代基的二价芳香族烃环基或芳香族杂环基。n表示1以上的整数。)
以下单元组A中示出了式(U3)、(U4)、(U7)和(U8)的具体例子,但不限于这些。
<单元组A>
[化学式15]
关于各化学式(B1)~(B10)中的各基团的组合,示于下述表1或2中。
[表1]
[表2]
本发明的聚合物中,关于可以与选自前述单元组A中的结构一起含有的结构,示于以下结构组B和结构式组E中。另外,关于结构式组E,结构式组E来源的二价基团在聚合物中含有。
<结构组B>
[化学式16]
<结构式组E>
[化学式17]
<结构式组E>
[化学式18]
另外,除了上述聚合方法以外,本发明的聚合物可以通过例如日本特开2001-223084号公报中记载的聚合方法、日本特开2003-213002号公报中记载的聚合方法、日本特开2004-2740号公报中记载的聚合方法以及具有不饱和双键的化合物的自由基聚合、利用形成酯键、酰胺键的反应的逐步聚合等公知的方法来合成。
合成上述聚合物之后,作为提纯的方法,例如可以利用以《分离提纯技术手册》(1993年,(财)日本化学会编)、《利用化学转换法的微量成分和难提纯物质的高度分离》(1988年,Industrial Publishing & Consulting,Inc.发行)或者《实验化学讲座(第四版)1》(1990年,(财)日本化学会编)的“分离与提纯”项中记载的方法为首的公知技术。作为具体例子,可列举出提取(包括悬浮洗涤、煮沸洗涤、超声波洗涤、酸碱洗涤)、吸附、吸藏、融解、析晶(包括从溶剂中重结晶、再沉淀)、蒸馏(常压蒸馏、减压蒸馏)、蒸发、升华(常压升华、减压升华)、离子交换、透析、过滤、超滤、反渗透、加压渗透、区域溶解、电泳、离心分离、浮上分离、沉降分离、磁分离、各种色谱法(形状分类:柱、纸、薄层、毛细管,流动相分类:气体、液体、胶束、超临界流体。分离机制(separation mechanism):吸附、分配、离子交换、分子筛、螯合、凝胶过滤、排除、亲和性)等。
作为产物的确认、纯度的分析方法,例如,根据需要可以应用气相色谱法(GC)、高效液相色谱法(HPLC)、高速氨基酸分析计(有机化合物)、毛细管电泳测定(CE)、尺寸排阻色谱法(SEC)、凝胶渗透色谱法(GPC)、交叉分级色谱法(Cross-Fractionation Chromatography,CFC)、质谱分析(MS、LC/MS、GC/MS、MS/MS)、核磁共振装置(NMR(1H NMR,13C NMR))、傅里叶变换红外分光光度计(FT-IR)、紫外线可见光近红外分光光度计(UV、VIS、NIR)、电子自旋共振装置(ESR)、透射型电子显微镜(TEM-EDX)、电子探针显微分析仪(EPMA)、金属元素分析(离子色谱、感应耦合等离子体-发射光谱(ICP-AES)、原子吸光分析(AAS)、荧光X射线分析装置(XRF))、非金属元素分析、微量成分分析(ICP-MS、GF-AAS、GD-MS)等。
[聚合物的理由]
在具有热离解可溶性基团的化合物的情况下,聚合物容易调整一分子内含有的热离解可溶性基团。因此,容易提供离解前后针对溶剂而言的在有机溶剂中的溶解性之差。
另外,由于低分子化合物难以结晶化,成膜性优异。因此,在形成元件时,由于没有引起电流的集中,难以发生短路等,因此获得了驱动寿命长的元件。
另外,本发明的聚合物特别优选是含有选自下述重复单元组X中的至少一个重复单元的聚合物。
[重复单元组X]
[化学式19]
聚合物中,上述重复单元可以含有仅仅一种,另外可以以任意比率和组合含有两种以上。另外,可以含有除了上述重复单元以外的重复单元。
在本发明中,聚合物链中的选自上述重复单元组X中的重复单元的含量优选为20摩尔%以上,更优选为40摩尔%以上。另外,作为除了上述重复单元以外的重复单元,可列举出上述“A.聚合物”项中所说明的重复单元等。
[用途]
作为上述聚合物的用途,不仅有有机电致发光元件材料,而且可列举出例如滤色器用着色光刻胶、隔壁(rib)、外涂层(overcoat)、光刻间隔物(photospacer)等滤色器用透明光刻胶、有机绝缘膜、有机TFT材料、有机太阳能电池等有机电子材料、电子照相感光体材料、以及含有它们的所有有机器件,通过使用本发明的聚合物,可以使这些器件的电稳定性、绝缘性等变得优异。
另外,上述聚合物例如还可以作为光刻胶材料等使用。另外,在应用于光刻胶材料的情况下,为了赋予对于碱显影液的溶解性或光感光性,优选在热离解可溶性基团中引入具有羧酸的取代基、或者丙烯酸酯基、乙烯基醚基等负型感光性基团或碳酸酯基、重氮萘醌基、缩醛基、邻硝基苯基等正型感光性基团。
[电子器件用组合物]
本发明的电子器件用组合物含有本发明的聚合物和溶剂,优选用于电子器件。在电子器件当中,特别优选用于有机电致发光元件或有机太阳能电池元件。
即,本发明的电子器件用组合物优选是有机电致发光元件用组合物(以下称为有机电致发光元件用组合物A)或有机太阳能电池元件用组合物(以下称为有机太阳能电池元件用组合物A)。
本发明的有机电致发光元件用组合物A优选作为通过湿式成膜法对具有配置在阳极与阴极之间的有机层的有机电致发光元件的有机层进行成膜时的涂布液使用。
另外,本发明的有机电致发光元件用组合物A可以含有仅仅一种本发明的聚合物,也可以以任意比率和组合含有两种以上的本发明的聚合物。
本发明的有机电致发光元件用组合物A特别优选用于形成该有机电致发光元件中的空穴注入层或空穴传输层。
另外,在此处,在有机电致发光元件中的阳极-发光层之间的层为1个的情况下,这称为“空穴传输层”,在为2个以上的情况下,与阳极接触的层称为“空穴注入层”,除此以外的层统称为“空穴传输层”。另外,有时将设置于阳极-发光层之间的层统称为“空穴注入-传输层”。
有机电致发光元件用组合物A中含有的溶剂优选是溶解本发明的聚合物的溶剂,通常是溶解0.1重量%以上,优选溶解0.5重量%以上,进一步优选溶解1重量%以上本发明的聚合物的溶剂。
另外,本发明的有机电致发光元件用组合物A含有通常0.01重量%以上、优选0.05重量%以上、更优选0.1重量%以上,且通常50重量%以下、优选20重量%以下、更优选10重量%以下的本发明的聚合物。
对本发明的有机电致发光元件用组合物A中含有的溶剂的种类没有特别限制。作为溶解本发明的聚合物的溶剂,优选可列举出甲苯、二甲苯、均三甲苯、环己基苯等芳香族化合物;1,2-二氯乙烷、氯苯、邻二氯苯等含卤素的溶剂;乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、丙二醇-1-单甲醚乙酸酯(PGMEA)等脂肪族醚,1,2-二甲氧基苯、1,3-二甲氧基苯、茴香醚、苯乙醚、2-甲氧基甲苯、3-甲氧基甲苯、4-甲氧基甲苯、2,3-二甲基茴香醚、2,4-二甲基茴香醚等芳香族醚等醚系溶剂;醋酸乙酯、醋酸正丁酯、乳酸乙酯、乳酸正丁酯等脂肪族酯;醋酸苯酯、丙酸苯酯、苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯、苯甲酸异丙酯、苯甲酸丙酯、苯甲酸正丁酯等酯系溶剂等有机溶剂。这些溶剂可以单独使用一种,也可以以任意比率和组合并用两种以上。
本发明的有机电致发光元件用组合物A中含有的溶剂的浓度通常为40重量%以上,优选为60重量%以上,更优选为80重量%以上。
另外,普遍已知的是,水分有可能降低有机电致发光元件的性能,尤其是促进连续驱动时的亮度降低。因此,优选尽可能减低有机层中残留的水分,在这些溶剂当中,25℃下的水的溶解度为1重量%以下的溶剂是优选的,该溶解度为0.1重量%以下的溶剂是更优选的,通常,在有机电致发光元件用组合物A中优选含有10重量%以上的这些溶剂,更优选含有30重量%以上,进一步优选含有50重量%以上。
另外,一般,由于有机电致发光元件大多使用有可能会由于阴极等的水分显著劣化的材料,因此,从元件的劣化的观点考虑,也不希望在有机电致发光元件用组合物A中存在水分。作为减低有机电致发光元件用组合物A中的水分量的方法,例如可列举出氮气密封、干燥剂的使用、将溶剂预先脱水、使用水的溶解度低的溶剂等。尤其,在使用水的溶解度低的溶剂的情况下,在涂布工序中,可以防止溶液涂膜吸收大气中的水分而白化的现象,因此是优选的。
另外,作为本发明的有机电致发光元件用组合物A中含有的溶剂,可列举出20℃下的表面张力优选低于40dyn/cm,更优选36dyn/cm以下,进一步优选33dyn/cm以下的溶剂。
通过湿式成膜法形成含有本发明的聚合物的层时,与基底的亲和性是重要的。膜质的均一性由于大幅影响有机电致发光元件的发光的均一性、稳定性,因此对于用于湿式成膜法的涂布液,为了能形成流平性更高的均一的涂膜,要求表面张力低。通过使用这种溶剂,可以形成含有本发明的聚合物的均一的层。
作为这种具有低表面张力的溶剂的具体例子,可列举出前述甲苯、二甲苯、均三甲苯、环己基苯等芳香族系溶剂,苯甲酸乙酯等酯系溶剂,茴香醚等醚系溶剂,三氟甲氧基茴香醚、五氟甲氧基苯、3-(三氟甲基)茴香醚、五氟苯甲酸乙酯等。
作为本发明的有机电致发光元件用组合物A中含有的溶剂,另外可列举出25℃下的蒸气压通常10mmHg以下,优选5mmHg以下且通常0.1mmHg以上的溶剂。通过使用这种溶剂,可以形成适合于通过湿式成膜法制造有机电致发光元件的工艺的组合物,另外可以形成适合于本发明的聚合物的性质的组合物。作为这种溶剂的具体例子,可列举出前述甲苯、二甲苯、均三甲苯等芳香族系溶剂、醚系溶剂和酯系溶剂。这些溶剂在组合物中的浓度通常为10重量%以上,优选为30重量%以上,更优选为50重量%以上。
另外,作为本发明的有机电致发光元件用组合物A中含有的溶剂,还可列举出25℃下的蒸气压通常为2mmHg以上,优选为3mmHg以上,更优选为4mmHg以上且优选为10mmHg以下的溶剂与25℃下的蒸气压通常低于2mmHg,优选1mmHg以下,更优选0.5mmHg以下的溶剂的混合溶剂。通过使用这种混合溶剂,可以用湿式成膜法形成含有本发明的聚合物以及电子接受性化合物的均质的层。这种混合溶剂在有机电致发光元件用组合物A中的浓度通常为10重量%以上,优选为30重量%以上,更优选为50重量%以上。
另外,本发明的有机电致发光元件用组合物A根据需要还可以含有电子接受性化合物、可以含有用于降低使用有机电致发光元件用组合物A形成的有机层的溶解性、使得可以在该有机层上涂布其它层、促进交联反应的添加物等添加剂。另外,促进交联反应的添加物还可以添加到与含有本发明的聚合物的层邻接的层中。
在有机电致发光元件用组合物A中使用上述添加剂时,优选使用溶解通常0.1重量%以上,优选0.5重量%以上,进一步优选1重量%以上的本发明聚合物和上述添加剂二者的溶剂。
作为本发明的有机电致发光元件用组合物A中使用的、促进本发明的聚合物的交联反应的添加物,可列举出烷基苯酮(alkyl phenone)化合物、酰基氧化膦化合物、金属茂化合物、肟酯化合物、偶氮化合物、鎓盐等聚合引发剂或聚合促进剂、稠合多环烃、卟啉化合物、二芳基酮化合物等光敏剂等。它们可以单独使用一种,也可以将两种以上并用。
另外,作为本发明的有机电致发光元件用组合物A中含有的电子接受性化合物,可以使用一种或两种以上的下述有机电致发光元件的空穴注入层栏中说明的电子接受性化合物。
另外,还可以使用除了上述溶剂以外的溶剂,例如还可以使用N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺等酰胺类;二甲亚砜等。
此外,本发明的有机电致发光元件用组合物A还可以含有流平剂、消泡剂等涂布性改良剂等各种添加剂。另外,例如,有机电致发光元件用组合物A在形成发光层时使用等情况下,还可以含有下述有机电致发光元件栏中说明的发光材料等。
此外,有机太阳能电池元件用组合物A至少含有本发明的聚合物与溶剂。
作为溶剂,可以使用与有机电致发光元件用组合物相同的溶剂。
此外,只要不损害本发明的效果,可以含有其它成分。
(使用有机电致发光元件用组合物A的有机层的成膜)
有机电致发光元件通常层叠多个由聚合物构成的有机层来形成,因此膜质均一是非常重要的。
使用本发明的有机电致发光元件用组合物A形成有机层时,通常通过湿式成膜法进行成膜。
此外,本发明中,湿式成膜法是指例如用旋转涂布法、浸涂法、口模式涂布法、棒涂法、刮刀涂布法、辊涂法、喷涂法、毛细管涂布法、喷墨法、丝网印刷法、照相凹版印刷法、柔性版印刷法等湿式成膜的方法。在这些成膜方法中,旋转涂布法、喷涂法、喷墨法是优选的。这是因为这些方法适合于上述有机电致发光元件用组合物的液性。
本发明中,在使用上述有机电致发光元件用组合物形成的有机层上,进一步通过湿式成膜法等形成其它有机层时,为了使使用有机电致发光元件用组合物形成的层在其它溶剂中不溶化,成膜后通常进行加热处理。
对加热的方法没有特别限制,例如,可列举出加热干燥、减压干燥等。作为加热干燥时的条件,在通常100℃以上、优选120℃以上、更优选150℃以上,且通常400℃以下、优选350℃以下、更优选300℃以下,将使用有机电致发光元件用组合物形成的层加热。作为加热时间,通常为1分钟以上,优选为24小时以下。对加热手段没有特别限制,使用将具有所形成的层的层叠体放置在电热板上、在烘箱内加热等手段。例如,可以使用在电热板上在120℃以上加热1分钟以上等的条件。
另外,与加热一起,可以进行光等电磁能量照射。电磁能量的照射例如可列举出直接使用超高压汞灯、高压汞灯、卤素灯、红外灯等紫外·可见·红外光源照射的方法、或者使用内置前述光源的掩模对准器(mask aligner)、传输带型光照射装置照射的方法等。在光以外的电磁能量照射中,可列举出使用例如通过磁控管(magnetron)产生的微波的装置、所谓的微波炉进行照射的方法。
作为照射时间,优选设定用于降低膜的溶解性所必需的条件,通常照射0.1秒以上,优选照射10小时以下。
加热和光等电磁能量照射可以各自单独进行或组合进行。在组合时,对实施的顺序没有特别限制。
为了减低实施后层中含有的水分和/或表面上吸附的水分的量,加热和包括光在内的电磁能量照射优选在氮气气氛等不含水分的气氛中进行。在同样的目的下,在加热和/或光等电磁能量照射组合进行的情况下,特别优选至少在氮气气氛等不含水分的气氛中进行有机发光层形成之前的工序。
此外,使用有机太阳能电池元件用组合物A的有机层的成膜也与以上相同。
B.发光层材料
本发明的发光层材料特征在于由具有热离解可溶性基团的低分子化合物构成。在发光层材料为低分子化合物(分子量单一的化合物)时,具有高纯度化容易且能够减小在形成有机层时的性能的偏离的优点。以下有时将本发明的发光层材料称为低分子化合物。
本发明的发光层材料为低分子化合物(分子量单一的化合物)时,该化合物的分子量通常为300以上、优选为500以上、更优选为1000以上,且通常为20000以下、优选为10000以下、更优选为5000以下。分子量高于该上限值时,有可能合成路径变得烦杂、高纯度化变得困难。另外,由于杂质的高分子量化,化合物的提纯有可能变得困难。另外,分子量低于该下限值时,有可能成膜性降低,且由于玻璃化转变温度、熔点和气化温度降低,有可能显著损害耐热性。
[热离解可溶性基团的比例]
另外,低分子化合物的分子量/热离解可溶性基团数的比率通常为200以上、优选为300以上、更优选为500以上,且通常为4000以下、优选为3500以下、更优选为3000以下。低于该下限值时,热离解可溶性基团热离解后的化合物的电耐久性降低,结晶性过大,有可能发生膜的裂纹(cracking)。另外,相反,明显高于上限值时,有可能的是,由热离解可溶性基团的热离解带来的抑制溶解性的效果容易变低,电耐久性降低,电荷传输性降低,耐热性降低。
[低分子化合物的结构]
作为本发明的具有热离解可溶性基团的低分子化合物,例如,可列举出下述化学式(U1)或(U2)所示的化合物。
[化学式20]
(式(U1)中,环A0表示芳香族环。该芳香族环可以具有1个或2个以上的取代基。另外,该取代基之间可以直接或经由二价连接基形成环。
S1、S2、R1、R6各自独立地表示氢原子、羟基、可以具有取代基的烷基、可以具有取代基的芳香族烃环基、可以具有取代基的芳香族杂环基、可以具有取代基的芳烷基、可以具有取代基的烷氧基、可以具有取代基的芳氧基、可以具有取代基的酰基、可以具有取代基的链烯基、可以具有取代基的炔基、可以具有取代基的酰氧基、可以具有取代基的芳氨基、可以具有取代基的杂芳基氨基或可以具有取代基的酰氨基。
R2~R5各自独立地表示氢原子或可以具有取代基的烷基。
其中,R2~R5不全部同时为氢原子。)
[化学式21]
(式(U2)中,环B0表示芳香族环。该芳香族环可以具有1个或2个以上的取代基。另外,该取代基之间可以直接或经由二价连接基形成环。
S11~S14、R11~R16各自独立地表示氢原子、羟基、可以具有取代基的烷基、可以具有取代基的芳香族烃环基、可以具有取代基的芳香族杂环基、可以具有取代基的芳烷基、可以具有取代基的烷氧基、可以具有取代基的芳氧基、可以具有取代基的酰基、可以具有取代基的链烯基、可以具有取代基的炔基、可以具有取代基的酰氧基、可以具有取代基的芳氨基、可以具有取代基的杂芳基氨基或可以具有取代基的酰氨基。)
在此处,化学式(U1)中,环A0表示芳香族环。另外,化学式(U2)中,环B0表示芳香族环。用环A0和环B0表示的该芳香族环各自可以具有1个或2个以上的取代基。芳香族环可以是芳香族烃环,也可以是芳香族杂环。
该芳香族烃环的核碳原子数通常为6以上,且通常为40以下、优选为30以下、更优选为20以下。
在上述当中,环A0和环B0各自独立地优选选自由苯环、萘环、蒽环和并四苯环组成的组。
另外,该芳香族杂环的核碳原子数通常为3以上,且通常为50以下、优选为30以下、更优选为20以下。
另外,作为芳香族杂环,可列举出呋喃环、苯并呋喃环、噻吩环、苯并噻吩环、吡咯环、吡唑环、咪唑环、噁二唑环、吲哚环、咔唑环、吡咯并咪唑环、吡咯并吡唑环、吡咯并吡咯环、噻吩并吡咯环、噻吩并噻吩环、呋喃并吡咯环、呋喃并呋喃环、噻吩并呋喃环、苯并异噁唑环、苯并异噻唑环、苯并咪唑环、吡啶环、吡嗪环、哒嗪环、嘧啶环、喹啉环、异喹啉环、喹喔啉环、啶环、喹唑啉环、喹唑啉酮环等。
另外,上述化学式(U1)和(U2)中的环A0和环B0还可以形成由1个以上且10个以下的、相同或不同的两种以上环结构单元直接或者经由下述连接基连接而成的结构,所述连接基是选自氧原子、氮原子、硫原子、核碳原子数1以上且20以下的可以含有杂原子的链状基团、以及碳原子数1以上且20以下的脂肪族基团中的一种以上的二价连接基。另外,作为所连接的环结构单元,可以设定为与上述芳香族烃环、芳香族杂环相同或不同的芳香族烃环、芳香族杂环。另外,这些芳香族烃环和芳香族杂环可以具有1个或2个以上的取代基。
作为环A0或环B0的取代基,可列举出甲基、乙基、正丙基、2-丙基、正丁基、异丁基、叔丁基等碳原子数1以上且10以下的直链或支链的烷基;乙烯基、烯丙基、1-丁烯基等碳原子数1以上且8以下的链烯基;乙炔基、炔丙基等碳原子数1以上且8以下的炔基;苄基等碳原子数2以上且8以下的芳烷基;苯基氨基、二苯基氨基、联甲苯基氨基等芳基氨基;吡啶氨基、噻吩氨基、二噻吩基氨基等杂芳基氨基;乙酰氨基、苯甲酰氨基等酰氨基;甲氧基、乙氧基、丁氧基等碳原子数1以上且8以下的烷氧基;丙烯酰氧基、甲基羰氧基、乙基羰氧基、羟基羰基甲基羰氧基、羟基羰基乙基羰氧基、羟基苯基羰氧基等碳原子数1以上且15以下的酰氧基;苯氧基、1-萘氧基、2-萘氧基等碳原子数10以上且20以下的芳氧基等。这些取代基彼此可以直接或经由-O-、-S-、>CO、>SO2、-(CxH2x)-、-O-(CyH2y)-、取代或未取代的碳原子数2以上且20以下的烷叉基、可以具有取代基的碳原子数2以上且20以下的亚烷基等二价连接基键合,形成环状结构。上述x和y各自表示1以上且20以下的整数。
这些取代基可以由仅仅一种或者两种以上的任意组合而在环A0或环B0上取代1个或2个以上。
上述化学式(U1)和化学式(U2)中的S1、S2、S11~S14、R1、R6以及R11~R16各自独立地表示氢原子;羟基;甲基、乙基、正丙基、2-丙基、正丁基、异丁基、叔丁基等可以具有取代基的碳原子数通常1以上,且通常50以下、优选10以下的直链或支链的烷基;可以具有取代基的核碳原子数为通常5以上且50以下的芳香族烃环基;可以具有取代基的核碳原子数为5以上且40以下的芳香族杂环基;苄基等可以具有取代基的核碳原子数为通常6以上、优选7以上,且通常50以下、优选8以下的芳烷基;甲氧基、乙氧基、丁氧基等可以具有取代基的碳原子数为通常1以上,且通常50以下、优选8以下的烷氧基;苯氧基、1-萘氧基、2-萘氧基等可以具有取代基的核碳原子数为通常5以上、优选6以上,且通常50以下、优选15以下的芳氧基;可以具有取代基的核碳原子数为通常2以上且50以下的酰基;乙烯基、烯丙基、1-丁烯基等可以具有取代基的碳原子数为通常1以上且8以下的链烯基;乙炔基、炔丙基等可以具有取代基的碳原子数通常1以上且8以下的炔基;丙烯酰氧基、甲基羰氧基、乙基羰氧基、羟基羰基甲基羰氧基、羟基羰基乙基羰氧基、羟基苯基羰氧基等可以具有取代基的核碳原子数为通常2以上,且通常50以下、优选15以下的酰氧基;苯基氨基、二苯基氨基、联甲苯基氨基等可以具有取代基的核碳原子数为通常6以上且50以下的芳氨基;吡啶氨基、噻吩氨基、二噻吩氨基等可以具有取代基的核碳原子数通常为5以上且50以下的杂芳基氨基;或者乙酰氨基、苯甲酰氨基等可以具有取代基的碳原子数通常2以上且50以下的酰氨基。
上述化学式(U1)中的R2~R5各自独立地表示氢原子或可以具有取代基的核碳原子数通常1以上、优选2以上,且通常20以下、优选10以下的烷基。其中,R2~R5不全部同时为氢原子。
在式(U1)中,R2~R5不全部同时为氢原子的理由如下所述。
与聚合物的情况相比,在低分子化合物的情况下,一个分子内具有的热离解可溶性基团的数目少。即,难以提供在离解前后在溶剂中的溶解性的差异。然而,通过在R2~R5的至少一个中引入烷基,与R2~R5同时为氢原子的情况相比,容易提供在离解前后的在溶剂中的溶解性的差异。
另外,在式(U2)中,R12~R15可以全部同时为氢原子,R12~R15也可以不全部同时为氢原子。在式(U2)中,R12~R15可以全部同时为氢原子的理由如下所述。
在式(U2)中,还有一个(双环的)交联部分是亚烷基(-CS11S13-CS12S14-),与(U 1)中的链烯基(-CS1=CS2-)相比,提高溶解性的效果更高,因此,R12~R15可以全部为氢原子。
另外,在式(U2)中,由于在两个阶段热离解,因此与式(U1)相比,还可列举出溶解性的启闭(on-off)容易。
上述化合物当中,下述化学式(U5)或下述化学式(U6)所示的化合物由于进一步提高了电化学耐久性,因此是更优选的。
[化学式22]
其中,化学式(U5)和(U6)中,u表示0~4的整数。u表示苯环的数目,在u为0的情况下,键合热离解可溶性基团的芳香族烃环是苯环,在u为1时是萘环,在u为2时是蒽环、菲环等。
另外,S1’、S2’和R1’~R6’分别与上述化学式(U1)中的S1、S2和R1~R6相同,另外,S11’~S14’和R11’~R16’分别与上述化学式(U2)中的S11~S14和R11~R16相同,T与上述化学式(U1)和(U2)中的环A0和环B0的取代基相同。另外,多个T各自是独立的,可以相同也可以不同。另外,多个T可以直接或经由-O-、-S-、>CO、>SO2、-(CxH2x)-、-O-(CyH2y)-、可以具有取代基的碳原子数2以上且20以下的烷叉基、可以具有取代基的碳原子数2以上且20以下的亚烷基等二价连接基键合,也可以形成环状结构。上述x和y各自表示0以上且20以下的整数。
另外,本发明的发光层材料优选是在前述A.聚合物项中所说明的、在重复单元中含有化学式(U3)或(U4)所示的结构的化合物。
此外,在重复单元中含有化学式(U3)或化学式(U4)所示的结构的化合物各自优选是在前述A.聚合物项中所述的在重复单元中含有化学式(U7)或化学式(U8)所示的结构的化合物。
另外,从捕集空穴、提高发光效率的观点来看,低分子化合物(分子量单一的化合物)优选在分子内含有下述式(II)所示的二价基团。
[化学式23]
上述化学式(II)中,Ara1和Ara2可以是相同的,另外可以是不同的。Ara1和Ara2各自独立地表示可以具有取代基的芳香族烃环基或可以具有取代基的芳香族杂环基。另外,Ara1和Ara2各自表示一价基团和二价基团。其中,Ara2存在于末端时,连接部位的一侧被氢取代。
Ara1和Ara2中的可以具有取代基的芳香族烃环基和可以具有取代基的芳香族杂环基的具体例子与前述A.聚合物项的式(X)中的Ar11~Ar15的基团含义相同。
另外,Ara1和Ara2中的芳香族烃环基、和芳香族杂环基可以具有的取代基的具体例子与前述A.聚合物项的式(X)中的Ar11~Ar15中的基团含义相同。
[发光层材料(低分子化合物)的具体例子]
以下示出了发光层材料(低分子化合物)的优选例子,但本发明不受这些例子的限制。
[化学式24]
关于化学式(A1)和(A2)中的Sa1、Sa2、Ra1~Ra6、Sa11~Sa14、Ra11~Ra16、Za1、Za2、Za11和Za12的组合,各自在下述表3~表8中示出。以下表中,Ph表示苯基。
[表3]
[表4]
[表5]
[表6]
[表7]
[表8]
在上述化合物中,亚乙基和亚乙烯基上的Sa2或Sa12上具有取代基时,Sa1或Sa11上具有烷基由于提高了热离解可溶性基团的热离解反应效率,因而是优选的。作为另外优选的化合物,可列举出以下所示的化合物。
[化学式25]
关于各化学式(A1)~(A10)中的各基团的组合,示于下述表9~11中。
[表9]
[表10]
[表11]
另外,在以下结构式组C中示出了在本发明的发光层材料的结构中可以具有的基团。
<结构式组C>
[化学式26]
[发光层材料(低分子化合物)的合成方法]
上述发光层材料(低分子化合物)的合成可以根据目标化合物的结构来选择原料,使用公知的方法来进行。例如可以通过以下的方法来合成,但不限于这些。
如以下式1或式2中例示的,通过将二烯化合物与乙炔或醌化合物加成,可以合成作为目标的、具有亚乙烯基结构的具有热离解可溶性基团的低分子化合物。
[化学式27]
在利用上述方法合成时,从加成反应时的副产物少、以高收率获得目标物的观点来看,优选的是,在含有水、甲醇、乙醇、丙醇等醇系的质子性溶剂(protic solvent),优选5重量%以上且50重量%以下乙醇的水溶液中,使二烯化合物(DDI)与醌化合物(EEI)反应。
[化学式28]
<DDI>
[化学式29]
<EEI>
另外,亚乙基型的具有热离解可溶性基团的化合物的二溴体通过下述式3和式4所示的反应来获得。通过2,3-二氯-5,6-二氰基-对苯醌(DDQ)将式1中获得的亚乙烯基型的具有热离解可溶性基团的化合物的二羟基体(Q2)醌化后,获得(Q4),引入对溴苯基,形成二羟基体(Q5)(式3)。进一步,通过让该二羟基体(Q5)与碘化氢水溶液反应,获得了羟基取代亚乙基型的具有热离解可溶性基团的化合物的二溴体(Q6)。
此外,通过使具有与羟基反应的各种官能团的化合物和该亚乙基上的羟基反应,可以引入具有各种功能的取代基,从而能够获得目标化合物(Q7)(式4)。
[化学式30]
另外,亚乙烯基型的具有热离解可溶性基团的化合物的二氨基体,如式5所示,可以通过在式1中获得的亚乙烯基型的具有热离解可溶性基团的化合物的二羟基体(Q2)中引入对-酰胺基苯基(Q8),通过氢氧化钾将酰胺基变为氨基来合成。
[化学式31]
另外,关于低分子化合物,可以使用在聚合物项中说明的形成N-Ar键的反应、形成Ar-Ar键的反应等公知的偶联方法来合成。
以下示出了使用分子量单一的化合物的形成N-Ar键的反应、形成Ar-Ar键的反应的合成法。
[化学式32]
(上述式中,X表示卤素原子或CF3SO2O-基团等磺酸酯基。Ara、Ard和Are各自独立地表示可以具有取代基的芳香族烃环基或可以具有取代基的芳香族杂环基,Arb表示可以具有取代基的二价芳香族烃环基或可以具有取代基的二价芳香族杂环基。Ara、Arb、Ard和Are中的至少一个具有键合了热离解可溶性基团的部分结构,Ara、Arb、Ard和Are中的任意一个以上可以具有交联性基团。)
[化学式33]
(上述式中,X表示卤素原子或CF3SO2O-基团等磺酸酯基。Arb和Ard各自独立地表示可以具有取代基的芳香族烃环基或可以具有取代基的芳香族杂环基,Ara表示可以具有取代基的二价芳香族烃环基或可以具有取代基的二价芳香族杂环基。
Ara、Arb和Ard中的至少一个具有键合了热离解可溶性基团的部分结构,它们可以具有交联性基团。)
[化学式34]
(上述式中,X表示卤素原子或CF3SO2O-基团等磺酸酯基。Ara、Arb和Ard各自独立地表示可以具有取代基的芳香族烃环基或可以具有取代基的芳香族杂环基。
Ara、Arb和Ard中的至少一个具有键合了热离解可溶性基团的部分结构,它们可以具有交联性基团。)
[化学式35]
(上述式中,X表示卤素原子或CF3SO2O-基团等磺酸酯基,R’表示羟基或可相互键合而形成环的烷氧基。Ara表示可以具有取代基的芳香族烃环基或可以具有取代基的芳香族杂环基,Arc表示可以具有取代基的二价芳香族烃环基或可以具有取代基的二价芳香族杂环基。
Ara、Arc中的至少一个具有键合了热离解可溶性基团的部分结构,它们可以具有交联性基团。)
[化学式36]
(上述式中,X表示卤素原子或CF3SO2O-基团等磺酸酯基,R’表示羟基或可相互键合而形成环的烷氧基。Arc表示可以具有取代基的芳香族烃环基或可以具有取代基的芳香族杂环基,Ara表示可以具有取代基的二价芳香族烃环基或可以具有取代基的二价芳香族杂环基。
Ara、Arc中的至少一个具有键合了热离解可溶性基团的部分结构,它们可以具有交联性基团。)
[化学式37]
(上述式中,X表示卤素原子或CF3SO2O-基团等磺酸酯基,R’表示羟基或可相互键合而形成环的烷氧基。Ara、Arc各自独立地表示可以具有取代基的芳香族烃环基或可以具有取代基的芳香族杂环基,Ara、Arc中的至少一个具有键合了热离解可溶性基团的部分结构,它们可以具有交联性基团。)
[由低分子化合物构成的发光层材料的理由]
在发光层中,与其它层相比,微量的杂质起到猝灭剂(quencher)的作用,很可能破坏电荷平衡,使发光效率降低,因此,发光层材料与其它层相比需要高纯度化。
从分子量单一、纯度确定容易的观点以及分子量分布的差异不会引起元件性能的差异的观点、不具有末端基团的观点来看,发光层材料优选是低分子化合物。
发光效率高的材料通常具有高对称性,在有机溶剂中缺乏溶解性,高纯度化是困难的。通过具有热离解可溶性基团,可以提高发光效率高的材料的溶解性,高纯度化变得容易。
[有机电致发光元件用组合物B]
本发明的有机电致发光元件用组合物B至少含有上述发光层材料和溶剂。
从要求发光材料(掺杂(dopant)材料)具有最高纯度的观点来看,本发明的有机电致发光元件用组合物B优选包含具有热离解可溶性基团的材料作为发光材料(掺杂材料)。
该有机电致发光元件用组合物B中的发光材料的含量通常为0.5重量份以上、优选为1重量份以上,通常为50重量份以下、优选为10重量份以下。通过设定该范围,获得了发光效率的提高和元件的低电压化的效果。此外,前述发光材料在组合物B中可以含有仅仅一种,也可以含有两种以上的组合。
有机电致发光元件用组合物B中含有的溶剂是具有挥发性的液体成分,用于通过湿式成膜形成包含发光材料的层。
溶剂只要是溶质良好溶解的溶剂即可,对此没有特别限制,以下的例子是优选的。
例如,可列举出正癸烷、环己烷、乙基环己烷、十氢萘、双环己烷等烷烃类;甲苯、二甲苯、均三甲苯、环己基苯、四氢化萘等芳香族烃类;氯苯、二氯苯、三氯苯等卤化芳香族烃类;1,2-二甲氧基苯、1,3-二甲氧基苯、茴香醚、苯乙醚、2-甲氧基甲苯、3-甲氧基甲苯、4-甲氧基甲苯、2,3-二甲基茴香醚、2,4-二甲基茴香醚、二苯醚等芳香族醚类;醋酸苯酯、丙酸苯酯、苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯、苯甲酸乙酯、苯甲酸丙酯、苯甲酸正丁酯等芳香族酯类,环己酮、环辛酮、葑酮(fenchone)等脂环族酮类;环己醇、环辛醇等脂环族醇类;甲乙酮、二丁基酮等脂肪族酮类;丁醇、己醇等脂肪族醇类;乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、丙二醇-1-单甲醚乙酸酯(PGMEA)等脂肪族醚类等。
其中,优选是烷烃类、芳香族烃类。这些溶剂可以单独使用一种,另外可以按任意组合和比率使用两种以上。
另外,为了获得更均一的膜,优选以适当的速度从刚成膜之后的液膜中蒸发溶剂。因此,溶剂的沸点通常为80℃以上,优选为100℃以上,更优选为120℃以上,且通常为270℃以下,优选为250℃以下,更优选为沸点230℃以下。
相对于100重量份有机电致发光元件用组合物B,溶剂的用量优选为10重量份以上、更优选为50重量份以上、特别优选为80重量份以上,另外,优选为99.95重量份以下、更优选为99.9重量份以下、特别优选为99.8重量份以下。在含量低于下限时,粘性过高,成膜操作性有可能降低。另一方面,高于上限时,成膜后,不能获得除去溶剂而得到的膜的厚度,因此具有成膜变得困难的倾向。
本发明的有机电致发光元件用组合物B中,除了含有本发明的发光材料、溶剂以外,还可以含有用于有机电致发光元件,特别是用于发光层的电荷传输性化合物。
使用本发明的有机电致发光元件用组合物B形成发光层时,以本发明的发光层材料为掺杂材料,还可以含有其它电荷传输性化合物作为主体材料。
作为其他电荷传输性化合物,可以使用以往作为有机电致发光元件用材料使用的化合物。例如,可列举出萘、苝、蒽、芘、三亚苯、萘并萘、菲、晕苯(coronene)、荧蒽、苯并菲、芴、乙酰萘并荧蒽、香豆素、对-双(2-苯基乙烯基)苯及其衍生物、喹吖啶酮衍生物、DCM(4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-(对二甲基氨基苯乙烯基)-4H-吡喃,4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran)系化合物、苯并吡喃衍生物、若丹明衍生物、苯并噻吨衍生物、氮杂苯并噻吨、取代有芳氨基的稠合芳香族环化合物、取代有芳氨基的苯乙烯基衍生物等。
以该组合物B为100重量份时,其他电荷传输性化合物通常为1重量份以上,且通常为50重量份以下、优选为30重量份以下。
在有机电致发光元件用组合物B中,根据需要,除了上述化合物等以外,此外还可以含有其他化合物。例如,除了上述溶剂以外,还可以含有其他溶剂。作为这种溶剂,例如,可列举出N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺等酰胺类、二甲亚砜等。这些溶剂可以单独使用一种,另外可以按任意组合和比率使用两种以上。
另外,为了提高成膜性,还可以含有流平剂、消泡剂等各种添加剂。
(使用有机电致发光元件用组合物B的有机层的成膜)
使用有机电致发光元件用组合物B的有机层的成膜与前述(使用有机电致发光元件用组合物A的有机层的成膜)项中所述的方法相同。优选的实施方式也是相同的。
C.有机电致发光元件材料
另外,本发明的有机电致发光元件材料是通过加热如下化合物而获得的,该化合物在分子内具有芳香族烃环或芳香族杂环,且具有热离解可溶性基团键合于与该芳香族烃环或该芳香族杂环稠合的烃环上的部分结构。
作为该有机电致发光元件材料,可以为具有将上述说明的聚合物或发光层材料加热而获得的结构的材料。具体地说,可以形成热离解可溶性基团从上述聚合物或发光层材料(低分子化合物)脱离的结构等。
另外,上述加热通常在70℃以上,优选100℃以上进行,另外优选在300℃以下进行。
D.有机电致发光元件
本发明的有机电致发光元件具有阳极和阴极、在该阳极与该阴极之间的有机层,其特征在于,具有使用前述有机电致发光元件用组合物通过湿式成膜法形成的层作为该有机层。在本发明中,在有机层中,尤其优选使用上述有机电致发光元件用组合物通过湿式成膜法形成空穴注入层、空穴传输层或发光层。
另外,使用本发明的有机电致发光元件用组合物A通过湿式成膜法形成的层特别优选是空穴注入层或空穴传输层。
另外,使用本发明的有机电致发光元件用组合物B通过湿式成膜法形成的层优选是发光层。
<有机电致发光元件的构成>
以下参照图1说明本发明的有机电致发光元件的层构成及其形成方法等。
图1所示为本发明的有机电致发光元件的结构例的剖面示意图,在图1中,1为基板,2为阳极,3为空穴注入层,4为空穴传输层,5为发光层,6为空穴阻挡层,7为电子传输层,8为电子注入层,9为阴极。
(基板)
基板1构成了有机电致发光元件的支撑体,例如使用石英、玻璃的板、金属板、金属箔、塑料薄膜、薄片等。这些可以仅仅使用一种,另外可以任意组合使用两种以上。在上述当中,玻璃板、聚酯、聚甲基丙烯酸酯、聚碳酸酯、聚砜等透明合成树脂的板是特别优选的。在使用合成树脂基板时,需要注意阻气性。基板1的阻气性过小时,有机电致发光元件有可能被通过基板1的外部气体所劣化,因此是不优选的。因此,合成树脂基板的至少一个面上设置致密的氧化硅膜等而确保阻气性的方法也是优选方法之一。
(阳极)
阳极2起到在发光层5侧的层中注入空穴的作用。
该阳极2通常由铝、金、银、镍、钯、铂等金属、铟和/或锡的氧化物等金属氧化物、碘化铜等卤化金属、炭黑或聚(3-甲基噻吩)、聚吡咯、聚苯胺等导电性高分子等构成。这些可以使用仅仅一种,另外可以将两种以上按任意比率和组合使用。
阳极2的形成通常大多通过溅射法、真空蒸镀法等来进行。另外,在使用银等金属微粒、碘化铜等微粒、炭黑、导电性的金属氧化物微粒、导电性高分子微粉末等形成阳极2时,还可以通过分散在适当的粘结剂树脂溶液中,再涂布于基板1上来形成阳极2。此外,在导电性高分子的情况下,还可通过电解聚合在基板1上直接形成薄膜,或者在基板1上涂布导电性高分子,从而形成阳极2(Appl.Phys.Lett.,60卷,2711页,1992年)。
阳极2通常为单层结构,根据需要,可以形成由多个材料构成的层叠结构。
阳极2的厚度根据需要的透明性而不同。在需要透明性的情况下,优选可见光的透过率通常为60%以上,优选为80%以上。在该情况下,阳极2的厚度通常为5nm以上,优选为10nm以上,且通常为1000nm以下,优选为约500nm以下。在不透明亦可的情况下,阳极2的厚度是任意的,阳极2可以与基板1相同。另外,在上述阳极2上还可以进一步层叠不同的导电材料。
为了除去附着于阳极2上的杂质,调整电离电位(ionization potential),提高空穴注入性,优选对阳极2表面进行紫外线(UV)/臭氧处理、或者、氧等离子体、氩等离子体处理。
(空穴注入层)
空穴注入层3是从阳极2向发光层5传输空穴的层,通常形成在阳极2上。
本发明的空穴注入层3的形成方法可以是真空蒸镀法,也可以是湿式成膜法,对此没有特别限制,从减少暗斑(dark spot)的观点来看,空穴注入层3优选通过湿式成膜法来形成,此时,优选使用前述有机电致发光元件用组合物A。
空穴注入层3的膜厚通常为5nm以上,优选为10nm以上,且通常为1000nm以下,优选为500nm以下的范围。
<利用湿式成膜法的空穴注入层的形成>
在通过湿式成膜形成空穴注入层3时,通常,将构成空穴注入层3的材料与适当的溶剂(空穴注入层用溶剂)混合而制备成膜用的组合物(空穴注入层形成用组合物),通过用适当的方法在相当于空穴注入层3的下层的层(通常为阳极)上涂布该空穴注入层形成用组合物而成膜,干燥,从而形成空穴注入层3。
(空穴传输性化合物)
空穴注入层形成用组合物通常含有空穴传输性化合物和溶剂作为空穴注入层的构成材料。
空穴传输性化合物只要是通常用于有机电致发光元件的空穴注入层、具有空穴传输性的化合物即可,可以是高分子化合物,也可以是低分子化合物。在本发明中,可以使用前述本发明的聚合物作为空穴传输性化合物。
另外,作为空穴传输性化合物,从由阳极2到空穴注入层3中的电荷注入势垒(charge injection barrier)的观点来看,优选为具有4.5eV~6.0eV的电离电位的化合物。作为空穴传输性化合物的其它例子,可列举出芳香族胺化合物、酞菁衍生物、卟啉衍生物、低聚噻吩衍生物、聚噻吩衍生物、苄基苯基系化合物、用芴基连接叔胺的化合物、腙化合物、硅氮烷化合物、硅烷胺(silanamine)衍生物、膦胺(phosphamine)衍生物、喹吖啶酮系化合物等。
作为空穴注入层3的材料使用的空穴传输性化合物可以单独含有这种化合物中的任何一种,也可以含有两种以上。在含有两种以上的空穴传输性化合物时,其组合是任意的,但优选将一种或两种以上的芳香族叔胺高分子化合物与一种或两种以上的其它空穴传输性化合物并用。
在上述例示的化合物中,从非晶质性、可见光的透过率的观点来看,芳香族胺化合物是优选的,芳香族叔胺化合物是特别优选的。在这里,芳香族叔胺化合物是具有芳香族叔胺结构的化合物,还包括具有芳香族叔胺来源的基团的化合物。
对芳香族叔胺化合物的种类没有特别限制,从表面平滑化效果带来的均一发光的观点来看,重均分子量1000以上且1000000以下的高分子化合物(重复单元连接而成的聚合型化合物)是进一步优选的。作为芳香族叔胺高分子化合物的优选例子,可列举出具有下述式(I)所示的重复单元的高分子化合物。
[化学式38]
(式(I)中,Ar1和Ar2各自独立地表示可以具有取代基的一价芳香族烃环基或可以具有取代基的一价芳香族杂环基。Ar3~Ar5各自独立地表示可以具有取代基的二价芳香族烃环基或可以具有取代基的二价芳香族杂环基。Y表示选自下述连接基组中的连接基。另外,Ar1~Ar5中键合于同一N原子的两个基团可以相互键合而形成环。
[化学式39]
(上述各式中,Ar6~Ar16各自独立地表示可以具有取代基的芳香族烃环基或可以具有取代基的芳香族杂环基。Ar6~Ar10和Ar12~Ar15表示二价基团,Ar11和Ar16表示一价基团。R1和R2各自独立地表示氢原子或任意的一价取代基。))
作为Ar1~Ar16的芳香族烃环基和芳香族杂环基,从高分子化合物的溶解性、耐热性、空穴注入-传输性的观点来看,苯环、萘环、菲环、噻吩环、吡啶环来源的基团是优选的,苯环、萘环来源的基团是进一步优选的。
Ar1~Ar16的芳香族烃环基和芳香族杂环基可以进一步具有取代基。作为取代基的分子量,通常优选为400以下,尤其为约250以下。作为取代基,烷基、链烯基、烷氧基、芳香族烃环基、芳香族杂环基等是优选的。
R1和R2是任意的取代基的情况下,作为该取代基,可列举出烷基、链烯基、烷氧基、甲硅烷基、硅氧烷基、芳香族烃环基、芳香族杂环基等。
作为具有式(I)所示的重复单元的芳香族叔胺高分子化合物的具体例子,可列举出国际公开第2005/089024号小册子中记载的化合物。
空穴注入层形成用组合物中的、空穴传输性化合物的浓度只要不显著损害本发明的效果就是任意的,从膜厚的均一性的观点来看,通常为0.01重量%以上、优选为0.1重量%以上、进一步优选为0.5重量%以上,且通常为70重量%以下、优选为60重量%以下、进一步优选为50重量%以下。该浓度过大时,有可能产生膜厚不均匀,另外,过小时,成膜的空穴注入层中有可能产生缺陷。
(电子接受性化合物)
空穴注入层形成用组合物优选含有电子接受性化合物作为空穴注入层3的构成材料。
电子接受性化合物优选是具有氧化力、具有接受来自上述空穴传输性化合物的单电子(one-electron)的能力的化合物,具体地说,电子亲和能(electron affinity)为4eV以上的化合物是优选的,5eV以上的化合物是进一步优选的。
作为这种电子接受性化合物,例如,可列举出选自由三芳基硼化合物、卤化金属、路易斯酸、有机酸、鎓盐、芳基胺与卤化金属的盐、芳基胺与路易斯酸的盐组成的组中的一种或两种以上的化合物等。此外,具体地可列举出4-异丙基-4’-甲基二苯基碘鎓四(五氟苯基)硼酸盐、三苯基锍四氟硼酸盐等有机基取代的鎓盐(国际公开第2005/089024号小册子);氯化铁(III)(日本特开平11-251067号公报)、过氧化二硫酸铵等高原子价的无机化合物;四氰基乙烯等氰基化合物、三(五氟苯基)硼烷(日本特开2003-31365号公报)等芳香族硼化合物;富勒烯衍生物;碘等。
这些电子接受性化合物通过氧化空穴传输性化合物而可提高空穴传输层3的导电率。
空穴注入层3或空穴注入层形成用组合物中的电子接受性化合物相对于空穴传输性化合物的含量通常为0.1摩尔%以上,优选为1摩尔%以上。但通常为100摩尔%以下,优选为40摩尔%以下。
(其它构成材料)
作为空穴注入层3的材料,只要不显著损害本发明的效果,除了含有上述空穴传输性化合物、电子接受性化合物以外,可以进一步含有其它成分。作为其它成分的例子,可列举出各种发光材料、电子传输性化合物、粘结剂树脂、涂布性改良剂等。另外,其它成分可以使用仅仅一种,也可以按任意组合和比率并用两种以上。
(溶剂)
湿式成膜法中使用的空穴注入层形成用组合物的溶剂中的至少一种优选是能溶解上述空穴注入层的构成材料的化合物。另外,该溶剂的沸点通常为110℃以上、优选为140℃以上、特别优选为200℃以上,且通常为400℃以下、尤其优选为300℃以下。溶剂的沸点过低时,有可能干燥速度过快、膜质恶化。另外,溶剂的沸点过高时,需要提高干燥工序的温度,有可能对其他层、基板产生不良影响。
作为溶剂,例如可列举出醚系溶剂、酯系溶剂、芳香族烃系溶剂、酰胺系溶剂等。
作为醚系溶剂,例如可列举出乙二醇二甲醚、乙二醇二乙醚、丙二醇-1-单甲醚乙酸酯(PGMEA)等脂肪族醚;1,2-二甲氧基苯、1,3-二甲氧基苯、茴香醚、苯乙醚、2-甲氧基甲苯、3-甲氧基甲苯、4-甲氧基甲苯、2,3-二甲基茴香醚、2,4-二甲基茴香醚等芳香族醚等。
作为酯系溶剂,例如可列举出醋酸苯酯、丙酸苯酯、苯甲酸甲酯、苯甲酸乙酯、苯甲酸丙酯、苯甲酸正丁酯等芳香族酯等。
作为芳香族烃系溶剂,例如可列举出甲苯、二甲苯、环己基苯、3-异丙基联苯、1,2,3,4-四甲基苯、1,4-二异丙基苯、环己基苯、甲基萘等。
作为酰胺系溶剂,例如可列举出N,N-二甲基甲酰胺、N,N-二甲基乙酰胺等。
此外,还可以使用二甲亚砜等。
这些溶剂可以使用仅仅一种,也可以按任意的组合和比率使用两种以上。
(成膜方法)
在制备空穴注入层形成用组合物之后,通过湿式成膜在相当于空穴注入层3的下层的层(通常为阳极2)上将该组合物涂布、成膜,干燥,从而形成空穴注入层3。
为了防止由组合物中产生结晶所导致的膜的缺损,成膜工序中的温度优选为10℃以上,优选为50℃以下。
成膜工序中的相对湿度只要不显著损害本发明的效果就没有特别限制,通常为0.01ppm以上且通常80%以下。
成膜之后,通常通过加热等将空穴注入层形成用组合物的膜干燥。尤其,在使用本发明的有机电致发光元件用组合物形成空穴注入层3时,通常,进行加热工序。作为加热工序中使用的加热手段的例子,可列举出洁净烘箱(Clean Oven)、电热板、红外线、卤素加热器、微波照射等。尤其,为了对整个膜均等地施加热,洁净烘箱和电热板是优选的。
加热工序中的加热温度,只要不显著损害本发明的效果,优选在空穴注入层形成用组合物中使用的溶剂的沸点以上的温度下加热。另外,在空穴注入层中含有本发明的有机电致发光元件材料的情况下,优选在热离解可溶性基团离解的温度以上的温度下加热。另外,空穴注入层形成用组合物中使用的溶剂为含有两种以上的混合溶剂时,优选在至少一种溶剂的沸点以上的温度下加热。考虑到溶剂的沸点上升,在加热工序中,在优选120℃以上且优选410℃以下进行加热是优选的。
在加热工序中,加热温度为空穴注入层形成用组合物的溶剂的沸点以上且不发生涂布膜的充分不溶化,对加热时间没有限制,优选为10秒以上,通常为180分钟以下。加热时间过长时,其它层的成分具有扩散的倾向,过短时,空穴注入层3具有变成不均质的倾向。加热可以分两次进行。
<利用真空蒸镀法的空穴注入层的形成>
通过真空蒸镀形成空穴注入层3时,将一种或两种以上的空穴注入层3的构成材料(前述的空穴传输性化合物、电子接受性化合物等)投入到设置在真空容器内的坩埚中(在使用两种以上的材料时,投入到各自的坩埚中),用适当的真空泵将真空容器内排气至10-4Pa左右,然后,加热坩埚(使用两种以上的材料时,加热各个坩埚),控制蒸发量,使之蒸发(使用两种以上的材料时,各自独立地控制蒸发量,使之蒸发),在与坩埚面对放置的基板1的阳极2上形成空穴注入层3。另外,使用两种以上的材料时,还可以将它们的混合物投入到坩埚内,加热,蒸发,从而形成空穴注入层3。
蒸镀时的真空度只要不显著损害本发明的效果的范围就没有限制,通常为0.1×10-6Torr(0.13×10-4Pa)以上且通常为9.0×10-6Torr(12.0×10-4Pa)以下。蒸镀速度只要不显著损害本发明的效果就没有特别限制,通常为0.1/秒以上且通常为5.0/秒以下。蒸镀时的成膜温度只要不显著损害本发明的效果就没有特别限制,优选在10℃以上且优选50℃以下进行。
[空穴传输层]
本发明的空穴传输层4的形成方法可以是真空蒸镀法,也可以是湿式成膜法,对此没有特别限制,从减少暗斑的观点来看,空穴传输层4优选通过湿式成膜法来形成,此时,优选使用前述本发明的有机电致发光元件用组合物A进行湿式成膜。
在具有空穴注入层3的情况下,空穴传输层4可以形成在空穴注入层3上,在无空穴注入层3的情况下,空穴传输层4可以形成在阳极2上。另外,本发明的有机电致发光元件可以是省略空穴传输层4的构成。
作为形成空穴传输层4的材料,空穴传输性高且可有效地传输所注入的空穴的材料是优选的。因此,优选的是,电离电位小、对可见光的光的透明性高、空穴迁移率大、稳定性优异、在制造时或使用时不容易发生构成陷阱(trap)的杂质。另外,在大多数情况下,为了与发光层5接触,优选的是不出现下述情况:将来自发光层5的发光消光,或者,在与发光层5之间形成激基复合物(exciplex)而降低效率。
作为这种空穴传输层4的材料,例如,可以使用本发明的聚合物、以往作为空穴传输层的构成材料使用的材料,作为以往使用的材料,例如,可列举出作为前述空穴注入层3中使用的空穴传输性化合物例示的化合物。另外,可列举出以4,4’-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯为代表的、含有2个以上叔胺且2个以上的稠合芳香族环在氮原子上取代的芳香族二胺(日本特开平5-234681号公报)、4,4’,4”-三(1-萘基苯基氨基)三苯胺等具有星型结构的芳香族胺化合物(J.Lumin.,72-74卷,985页,1997年)、由三苯胺的四聚体构成的芳香族胺化合物(Chem.Commun.,2175页,1996年)、2,2’,7,7’-四(二苯基氨基)-9,9’-螺双芴等螺化合物(Synth.Metals,91卷,209页,1997年)、4,4’-N,N’-二咔唑基联苯等咔唑衍生物等。另外,例如可列举出聚乙烯基咔唑、聚乙烯基三苯胺(日本特开平7-53953号公报)、含有四苯基联苯胺的聚亚芳基醚砜(Polym.Adv.Tech.,7卷,33页,1996年)等。
在用湿式成膜形成空穴传输层4的情况下,与上述空穴注入层3的形成相同,制备空穴传输层形成用组合物之后、湿式成膜之后,进行加热干燥。
在空穴传输层形成用组合物中,除了上述空穴传输性化合物以外,还含有溶剂。所使用的溶剂与上述空穴注入层形成用组合物中使用的溶剂相同。另外,成膜条件、加热干燥条件等也与空穴注入层3的形成的情况相同。另外,作为空穴传输层形成用组合物,可以使用本发明的有机电致发光元件用组合物。
通过真空蒸镀形成空穴传输层4的情况下,也是其成膜条件等与上述空穴注入层3的形成的情况相同。
空穴传输层4除了含有上述空穴传输性化合物以外,还可以含有各种发光材料、电子传输性化合物、粘结剂树脂、涂布性改良剂等。
另外,空穴传输层4还可以是将交联性化合物交联而形成的层。交联性化合物是具有交联性基团的化合物,通过交联形成聚合物。
作为该交联性基团的例子,可列举出氧杂环丁烷、环氧(epoxy)等环状醚;乙烯基、三氟乙烯基、苯乙烯基、丙烯酸基、甲基丙烯酰基、肉桂酰基等的不饱和双键;苯并环丁烷等。
交联性化合物可以是单体、低聚物、聚合物的任一个。交联性化合物可以具有仅仅一种,也可以按任意的组合和比率具有两种以上。
作为该交联性基团的例子,可列举出氧杂环丁烷、环氧等环状醚;乙烯基、三氟乙烯基、苯乙烯基、丙烯酸基、甲基丙烯酰基、肉桂酰基等的不饱和双键;苯并环丁烷等。
作为交联性化合物,优选使用具有交联性基团的空穴传输性化合物。若列举空穴传输性化合物的例子,可列举出吡啶衍生物、吡嗪衍生物、嘧啶衍生物、三嗪衍生物、喹啉衍生物、菲咯啉衍生物、咔唑衍生物、酞菁衍生物、卟啉衍生物等含氮芳香族化合物衍生物;三苯胺衍生物;噻咯(silole)衍生物;低聚噻吩衍生物、稠合多环芳香族衍生物、金属配合物等。在这之中,吡啶衍生物、吡嗪衍生物、嘧啶衍生物、三嗪衍生物、喹啉衍生物、菲咯啉衍生物、咔唑衍生物等含氮芳香族衍生物;三苯胺衍生物、噻咯衍生物、稠合多环芳香族衍生物、金属配合物等是优选的,尤其,三苯胺衍生物是更优选的。
为了将交联性化合物交联而形成空穴传输层4,通常,制备将交联性化合物溶解或分散在溶剂中而得的空穴传输层形成用组合物,通过湿式成膜来成膜,使之交联。
在空穴传输层形成用组合物中,除了交联性化合物以外,还可以含有促进交联反应的添加物。若列举促进交联反应的添加物的例子,可列举出烷基苯酮化合物、酰基氧化膦化合物、金属茂化合物、肟酯化合物、偶氮化合物、鎓盐等聚合引发剂和聚合促进剂;稠合多环烃、卟啉化合物、二芳基酮化合物等光敏剂等。
另外,还可以含有流平剂、消泡剂等涂布性改良剂;电子接受性化合物;粘结剂树脂等。
空穴传输层形成用组合物含有通常0.01重量%以上,优选0.05重量%以上,进一步优选0.1重量%以上,且通常50重量%以下,优选20重量%以下,进一步优选10重量%以下的交联性化合物。
以这种浓度将含有交联性化合物的空穴传输层形成用组合物在下层(通常为空穴注入层3)上成膜后,通过加热和/或光等电磁能量照射,使交联性化合物交联,形成聚合物。
成膜时的温度、湿度等条件与前述空穴注入层3的湿式成膜时相同。
对成膜后的加热方法没有特别限制,例如,可列举出加热干燥、减压干燥等。作为加热干燥时的加热温度条件,通常为120℃以上,优选为400℃以下。
加热时间通常为1分钟以上,优选24小时以下。对加热手段没有特别限制,可以使用将具有成膜后的层的层叠体放置在电热板上、在烘箱内加热等手段。例如,可以使用在电热板上在120℃以上加热1分钟以上等条件。
在利用光等电磁能量照射的情况下,可列举出直接使用超高压汞灯、高压汞灯、卤素灯、红外灯等紫外·可见·红外光源照射的方法、或者使用内置前述光源的掩模对准器(mask aligner)、传输带型光照射装置照射的方法等。在光以外的电磁能量照射中,可列举出例如使用通过磁控管产生的微波的装置、所谓的微波炉进行照射的方法。作为照射时间,优选设定用于降低膜的溶解性所必需的条件,通常照射0.1秒以上,且优选10小时以下。
加热和光等电磁能量照射可以各自单独进行或组合进行。在组合时,对实施的顺序没有特别限制。
这样形成的空穴传输层4的膜厚通常为5nm以上,优选为10nm以上,且通常为300nm以下,优选为100nm以下。
[发光层]
在空穴注入层3上,或在设有空穴传输层4的情况下在空穴传输层4上,可设置发光层5。发光层5是,在施加电场的电极之间,通过从阳极2注入的空穴和从阴极9注入的电子的再结合(recombination)而被激发、构成主要发光源的层。
形成发光层的方法可以是真空蒸镀法,也可以是湿式成膜法,对此没有特别限制,从减少暗斑的观点来看,优选通过湿式成膜法形成发光层。此时,优选的是,使用前述本发明的有机电致发光元件用组合物B,进行湿式成膜。
<发光层的材料>
作为发光层5的构成材料,至少含有具有发光性质的材料(发光材料),并且优选含有具有空穴传输性质的化合物(空穴传输性化合物)或具有电子传输性质的化合物(电子传输性化合物)。可以使用发光材料作为掺杂材料,使用空穴传输性化合物、电子传输性化合物等作为主体材料。作为发光层的材料,从热离解前的溶解性高、成膜性优异、热离解后的耐热性高、驱动稳定性优异的观点来看,优选使用本发明的发光层材料。此外,在不显著损害本发明的效果的范围内,发光层5可以含有其它成分。另外,在用湿式成膜法形成发光层5时,优选全都使用低分子量的材料。
(发光材料)
作为发光材料,可应用任意公知的材料。例如可以是荧光发光材料,也可以是磷光发光材料,但从内部量子效率的观点来看,优选是磷光发光材料。另外,可以使用本发明的有机电致发光元件材料作为发光材料。另外,蓝色使用荧光发光材料,绿色、红色使用磷光发光材料等,也可以组合使用。
另外,为了提高在溶剂中的溶解性,优选使发光材料的分子的对称性、刚性降低,或者引入烷基等亲油性取代基。
以下列举了发光材料中的荧光色素的例子,但荧光色素不限于以下的例示物。
作为提供蓝色发光的荧光色素(蓝色荧光色素),例如可列举出萘、苝、芘、蒽、香豆素、对-双(2-苯基乙烯基)苯和它们的衍生物等。
作为提供绿色发光的荧光色素(绿色荧光色素),例如可列举出喹吖啶酮衍生物、香豆素衍生物、Al(C9H6NO)3等铝配合物等。
作为提供黄色发光的荧光色素(黄色荧光色素),例如可列举出红荧烯、萘嘧啶酮衍生物等。
作为提供红色发光的荧光色素(红色荧光色素),例如可列举出DCM(4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-(对二甲基氨基苯乙烯基)-4H-吡喃,4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran)系化合物、苯并吡喃衍生物、若丹明衍生物、苯并噻吨衍生物、氮杂苯并噻吨等。
作为磷光发光材料,例如,可列举出含有选自长周期型周期表(以下,除非另有规定,在提到“周期表”时,是指长周期型周期表)第7~11族中的金属的有机金属配合物。
作为选自周期表7~11族的金属,优选可列举出钌、铑、钯、银、铼、锇、铱、铂、金等。
作为配合物的配体,(杂)芳基吡啶配体、(杂)芳基吡唑配体等(杂)芳基与吡啶、吡唑、菲咯啉等连接而成的配体是优选的,苯基吡啶配体、苯基吡唑配体是特别优选的。在此处,(杂)芳基是指芳基或杂芳基。
作为磷光发光材料,具体而言,可列举出三(2-苯基吡啶)铱、三(2-苯基吡啶)钌、三(2-苯基吡啶)钯、双(2-苯基吡啶)铂、三(2-苯基吡啶)锇、三(2-苯基吡啶)铼、八乙基卟啉铂、八苯基卟啉铂、八乙基卟啉钯、八苯基卟啉钯等。
作为发光材料使用的化合物的分子量只要不显著损害本发明的效果就是任意的,通常为10000以下、优选为5000以下、更优选为4000以下、更优选为3000以下,且通常为100以上、优选为200以上、更优选为300以上、进一步优选为400以上的范围。发光材料的分子量过小时,有可能的是,耐热性显著降低,构成气体发生的原因,导致成膜时的膜质降低,或者由于迁移等导致有机电致发光元件的形态变化。另一方面,发光材料的分子量过大时,往往有机电致发光元件材料的提纯变得困难或者在溶剂中溶解时费时。
此外,上述发光材料可以使用仅仅任何一种,也可以按任意组合和比率并用两种以上。
发光层5中的发光材料的比例只要不显著损害本发明的效果就是任意的,但通常为0.05重量%以上,且通常为35重量%以下。发光材料过少时,有可能出现发光不均匀,过多时,发光效率有可能降低。另外,在并用两种以上的发光材料时,应使得它们的总含量在上述范围内。
(空穴传输性化合物)
对于发光层5,作为其构成材料,可以含有空穴传输性化合物。在此处,空穴传输性化合物中,作为低分子量的空穴传输性化合物的例子,例如可列举出以4,4’-双[N-(1-萘基)-N-苯基氨基]联苯为代表的、含有2个以上叔胺且2个以上的稠合芳香族环在氮原子上取代的芳香族二胺(日本特开平5-234681号公报)、4,4’,4”-三(1-萘基苯基氨基)三苯胺等具有星型结构的芳香族胺化合物(Journal of Luminescence,1997年,Vol.72-74,pp.985,)、由三苯胺的四聚体构成的芳香族胺化合物(Chemical Communications,1996年,pp.2175)、2,2’,7,7’-四(二苯基氨基)-9,9’-螺双芴等螺化合物(Synthetic Metals,1997年,Vol.91,pp.209)等。
另外,在发光层5中,空穴传输性化合物可以使用仅仅一种,也可以按任意组合和比率并用两种以上。
发光层5中的空穴传输性化合物的比例只要不显著损害本发明的效果就是任意的,通常为0.1重量%以上,且通常为65重量%以下。空穴传输性化合物过少时,有可能容易受到短路的影响,过多时,有可能发生膜厚不均匀。另外,在并用两种以上的空穴传输性化合物时,它们的总含量在上述范围内。
(电子传输性化合物)
对于发光层5,作为其构成材料,还可以含有电子传输性化合物。在此处,在电子传输性化合物中,作为低分子量的电子传输性化合物的例子,可列举出2,5-双(1-萘基)-1,3,4-噁二唑(BND)、2,5-双(6’-(2’,2”-联吡啶基))-1,1-二甲基-3,4-二苯基噻咯(PyPySPyPy)、4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(Bathophenanthroline,BPhen)、2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(BCP,浴铜灵,Bathocuproine)、2-(4-联苯基)-5-(对叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑(tBu-PBD)、4,4’-双(9-咔唑)-联苯(CBP)等。另外,发光层5中,电子传输性化合物可以使用仅仅一种,也可以按任意组合和比率并用两种以上。
发光层5中的电子传输性化合物的比例是任意的,只要不显著损害本发明的效果,但通常为0.1重量%以上,且通常为65重量%以下。电子传输性化合物过少时,有可能受到短路的影响,过多时,有可能产生膜厚不均匀。另外,在并用两种以上的电子传输性化合物时,它们的总含量在上述范围内。
<发光层的形成>
形成发光层5时,使上述材料溶解在适当的溶剂中,制备发光层形成用组合物,使用该组合物成膜而形成发光层。此时,优选使用本发明的有机电致发光元件用组合物B。
作为用湿式成膜法形成发光层5的发光层形成用组合物中含有的发光层用溶剂,只要可以形成发光层,可以使用任意溶剂。发光层用溶剂的适合的例子与上述空穴注入层形成用组合物中说明的溶剂相同。
发光层用溶剂与用于形成发光层5的发光层形成用组合物的比率只要不显著损害本发明的效果就是任意的,通常为0.01重量%以上,且通常为70重量%以下。另外,作为发光层用溶剂,混合使用两种以上的溶剂时,应使得这些溶剂的总和满足该范围。
另外,作为发光层形成用组合物中的发光材料、空穴传输性化合物、电子传输性化合物等固体成分浓度,通常为0.01重量%以上,且通常为70重量%以下。该浓度过大时,有可能产生膜厚不均匀,另外,过小时,膜中有可能产生缺陷。
将发光层形成用组合物湿式成膜之后,将所得涂膜干燥,除去溶剂,由此形成发光层。具体而言,与上述空穴注入层的形成中所述的方法相同。对湿式成膜法的方式没有特别限制,只要不显著损害本发明的效果,可以使用前述的任意方式。
发光层5的膜厚只要不显著损害本发明的效果就是任意的,通常为3nm以上、优选为5nm以上,且通常为200nm以下、优选为100nm以下的范围。发光层5的膜厚过薄时,膜中有可能产生缺陷,过厚时,驱动电压有可能升高。
[空穴阻挡层]
在发光层5与下述的电子注入层8之间,可以设置空穴阻挡层6。空穴阻挡层6是在发光层5上以与发光层5的阴极9侧的界面接触的方式层叠的层。
该空穴阻挡层6具有阻止从阳极2移动的空穴到达阴极9的作用和有效将从阴极9注入的电子向发光层5的方向上传输的作用。
作为构成空穴阻止层6的材料所要求的物性,可列举出电子迁移率高和空穴迁移率低、能隙(HOMO、LUMO之差)大、激发三重态能级(T1)高。作为满足这种条件的空穴阻挡层的材料,例如,可列举出双(2-甲基-8-喹啉)(苯酚)铝、双(2-甲基-8-喹啉)(三苯基硅烷醇)铝等混合配体配合物、双(2-甲基-8-羟基喹啉)铝-μ-氧-双(2-甲基-8-羟基喹啉)铝双核金属配合物等金属配合物、二苯乙烯基联苯衍生物等苯乙烯化合物(日本特开平11-242996号公报)、3-(4-联苯基)-4-苯基-5(4-叔丁基苯基)-1,2,4-三唑等三唑衍生物(日本特开平7-41759号公报)、浴铜灵(Bathocuproin)等菲咯啉衍生物(日本特开平10-79297号公报)等。此外,国际公开第2005-022962号公报中记载的具有至少一个2,4,6位被取代的吡啶环的化合物也优选作为空穴阻挡层6的材料。
另外,空穴阻挡层6的材料可以使用仅仅一种,也可以按任意组合和比率并用两种以上。
对空穴阻挡层6的形成方法没有限制。因此,可以用湿式成膜法、蒸镀法、其他方法来形成。
空穴阻挡层6的膜厚只要不显著损害本发明的效果就是任意的,通常为0.3nm以上、优选为0.5nm以上,且通常为100nm以下、优选为50nm以下。
[电子传输层]
在发光层5与下述的电子注入层8之间可以设置电子传输层7。
电子传输层7是为了进一步提高元件的发光效率而设置的,由能够使从阴极9注入的电子在施加了电场的电极之间有效地向发光层5的方向传输的化合物来形成。
作为用于电子传输层7的电子传输性化合物,通常使用下述化合物:自阴极9或电子注入层8的电子注入效率高、并且、具有高电子迁移率、能有效传输所注入的电子的化合物。作为满足这种条件的化合物,例如可列举出8-羟基喹啉的铝配合物等金属配合物(日本特开昭59-194393号公报)、10-羟基苯并[h]喹啉的金属配合物、噁二唑衍生物、二苯乙烯基联苯衍生物、噻咯衍生物、3-羟基黄酮金属配合物、5-羟基黄酮金属配合物、苯并噁唑金属配合物、苯并噻唑金属配合物、三苯并咪唑基苯(美国专利第5645948号说明书)、喹喔啉化合物(日本特开平6-207169号公报)、菲咯啉衍生物(日本特开平5-331459号公报)、2-叔丁基-9,10-N,N’-二氰基蒽醌二亚胺、n型氢化无定形碳化硅、n型硫化锌、n型硒化锌等。
另外,电子传输层7的材料可以使用仅仅一种,也可以按任意组合和比率并用两种以上。
对电子传输层7的形成方法没有限制。因此,可以用湿式成膜法、蒸镀法、其他方法来形成。
电子传输层7的膜厚只要不显著损害本发明的效果就可以是任意的,通常为1nm以上、优选为5nm以上,且通常为300nm以下、优选为100nm以下的范围。
[电子注入层]
电子注入层8起着将由阴极9注入的电子有效地注入到发光层5中的作用。为了有效地进行电子注入,形成电子注入层8的材料优选是功函数低的金属。例如,可以使用钠、铯等碱金属,钡、钙等碱土金属等,其膜厚优选为通常0.1nm以上、5nm以下。
此外,通过在4,7-二苯基-1,10-菲咯啉等含氮杂环化合物、8-羟基喹啉的铝配合物等金属配合物为代表的有机电子传输化合物中掺杂钠、钾、铯、锂、铷等碱金属(记载于日本特开平10-270171号公报、日本特开2002-100478号公报、日本特开2002-100482号公报等中),能够兼顾电子注入和传输性的提高和优异的膜质,因此是优选的。该情况下的膜厚通常为5nm以上,尤其优选为10nm以上,且通常为200nm以下,尤其优选为100nm以下。
另外,电子注入层8的材料可以使用仅仅一种,也可以按任意组合和比率并用两种以上。
对电子注入层8的形成方法没有特别限制。因此,可以通过湿式成膜法、蒸镀法、其他方法来形成。
[阴极]
阴极9具有将电子注入到发光层5侧的层(电子注入层8或发光层5等)中的作用。
作为阴极9的材料,可以使用前述阳极2中使用的材料,为了有效地进行电子注入,功函数低的金属是优选的,例如,可使用锡、镁、铟、钙、铝、银等适当的金属或它们的合金。作为具体例子,可列举出镁-银合金、镁-铟合金、铝-锂合金等低功函数合金电极。
另外,阴极9的材料可以使用仅仅一种,也可以按任意组合和比率并用两种以上。
阴极9的膜厚通常与阳极2相同。
此外,为了保护由低功函数金属构成的阴极9,在阴极上进一步层叠功函数高且相对于大气稳定的金属层,则增加了元件的稳定性,因此是优选的。为了实现该目的,例如,使用铝、银、铜、镍、铬、金、铂等金属。另外,这些材料可以使用仅仅一种,也可以按任意组合和比率并用两种以上。
[其它层]
本发明的有机电致发光元件在不偏离其主旨的范围内可以具有其它构成。例如,只要不损害其性能,在阳极2与阴极9之间可以具有除了上述说明中的层以外的任意的层,另外,也可以省略任意的层。例如,下述实施例中制作的有机电致发光元件相对于图1的有机电致发光元件省略了空穴阻挡层6和电子传输层7。
<电子阻挡层>
作为除了上述各层以外的有机电致发光元件可以具有的层,例如,可列举出电子阻挡层。
电子阻挡层设置在空穴注入层3或空穴传输层4与发光层5之间,通过阻止从发光层5移动的电子到达空穴注入层3中,具有增加发光层5内的空穴与电子的再结合概率、将所生成的激子限制在发光层5内的作用和将由空穴注入层3注入的空穴有效地向发光层5的方向传输的作用。尤其,作为发光材料使用磷光材料或者使用蓝色发光材料时,设置电子阻挡层是有效的。
作为电子阻挡层寻求的特性,可列举出空穴传输性高、能隙(HOMO、LUMO之差)大、激发三重态能级(T1)高等。此外,在本发明中,用湿式成膜法制作发光层5作为本发明的有机层时,对电子阻挡层要求湿式成膜的适合性。作为这种电子阻挡层中使用的材料,可列举出以F8-TFB为代表的二辛基芴与三苯胺的共聚物(国际公开第2004/084260号小册子记载)等。
另外,电子阻挡层的材料可以使用仅仅一种,也可以按任意组合和比率并用两种以上。
对电子阻挡层的形成方法没有特别限制。因此,可以用湿式成膜法、蒸镀法、其他方法来形成。
<其它>
此外,在阴极9与发光层5或电子传输层7的界面上插入用例如氟化锂(LiF)、氟化镁(MgF2)、氧化锂(Li2O)、碳酸铯(II)(CsCO3)等形成的极薄绝缘膜(0.1~5nm)也是提高元件效率的有效方法(参照Applied Physics Letters,1997年,Vol.70,pp.152;日本特开平10-74586号公报;IEEE Transactions on Electron Devices,1997年,Vol.44,pp.1245;SID 04 Digest,pp.154等)。
另外,在以上说明的层构成中,还可以按照相反的顺序层叠除基板以外的构成元件。例如,如果是图1的层构成,则在基板1上可以按阴极9、电子注入层8、电子传输层7、空穴阻挡层6、发光层5、空穴传输层4、空穴注入层3、阳极2的顺序设置其他构成元件。
此外,在至少一方具有透明性的两件基板之间,通过层叠除了基板以外的构成元件,也可以构成本发明的有机电致发光元件。
另外,还可以形成除基板以外的构成元件(发光单元)多段重叠的结构(多个发光单元层叠的结构)。在该情况下,代替各段之间(发光单元之间)的界面层(阳极为ITO、阴极为Al的情况下为这两层),例如设置由五氧化二钒(V2O5)等构成的电荷发生层(Carrier Generation Layer:CGL)从段之间的势垒(barrier)变少、发光效率和驱动电压的观点来看是更优选的。
此外,本发明的有机电致发光元件可以作为单一的有机电致发光元件构成,也可以应用于多个有机电致发光元件配置成阵列状的构成,还可以应用于阳极与阴极配置成X-Y矩阵状的构成。
另外,在上述各层中,只要不显著损害本发明的效果,还可以含有作为材料说明的成分以外的成分。
本发明的有机电致发光元件用于有机EL显示器。由本发明获得的有机电致发光元件例如可用诸如“有机EL显示器”(Ohmsha,Ltd.,平成16年8月20日发行,时任静士、安达千波矢、村田英幸著)中记载的方法来形成有机EL显示器。
本发明的有机EL显示装置和有机EL照明使用如上所述的本发明的有机电致发光元件。对本发明的有机EL显示装置和有机EL照明的型式、结构没有特别限制,可以按照常法组装本发明的有机电致发光元件。
例如,可以用诸如“有机EL显示器”(Ohmsha,Ltd.,平成16年8月20日发行,时任静士、安达千波矢、村田英幸著)中记载的方法来形成本发明的有机EL显示装置和有机EL照明。
另外,具有有机层且该有机层含有本发明的具有热离解可溶性基团的有机电致发光元件材料的有机电致发光元件被考虑用于平板显示器(例如OA计算机用、壁挂式电视)、车载显示元件、发挥作为手机显示、平面发光体的特征的光源(例如用于复印机的光源、液晶显示器、仪表类的背灯光源)、显示板、标识灯,其技术价值很大。
<太阳能电池元件>
本发明的太阳能电池元件是在阳极与阴极之间具有有机层的太阳能电池元件。该有机层是具有使用含有本发明的聚合物的太阳能电池元件用组合物A通过湿式成膜法形成的层(离解层)的太阳能电池元件。
此外,本发明的有机太阳能电池包含作为有机层的光电转换层和空穴输出层,该空穴输出层优选是离解层。
[基板]
基板是支撑有机半导体元件的支撑部件。作为形成基板的材料,例如,可列举出玻璃、蓝宝石、二氧化钛等无机材料;聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚酰亚胺、尼龙、聚苯乙烯、聚乙烯醇、乙烯-乙烯醇共聚物、氟树脂、氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、环状聚烯烃、纤维素、乙酰纤维素、聚偏二氯乙烯、芳纶、聚苯硫醚、聚氨酯、聚碳酸酯、聚(甲基)丙烯酸类树脂、酚醛树脂、环氧树脂、聚芳酯、聚降冰片烯等有机材料;不锈钢、钛、镍、银、金、铜、铝等金属材料等。
在这些当中,从有机半导体元件的形成容易的观点来看,优选玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚酰亚胺、聚(甲基)丙烯酸类树脂、不锈钢、铝。
另外,基材的材料可以使用一种,也可以按任意组合和比率并用两种以上。另外,使这些有机材料中含有碳纤维、玻璃纤维等强化纤维,可以补强机械强度。另外,为了赋予这些金属材料以绝缘性,可以形成表面进行涂布或层压等的复合材料。
[有机半导体元件]
作为有机半导体元件,以下记载了有机薄膜太阳能电池元件(本说明书中亦简称为太阳能电池元件),但只要不显著损害本发明,不排除其它有机电子器件。此外,有机薄膜太阳能电池元件也不限于以下说明的例子。
有机薄膜太阳能电池元件由设置于至少一对电极之间的含有有机半导体的有机半导体层构成。在所述有机半导体层中,吸收光而产生电力,从电极输出所产生的电力。
[有机半导体层]
可以由任意的有机半导体形成。有机半导体根据半导体特性分为p型、n型。p型、n型表示对导电作出贡献的、是空穴或电子中的哪一个,取决于材料的电子状态、掺杂状态、陷阱状态。因此,以下列举了有机半导体的例子,p型、n型有时未必能够被明确分类,也有在同一物质中显示了p型、n型二者特性的有机半导体。
作为p型半导体的例子,可列举出四苯并卟啉、四苯并卟啉铜、四苯并卟啉锌等卟啉化合物;酞菁、酞菁铜、酞菁锌等酞菁化合物;萘酞菁化合物;并四苯、并五苯的多并苯;六噻吩等低聚噻吩以及含有这些化合物为骨架的衍生物。此外,还可列举出包括聚(3-烷基噻吩)等的聚噻吩、聚芴、聚苯乙炔(polyphenylenevinylene)、聚三烯丙基胺、聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等高分子等。
作为n型半导体的例子,可列举出富勒烯(C60、C70、C76);八氮杂卟啉、上述p型半导体的全氟体;萘四羧酸酐、萘四羧酸二酰亚胺、苝四羧酸酐、苝四羧酸二酰亚胺等芳香族羧酸酐、其酰亚胺化物;以及含有这些化合物作为骨架的衍生物等。
如果至少含有p型半导体和n型半导体,有机半导体层的具体构成是任意的。可以仅由单层的膜构成,也可以由两个以上的层叠膜构成。例如,可以在不同的膜中含有n型半导体与p型半导体,也可以在同一膜中含有n型半导体和p型半导体。
另外,n型半导体和p型半导体各自可以使用一种,也可以按任意的组合和比率并用两种以上。
作为有机半导体层的具体的构成例子,可列举出具有p型半导体与n型半导体在层内相分离的层(i层)的体异质结型、含有p型半导体的层(p层)和含有n型半导体的层(n层)各自具有界面的层叠型(异质pn结型)、schottky-型及其组合。在这些当中,体异质结型以及体异质结型与层叠型组合的(p-i-n结型)显示了高性能,因此是优选的。
对有机半导体层的p层、i层、n层各层的厚度没有限制,通常为3nm以上,尤其优选为10nm以上,且通常为200nm以下,尤其优选为100nm以下。通过增大层厚,膜的均一性往往增高,通过减小层厚,往往透过率提高、串联电阻降低。
[空穴输出层]
空穴输出层是在面向有机半导体层侧的电极界面上用于改良电特性等而设置的层。
作为用于形成空穴输出层的材料,特别优选使用本发明的聚合物,还可以使用其它材料。作为其它材料的例子,可列举出聚(乙撑二氧噻吩);聚(苯乙烯磺酸)(PEDOT:PSS)、氧化钼、氟化锂、2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉等。
[电极]
作为电极,可以通过具有导电性的任意材料来形成。作为电极材料的例子,可列举出铂、金、银、铝、铬、镍、铜、钛、镁、钙、钡、钠等金属或它们的合金;氧化铟、氧化锡等金属氧化物或其合金(ITO);聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔等导电性高分子;在前述导电性高分子中含有盐酸、硫酸、磺酸等酸,FeCl3等路易斯酸,碘等卤素原子,钠、钾等金属原子等掺杂剂的材料;将金属颗粒、炭黑、富勒烯、碳纳米管等导电性颗粒分散在聚合物粘结剂等基质中的导电性复合材料等。尤其,在捕集空穴的电极中,金、ITO等具有高功函数的材料是优选的。另一方面,在捕集电子的电极中,诸如铝之类的具有低功函数的材料是优选的。通过优化功函数,具有良好地捕集通过光吸收产生的空穴和电子的优点。
在一对电极中,至少受光面侧的电极为了发电优选具有光透过性。然而,电极的面积与发电层的面积相比而言小的情况等、即使电极不透明也不会对发电性能产生显著不良影响的情况下,可以不必是透明的。作为透明电极的材料,例如可列举出ITO、氧化铟锌(IZO)等氧化物;金属薄膜等。另外,此时,对光的透过率的具体范围没有限制,但考虑到太阳能电池元件的发电效率,除去由于光学界面上的部分反射导致的损失,80%以上是优选的。
另外,电极的材料可以单独使用一种,也可以按任意的组合和比率并用两种以上。
另外,对电极的形成方法没有限制。例如,可以通过真空蒸镀、溅射等干法来形成。另外,例如,也可以通过使用导电性墨等的湿法来形成。此时,作为导电性墨,可以使用任意的墨,例如,可以使用导电性高分子、金属颗粒分散液等。
此外,电极可以层叠2层以上,也可以通过表面处理来改善特性(电特性、润湿特性等)。
[其它层]
除了上述有机半导体层、电极以外,上述例示的有机太阳能电池元件可以具有其它层。另外,形成其它层的位置是任意的,只要不阻碍太阳能电池元件的发电。
<有机太阳能电池元件的性能评价>
本发明的有机太阳能电池元件具有如下性能。
进行如下所述的加速试验,通过比较试验前后的光电转换特性的变化,可以评价性能。
评价方法:加速试验在环境试验机(例如ESPEC Corp.制造的SH-241)中设置在高温高湿环境中。高温高湿环境优选设定为40℃90%RH或85℃85%RH。试验时间通过器件构成材料来适宜选择,优选进行24小时以上。另外,光电转换特性如下测定:用太阳模拟器(Solar Simulator)将AM1.5G条件的光以100mW/cm2的照射强度照射于有机薄膜太阳能电池上,测定电流-电压特性。根据由所述测定获得的电流-电压曲线可以求出能量转换效率(PCE)、短路电流、开路电压、FF(填充因数)、串联电阻、并联电阻(Shunt Resistor)。
作为比较光电转换特性的加速试验前后的公式,例如可列举出PCE变化率=(加速试验后的PCE)/(加速试验前的PCE)。
即,本发明的有机电子器件的能量转换效率(PCE)变化率如上式定义的那样,通常,相对于初期性能,加速试验后的值为0.86以上,优选为0.88以上,更优选为0.90以上。
本发明的有机电子器件即使在施加负荷时,含有捕捉剂的层(C)与元件电极也不接触,具有防劣化效果高的性能。作为评价,确认从阻气薄膜侧向有机半导体元件方向按压含有捕捉剂的层(C)时有无接触即可。
本发明的有机电子器件具有良好的耐候性。即使进行室外暴露试验、用耐候性试验机的耐候性试验,也维持了性能,显示了高的耐久性能。被认为是由于存在防蚀层,所以电极劣化被抑制。另外,在层叠耐候性保护薄片时,具有更高的耐候性。
实施例
通过实施例更具体地说明本发明,但只要不脱离其要旨,本发明不受以下实施例的记载的限制。
[合成例]
(合成例1)化合物Q2的合成
[化学式40]
在空气气流中,在水(4500ml)中添加α-水芹烯(42.12g)与苯醌(33.8g),室温下超声波搅拌2天,滤取析出的晶体,水洗,干燥,获得化合物Q 1。
接着,边搅拌边将化合物Q1(39g)溶解在乙醇(200ml)中,接着,添加0.1g的35%NaOH溶液,保持搅拌30分钟,然后添加水(400ml),滤取所析出的晶体,水洗,干燥,获得化合物Q2(39g)。
(NMR测定的结果)
化合物Q2:1H NMR(CDCl3,400MHz)δ0.84(d,3H)、0.93(d,3H)、1.04-1.118(m,1H)、1.19-1.23(m,3H)、1.80(s、3H),3.94-3.97(m、1H),4.22(d、1H),5.84(d、1H),6.45(s、2H)
(合成例2)化合物Q6的合成
[化学式41]
在氮气气流中,使化合物Q2(30.6g)与2,3-二氯-5,6-二氰基-对苯醌(DDQ)(33g)溶解在甲苯溶液(700ml)中,搅拌反应2小时,然后,滤取析出的副提纯物,浓缩滤液,以己烷和醋酸乙酯为展开溶剂通过硅胶柱提纯,获得干燥化合物Q4(24.5g)。将1,4-二溴苯(29.5g)溶解在100ml四氢呋喃(THF)溶液中,冷却至-78℃,在搅拌下经30分钟滴加70ml1.6M/L正丁基锂,搅拌3小时。在该溶液中,经1小时滴加100ml溶解了化合物Q1(10.24g)的THF溶液,然后在-78℃下搅拌保持2小时。将该反应溶液返回到室温,放置一夜。接着,在该溶液中添加200ml水,搅拌,分取有机层,进一步用MgSO4干燥,然后通过以己烷和醋酸乙酯作为展开溶剂的硅胶柱提纯,获得干燥化合物Q5(24.5g)。
接着,在空气气流中,将化合物Q5(24.5g)溶解在THF(500ml)中,然后添加2g 55%碘化氢,保持60分钟搅拌,接着,在该溶液中添加水(200ml),使粗品化合物Q6析出。通过以己烷和醋酸乙酯为展开溶剂的硅胶柱提纯该粗品化合物Q6,进一步通过日本分析工业公司制造的再循环制备HPLCLC-9204型(制备柱JAIGEL-1H-40)提纯,获得化合物Q6(0.8g)。
(NMR测定的结果)
化合物Q4:1H NMR(CDCl3,400MHz)δ0.834(d,3H)、1.1019(d,3H)、1.04-1.118(m,1H)、1.19-1.23(m,3H)、1.87(s、3H),3.94-3.97(m、1H),4.22(d、1H),5.83(d、1H),6.59(s、2H)
(质谱(Mas s)测定的结果)
化合物Q6的MASS分析方法用下述的方法进行。
DEI法、DCI法(日本电子公司制造的质谱分析仪JMS-700/MStation)
电离法DEI(positive ion mode)、
DCI(positive ion mode)-异丁烷气体
加速电压:70eV
发射器(Emitter)电流变化率:0A~0.9A
扫描质量数范围:m/z 100-1300 2.0sec/scan
结果为m/z=M+538
(合成例3)化合物Q10的合成
[化学式42]
在氮气气流中,边搅拌边将化合物Q2(5.08g)、4-(4,4,5,5-四甲基-1,3,2-二氧杂硼戊烷-2-基)乙酰苯胺(5.2g)与碳酸钠(4.3g)溶解在甲苯(260ml)、乙醇(130ml)和水(240ml)的混合溶剂中,鼓泡氮气40分钟,然后添加0.25g四(三苯基膦)钯,在100℃下反应6小时。接着,返回到室温,放置一夜,使晶体析出。滤取晶体,用乙醇洗涤,获得化合物Q8(4.3g)。
使化合物Q8(4.3g)与氢氧化钾(15g)溶解在75%乙醇水溶液(250ml)中,在100℃下加热10小时,然后返回到室温,添加100ml水,滤取析出的晶体,获得化合物Q9(2g)。
在鼓泡氮气10分钟的甲苯(10g)中溶解二钯三(二亚苄基丙酮)三氯甲烷(0.015g)和1,1’-双(二苯基膦基)二茂铁(0.056g),然后在70℃下加热10分钟。此后,将该钯催化剂溶液添加到在甲苯(200ml)中溶解了化合物Q9(2g)、溴苯(1.6g)和叔丁醇钠(3.4g)并鼓泡氮气40分钟的溶液中,在氮气气流中,在100℃下搅拌4小时。将该溶液返回到室温,添加100ml水,滤取所析出的晶体,用乙醇洗涤,获得化合物Q10(1.3g)。
(质谱(Mass)测定的结果)
化合物Q10的MASS分析方法用下述的方法进行。
DEI法、DCI法(日本电子公司制造的质谱分析仪JMS-700/MStation)
电离法DEI(positive ion mode)、
DCI(positive ion mode)-异丁烷气体
加速电压:70eV
发射器(emitter)电流变化率:0A~0.9A
扫描质量数范围:m/z 100-800 2.0sec/scan
结果为m/z=M+546。
(合成例4)化合物Q11的合成
[化学式43]
在鼓泡氮气10分钟的甲苯(10g)中溶解二钯三(二亚苄基丙酮)三氯甲烷(0.015g)和三-叔丁基膦(0.015g),然后在70℃下加热10分钟。此后,将该钯催化剂溶液添加到在甲苯(200ml)中溶解了化合物Q9(2g)、溴苯(3.2g)和叔丁醇钠(3.4g)且鼓泡氮气40分钟的溶液中,在氮气气流中,在100℃下搅拌4小时。将该溶液返回到室温,添加100ml水,滤取析出的晶体,用乙醇洗涤,获得化合物Q11(1.5g)。
(NMR测定的结果)
化合物Q11:1H NMR(CDCl3,400MHz)δ0.83(d,3H)、0.93(d,3H)、1.04-1.118(m,1H)、1.19-1.23(m,3H)、1.87(s、3H),3.94-4.05(m、1H),4.26(d、1H),5.90(d、1H),6.90-7.3(m、30H)
(实施例1)
对化合物Q11在230℃下进行30分钟加热处理时,根据NMR的鉴定,获得了从化合物Q11脱离2-乙烯基丙烷的化合物Q12。
对在100g甲苯中溶解了前述化合物Q11(2mg)的溶液照射紫外光(366nm)时,观测到了紫蓝发光,对在100g甲苯中溶解了2mg在230℃下进行30分钟加热处理获得的化合物Q12的溶液照射紫外光(366nm)时,获得了深蓝发光。
<在乙醇中的溶解性的评价>
将10mg的化合物Q11添加到加入了10mg乙醇的2个5ml样品瓶内,通过超声波搅拌机,进行20分钟搅拌处理,化合物Q11完全溶解。另一方面,对化合物Q12进行同样的实验,结果80%以上不能溶解而残留。
[化学式44]
(NMR测定的结果)
化合物Q12:1H NMR(CDCl3,400MHz)δ2.4(s,3H)、6.9-7.85(m、33H)
(实施例2)
对化合物Q6在230℃下进行30分钟加热处理时,获得了从化合物Q6脱离2-乙烯基丙烷与水的化合物Q14。
<在乙醇中的溶解性的评价>
将10mg的化合物Q6添加到加入了10mg乙醇的2个5ml样品瓶内,通过超声波搅拌机,进行20分钟搅拌处理,化合物Q6完全溶解。另一方面,对化合物Q14进行同样的实验,结果90%以上不能溶解而残留。
[化学式45]
(NMR测定的结果)
化合物Q14:1H NMR(CDCl3,400MHz)δ2.4(s,1H)、7.2-7.85(m、13H)
(质谱(Mass)测定的结果)
化合物Q14的MASS分析方法用下述的方法进行。
DEI法、DCI法(日本电子公司制造的质谱分析仪JMS-700/MStation)
电离法DEI(positive ion mode)
DCI(positive ion mode)-异丁烷气体
加速电压:70eV
发射器电流变化率:0A~0.9A
扫描质量数范围:m/z 100-800 2.0sec/scan
结果为m/z=M+450。
(合成例5)聚合物1的合成
[化学式46]
添加上述合成的化合物Q10(0.71g,1.30mmol)、4,4’-二溴联苯(0.39g,1.26mmol)、叔丁醇钠(0.47g,4.86mmol)和甲苯(7ml),系统内进行充分氮气置换,加热至50℃(溶液A)。
将三-叔丁基膦(0.0210g,0.0104mmol)添加到三(二亚苄基丙酮)二钯三氯甲烷配合物(0.013g,0.0013mmol)的甲苯2ml溶液中,加热至50℃(溶液B)。
在氮气气流中,将溶液B添加到溶液A中,进行2小时加热回流反应。将反应液放冷,将反应液滴加到200ml甲醇中,使粗聚合物1结晶出来。
将该粗聚合物1溶解在甲苯中,在丙酮中再沉淀,过滤所析出的聚合物。将所得粗聚合物1溶解在45ml甲苯中,添加溴苯(0.041g,0.3mmol)和叔丁醇钠(1.80g,2mmol),在系统内进行充分氮气置换,加热至50℃(溶液C)。
将三-叔丁基膦(0.003g,1.6mmol)添加到三(二亚苄基丙酮)二钯三氯甲烷配合物(0.013g,1.2mmol)的甲苯5ml溶液中,加热至50℃(溶液D)。
在氮气气流中,将溶液D添加到溶液C中,加热回流反应2小时。将N,N-二苯基胺(0.22g,1.3mmol)的甲苯(34ml)溶液添加到该反应液中,进一步加热回流反应8小时。将反应液放冷,滴加到甲醇中,获得粗聚合物1。
将所得粗聚合物1溶解在甲苯中,用稀盐酸洗涤,在含有氨的乙醇中再沉淀。通过柱色谱法提纯所过滤的聚合物,获得本发明的聚合物1(0.29g)。
重均分子量(Mw)=106696
数均分子量(Mn)=47937
分散度(Mw/Mn)=2.23
通过差示扫描量热计(SII NanoTechnology Inc.制造:DSC6220)观测聚合物1的热离解。确认热离解在230℃温度下有效发生。
(合成例6)
在合成例1中,除了将α-水芹烯(42.1g)改变为1,3-环己二烯(24.7g)以外,同样地进行反应和提纯处理,获得化合物Q 15(29.6g)。
[化学式47]
(NMR测定的结果)
化合物Q15:1H NMR(CDCl3,400MHz)δ1.5-1.6(m,4H)、4.32(m,2H)、6.45(s,2H)
(合成例7)
通过再循环制备HPLCLC-9204型(制备柱JAIGEL-1H-40;日本分析工业公司制造)分取合成例2中获得的、在粗品化合物Q6中作为副提纯物含有的化合物Q16,获得化合物Q16(0.5g)。
[化学式48]
(NMR测定的结果)
化合物Q16:1H NMR(CDCl3,400MHz)δ0.834(d,3H)、0.92(d,3H)、1.04-1.118(m,1H)、1.19-1.23(m,3H)、1.87(s、3H),3.94-3.97(m、1H),4.22(d、1H),5.83(d、1H),6.9-7.4(m、10H)
(合成例8)
在(合成例2)中,除了将Q2(30.6g)改变为Q5(22.4g)以外,同样地获得用下述结构式表示的化合物Q17(0.3g)。
[化学式49]
(NMR测定的结果)
化合物Q17:1H NMR(CDCl3,400MHz)δ1.5-1.6(m,4H)、4.32(m,2H)、6.45(m,2H)、7.0-7.7(m、10H)
(合成例9)
[化学式50]
在鼓泡氮气10分钟的甲苯(30g)中溶解二钯三(二亚苄基丙酮)三氯甲烷(0.28g)和三-叔丁基膦(0.29g),然后在70℃下加热10分钟。此后,将该钯催化剂溶液添加到在甲苯(100ml)中溶解了化合物Q16(0.84g)(合成例7中合成的化合物Q16)、N-苯基-1-氨基芘(1.08g)和叔丁醇钠(1.07g)且鼓泡氮气40分钟的溶液中,在氮气气流中,在80℃下搅拌3小时。将该溶液返回到室温,添加10ml水,滤取析出的晶体,用乙醇洗涤,获得化合物Q19(0.7g)。
(NMR测定的结果)
化合物Q19:1H NMR(CD Cl3,400MHz)δ0.83(d,3H)、0.93(d,3H)、1.04-1.118(m,1H)、1.19-1.23(m,3H)、1.87(s、3H),3.94-4.05(m、1H),4.26(d、1H),5.90(d、1H),6.90-3.3(m、38H)
(合成例10)
[化学式51]
在鼓泡氮气10分钟的甲苯(10g)中溶解二钯三(二亚苄基丙酮)三氯甲烷(0.025g)和三-叔丁基膦(0.027g),然后在70℃下加热10分钟。此后,将该钯催化剂溶液添加到在甲苯(10ml)中溶解了化合物Q17(0.067g)(合成例8中合成的化合物Q17)、N-苯基-1-氨基芘(0.098g)和叔丁醇钠(0.098g)且鼓泡氮气40分钟的溶液中,在氮气气流中,在80℃下搅拌3小时。将该溶液返回到室温,添加10ml水,滤取析出的晶体,用乙醇洗涤,获得化合物Q20(0.06g)。
(NMR测定的结果)
化合物Q20:1H NMR(CDCl3,400MHz)δ1.5-1.6(m,4H)、4.32(m,2H)、6.45(m,2H)、6.9-8.3(m、38H)
(合成例11)
对化合物Q19在230℃下进行30分钟加热处理时,根据NMR的鉴定,获得了从化合物Q19脱离2-乙烯基丙烷的化合物Q21。
[化学式52]
(NMR测定的结果)
化合物Q21:1H NMR(CDCl3,400MHz)δ2.4(s,3H)、6.9-8.3(m、41H)
<在有机溶剂中的溶解性的评价>
将5mg的化合物Q19添加到加入了甲苯∶己烷(10∶1重量比)的混合溶液100mg的2个5ml样品瓶内,通过超声波搅拌机,进行5秒钟搅拌处理,化合物Q 19完全溶解。另一方面,对化合物Q21进行同样的实验,结果80%以上不能溶解而残留。
(合成例12)
对化合物Q20在230℃下进行30分钟加热处理时,根据NMR的鉴定,获得了从化合物Q20脱离乙烯的化合物Q22。
[化学式53]
(NMR测定的结果)
化合物Q22:1H NMR(CDCl3,400MHz)δ6.9-8.3(m、42H)
<在有机溶剂中的溶解性的评价>
将5mg的化合物Q20添加到加入了甲苯∶己烷(1∶1重量比)的混合溶液100mg的2个5ml样品瓶内,通过超声波搅拌机,进行5秒钟搅拌处理,化合物Q20完全溶解。另一方面,对化合物Q22进行同样的实验,结果80%以上不能溶解而残留。
评价在甲苯∶己烷(10∶1重量比)的混合溶液中的溶解性,结果Q20和Q22都是80%以上不能溶解而残留。
(合成例13)
[化学式54]
将Q23(6.91g)、硼酸酯(3.54g)添加到甲苯(60ml)、EtOH(30ml)的混合溶剂中,鼓泡氮气40分钟。在反应溶液中添加碳酸钠水溶液(在30ml水中溶解6.6g碳酸氢钠之后,鼓泡氮气30分钟)。接着,添加0.78g Pd(PPh3)4,让反应溶液回流2小时。分取有机层,然后用水洗涤两次。将有机层减压干燥,然后通过柱色谱法提纯,获得Q24(4.6g,收率:69%)。
(合成例14)
[化学式55]
将Q24(6.9g)、苯基硼酸酯(1.25g)添加到甲苯(60ml)、EtOH(30ml)的混合溶剂中,鼓泡氮气40分钟。在反应溶液中添加碳酸钠水溶液(在30ml水中溶解6.6g碳酸氢钠之后,鼓泡氮气30分钟)。接着,添加0.54g Pd(PPh3)4,让反应溶液回流8小时。分取有机层,然后用水洗涤两次。将有机层减压干燥,然后通过柱色谱法提纯,获得Q25(2.6g,收率:66%)。
(合成例15)
[化学式56]
将Q25(2.6g)、乙醇(80ml)添加到200mL的茄形烧瓶中,搅拌。在溶液中添加氢氧化钾水溶液(KOH13.8g/水15ml),然后将溶液放置在85℃油浴中,反应7小时。将溶液放冷至室温,然后用冰冷却,将产物结晶。过滤晶体之后,用水悬洗,干燥,获得Q26(1.66g,收率:71%)。
(合成例16)
[化学式57]
添加Q26(2.23g)、4,4’-二溴联苯(0.92g)、叔丁醇钠(1.81g)和甲苯(30ml),系统内充分氮气置换,加热至65℃(溶液A)。
另一方面,将95mg三-叔丁基膦添加到三(二亚苄基丙酮)二钯三氯甲烷配合物(60mg)的甲苯溶液(5ml)中,加热至65℃(溶液B)。
在氮气气流中,将溶液B添加到溶液A中,进行加热回流反应。2小时之后,添加二溴苯(0.68g),回流120分钟。再次在反应溶液中添加溶液B,30分钟之后,追加二溴苯(15mg),这样反应2小时。
将反应液放冷,将反应液滴加到乙醇中,使粗聚合物2结晶出来。
将所得粗聚合物2溶解在100mL甲苯中,添加0.18g溴苯、1.81g叔丁醇钠,在系统内充分氮气置换,加热至65℃(溶液C)。
另一方面,将45mg三叔丁基膦添加到三(二亚苄基丙酮)二钯三氯甲烷配合物30mg的甲苯溶液6mL中,加热至65℃(溶液D)。
在氮气气流中,将溶液D添加到溶液C中,加热回流反应2小时。将0.99g N,N-二苯基胺添加到该反应液中,进一步加热回流反应4小时。将反应液放冷,滴加到乙醇中,获得封端(End Cap)的粗聚合物2。
将该封端的粗聚合物2溶解在250mL甲苯中,用200mL稀盐酸洗涤,在400mL含有氨的乙醇中再沉淀。所得聚合物在丙酮中再沉淀,过滤析出的聚合物。通过柱色谱法提纯所过滤的聚合物,得到聚合物2(1.04g)。另外,测定聚合物2的重均分子量和数均分子量,结果如下所述:
重均分子量(Mw)=31000
数均分子量(Mn)=18400
分散度(Mw/Mn)=1.68
(合成例17)
[化学式58]
边搅拌,边在室温下将盐酸(3.8g)滴加到Q27(3.4g)中,30分钟之后添加10ml水,滴加在0℃下冷却的NaNO2(1.3g)溶液,这样反应1小时。将该反应液添加到60℃的碘化钾(5.7g)溶液中,收集析出的沉淀,在二氯甲烷中溶解,进行分液。用硫酸镁干燥之后,浓缩。进一步,通过用硅胶柱色谱法(正己烷/醋酸乙酯=20/1)提纯,获得Q28(3.6g)。
(合成例18)
[化学式59]
添加Q28(2.0g,3.2454mmol)、Q29(1.77g,3.245mmol)、叔丁醇钠(0.84g,8.76mmol)和甲苯(30ml),系统内充分氮气置换,加热至60℃(溶液A)。将三-叔丁基膦(0.053g,0.26mmol)添加到三(二亚苄基丙酮)二钯三氯甲烷配合物(0.034g,0.033mmol)的甲苯2ml溶液中,加热至60℃(溶液B)。在氮气气流中,将溶液B添加到溶液A中,进行50分钟加热回流反应。将反应液放冷,将反应液滴加到300ml乙醇中,使粗聚合物3结晶出来。
将所得粗聚合物3溶解在100ml甲苯中,添加溴苯(0.1g,0.649mmol)和叔丁醇钠(0.84g,8.76mmol),在系统内充分氮气置换,加热至60℃(溶液C)。将三-叔丁基膦(0.053g)添加到三(二亚苄基丙酮)二钯三氯甲烷配合物(0.034g)的甲苯2ml溶液中,加热至60℃(溶液D)。在氮气气流中,将溶液D添加到溶液C中,加热回流反应2小时。将N,N-二苯基胺(0.55g,3.245mmol)的甲苯(3ml)溶液添加到该反应液中,进一步加热回流反应4小时。将反应液放冷,滴加到乙醇/水(250ml/50ml)溶液中,获得粗聚合物3。
将该粗聚合物3溶解在甲苯中,在丙酮中再沉淀,过滤所析出的聚合物。将所得聚合物溶解在甲苯中,用稀盐酸洗涤,在含有氨的乙醇中再沉淀。通过柱色谱法提纯所滤取的聚合物,获得聚合物3(0.6g)。
重均分子量(Mw)=37000
分散度(Mw/Mn)=1.7
(实施例3)有机电致发光元件的制作
[阳极]
在玻璃基板上,以150nm的厚度成膜氧化铟锡(ITO)透明导电膜(溅射成膜制品,薄层电阻(sheet resistance)15Ω)。通过通常的光刻技术将该透明导电膜图案化为2mm宽的条纹,形成阳极。
将形成了阳极的基板依次用丙酮进行超声波洗涤、用纯水进行水洗、用异丙醇进行超声波洗涤,洗涤后,吹送氮气进行干燥,再进行紫外线臭氧洗涤。
[空穴注入层]
接着,在阳极上形成空穴注入层。制备下述空穴注入层形成用组合物:作为空穴注入层的材料,其含有下述所示结构式的芳香族胺系高分子化合物(PB-1:重均分子量:29,400,数均分子量12,600)和电子接受性化合物(A-1),作为溶剂,其含有苯甲酸乙酯。空穴注入层形成用组合物的固体成分浓度(PB-1和A-1)为2重量%,PB-1∶A-1=10∶4(重量比)。在形成有上述阳极的基板上通过旋转涂布(旋转器转速:1500rpm,旋转器旋转时间:30秒)将该组合物成膜。进行旋转涂布之后,在260℃下进行180分钟的干燥,形成了膜厚30nm的均一的空穴注入层的薄膜。
[化学式60]
[化学式61]
[空穴传输层]
制备下述空穴传输层形成用组合物(有机电致发光元件用组合物):其含有上述聚合物1作为空穴传输层的材料,含有甲苯作为溶剂。空穴传输层形成用组合物的固体成分浓度为0.4重量%。使用该组合物,通过旋转涂布(旋转器转速:1500rpm,旋转器旋转时间:30秒),在空穴注入层上形成空穴传输层。进行旋转涂布之后,在230℃下进行60分钟的加热干燥,形成了膜厚20nm的均一的空穴传输层的薄膜。
[发光层]
制备下述发光层形成用组合物:作为发光层的材料,其含有以下所示的化合物(DDD-1)和以下所示的化合物(D-1),含有甲苯作为溶剂。发光层形成用组合物的固体成分浓度(DDD-1和D-1)为0.75重量%,(DDD-1)∶(D-1)=10∶1(重量比)。使用该组合物,通过旋转涂布(旋转器转速:1500rpm,旋转器旋转时间:30秒),在空穴传输层上成膜发光层。进行旋转涂布之后,在100℃下进行60分钟的加热干燥,形成了膜厚50nm的均一的发光层的薄膜。
[化学式62]
[化学式63]
[空穴阻挡层、电子传输层]
接着,在所形成的发光层上形成空穴阻挡层,进一步在空穴阻挡层上形成电子传输层。使用下述所示的HB-1作为空穴阻挡层的材料,通过真空蒸镀法形成膜厚10nm的空穴阻挡层。接着,使用下述所示的ET-1作为电子传输层的材料,通过真空蒸镀法形成膜厚30nm的电子传输层。
[化学式64]
[化学式65]
[电子注入层、阴极]
接着,在电子传输层上形成电子注入层,进一步在电子注入层上形成阴极。
电子注入层使用氟化锂(LIF),与电子传输层同样地通过真空蒸镀法形成膜厚0.5nm的电子注入层。
另外,使用铝作为阴极的材料,层叠膜厚80nm的阴极,其中,该阴极为分别与作为阳极的ITO条纹正交的形状的2mm宽的条纹状。
在通过以上操作制作的具有尺寸2mm×2mm的发光面积部分的有机电致发光元件上施加7V的电压时,评价作为发光元件的发光的有无与发光颜色。
结果,由使用化合物DDD-1制作的有机电致发光元件获得了蓝色发光。此外,在1000cd/m2下发光时的驱动电压为7.0V。
(比较例1)
除了将空穴传输层形成用组合物中使用的聚合物1改变为下述的聚合物(HT-1)以外,与实施例3同样地,制作有机电致发光元件。结果,观测到蓝色的发光。然而,在1000cd/m2下发光时的驱动电压为8.1V的高电压。
[化学式66]
(实施例4)
首先,在玻璃基板上,以2mm宽的条纹状图案化氧化铟锡(ITO)透明导电膜(三容真空公司制造,溅射成膜品),所得基板依次用表面活性剂水溶液进行超声波洗涤、用超纯水进行水洗、用超纯水进行超声波洗涤、用超纯水进行水洗,洗涤后,吹送氮气进行干燥,最后进行紫外线臭氧洗涤。
[空穴注入层的形成]
接着,将2重量%下述所示结构式的芳香族胺系高分子化合物(PB-3:重均分子量60000)和0.8重量%前述电子接受性化合物(A-1)溶解在作为溶剂的苯甲酸乙酯中,制备固体成分浓度2重量%的空穴注入层用涂布液。
[化学式67]
在洗涤处理过的ITO基板上,使用上述空穴注入层用涂布溶液,通过旋转涂布法形成空穴注入层。旋转涂布在气温23℃、相对湿度50%的大气中进行,转速为1500rpm,旋转时间为30秒。涂布后,在电热板上进行80℃1分钟加热干燥,然后擦拭掉电极上的不需要部分,在烘箱中大气中在230℃下烘焙1小时,形成膜厚30nm的空穴注入层。
(空穴传输层的形成)
接着,将0.4重量%下述式(V)所示的聚合物(重均分子量95000)溶解在作为溶剂的甲苯中,制作空穴传输层用涂布液。甲苯使用脱水等级的市售产品,在氧浓度1.0ppm、水分浓度1.0ppm的氮气手套箱中制备空穴传输层用涂布液。
[化学式68]
将涂布了空穴注入层的基板放入到氮气手套箱中,在空穴注入层上,使用上述空穴传输层用涂布液,通过旋转涂布法形成空穴传输层。转速为1500rpm,旋转时间为30秒。涂布后,擦拭掉电极上的不需要部分,在电热板上在230℃下烘焙1小时,形成膜厚30nm的空穴传输层(B1)。
空穴传输层用涂布液的制备、旋转涂布、烘焙全部在氧浓度1.0ppm、水分浓度1.0ppm的氮气手套箱中进行,不暴露于大气。
(发光层的形成)
接着,制备用于将发光层涂布成膜的发光层涂布液。
(发光层涂布液的制备)
将100重量份下述式VI所示的化合物、10重量份下述化合物Q19溶解在作为溶剂的甲苯中,制备0.8wt%的溶液。将该溶液用0.2μm的PTFE过滤器过滤,制备发光层涂布液(D1)。发光层涂布液(D1)的制备在氧浓度1.0ppm、水分浓度1.0ppm的氮气手套箱中进行。
[化学式69]
[化学式70]
(发光层涂布成膜)
在空穴传输层上,使用发光层涂布液(D1),通过旋转涂布法形成发光层。旋转涂布在氧浓度1.0ppm、水分浓度1.0ppm的氮气手套箱中进行,转速为1500rpm,旋转时间为30秒。涂布后,擦拭掉电极上的不需要部分,在电热板上在230℃下加热1小时,将化合物Q19(合成例9中合成的化合物Q19)表示的化合物转化为化合物Q21(合成例11中合成的化合物Q21)表示的化合物,形成膜厚65nm的发光层。
[化学式71]
暂且将该基板取出到大气中,设置到真空蒸镀装置的室(chamber)内。该室用旋转泵粗抽吸之后,用低温泵(cryopump)减压。真空度为1.0×10-4Pa。在基板的规定区域上配置蒸镀用掩模,在该室中,预先将必需的蒸镀材料加入和配置到各自的钼制舟皿(boat)中。
(空穴阻挡层的形成)
(电子传输层的形成)
(阴极形成)
接着,暂且将基板取出到大气中,将作为阴极蒸镀用的掩模的2mm宽的条纹状荫罩(shadow mask)配置成与阳极的ITO条纹正交,设置于蒸镀装置。该室用旋转泵粗抽吸之后,用低温泵减压。真空度为3.0×10-4Pa。作为阴极,首先,将加入了氟化锂(LiF)的钼制舟皿通电加热,在电子传输层上进行蒸镀。蒸镀条件为:蒸镀时的真空度为3.0×10-4Pa,蒸镀速度为0.05/s,以0.5nm的膜厚成膜。最后,将加入了铝的钼制舟皿通电加热,蒸镀阴极。蒸镀条件为:蒸镀时的真空度为5.0×10-4Pa,蒸镀速度为2.0/s,以70nm的膜厚成膜。
(密封)
接着,暂且将基板取出到大气中,转移到氮气置换过的手套箱中。在氮气置换过的手套箱中,将吸湿剂薄片贴附在密封玻璃板的凹部上,通过分配器在密封玻璃板的凹部的周围涂布UV固化树脂涂料,进行密合,使得用密封玻璃板密封已进行了蒸镀的基板的蒸镀区域,用UV灯照射UV光,使UV固化树脂固化。
如以上所述,获得了有机电致发光元件。
(元件评价确认)
对该元件通电时,获得了蓝色发光。该元件以1000cd/m2的亮度发光时的电压为9.2V,电流发光效率为3.1cd/A。
(实施例5)
(有机电致发光元件制作)
接着,在实施例4的发光层的材料中,使用下述式所示的化合物Q20(合成例10中合成的化合物Q20)代替化合物Q19,除此以外,与实施例4同样地,制作有机电致发光元件。
下述式所示的化合物Q20在发光层涂布之后在电热板上在230℃下加热1小时之后,转化为下述式所示的化合物Q22。
[化学式72]
[化学式73]
(元件评价确认)
对该元件通电,结果获得了蓝色发光。该元件以1000cd/m2的亮度发光时的电压为9.8V,电流发光效率为3.1cd/A。
(实施例6)
在实施例5中,如下所述形成空穴注入层3、空穴传输层4、发光层5,除此以外,与实施例5同样地形成有机电致发光元件。
制备下述空穴注入层形成用组合物:其含有下述式所示结构的高分子化合物PB-2(重均分子量(Mw):93000,分散度:1.69)作为形成空穴注入层3的材料,含有下述式所示结构的化合物A-1作为电子接受性化合物,以及含有苯甲酸乙酯作为溶剂。组合物中,该高分子化合物PB-2为2.0重量%的浓度,该化合物A-1为0.4重量%的浓度。该组合物通过旋转器转速1500rpm、旋转器旋转时间30秒、在大气中的旋转涂布法,在上述阳极上成膜,在230℃下加热3小时,使该高分子化合物PB-2交联,干燥,从而形成膜厚45nm的均一的薄膜(空穴注入层3)。
[化学式74]
制备下述空穴传输层形成用组合物:其含有本发明的高分子化合物NH-1(合成例5中合成的聚合物1,重均分子量(Mw):70000,分散度:1.9)作为形成空穴传输层4的材料以及含有环己基苯作为溶剂。组合物中,高分子化合物NH-1为1.4重量%的浓度。该组合物通过旋转器转速1500rpm、旋转器旋转时间30秒、在氮气中的旋转涂布法,在上述空穴注入层上成膜,然后在230℃下在氮气中加热1小时,从而形成膜厚20nm的均一的薄膜(空穴传输层)。
[化学式75]
制备下述发光层形成用组合物:作为形成发光层5的材料,其含有前述化合物(DDD-1)和前述化合物(D-1),作为溶剂含有环己基苯。发光层形成用组合物的固体成分浓度(DDD-1和D-1)为3.1重量%,(DDD-1)∶(D-1)=10∶1(重量比)。使用该组合物,通过旋转涂布(旋转器转速:1500rpm,旋转器旋转时间:30秒),在空穴传输层上成膜发光层。进行旋转涂布之后,在减压下,在130℃下进行60分钟的加热干燥,形成了膜厚50nm的均一的发光层的薄膜。
所得元件的发光特性如下所述。
电压:9.5[V]@2,500cd/m2
亮度/电流:4.8[cd/A]@2,500cd/m2
该元件的特性在表12中示出。可以看出,本发明的有机电致发光元件是驱动电压低,电流效率高的元件。
(实施例7)
在实施例6中,除了如下所述形成空穴注入层3以外,与实施例6同样地形成有机电致发光元件。
制备下述空穴注入层形成用组合物:其含有本发明的高分子化合物NH-2(合成例15中合成的聚合物2,重均分子量(Mw):31000,分散度:1.68)作为形成空穴注入层3的材料,含有下述式所示结构的化合物A-1作为电子接受性化合物,以及含有苯甲酸乙酯作为溶剂。组合物中,该高分子化合物NH-2为2.0重量%的浓度,该化合物A-1为0.4重量%的浓度。该组合物通过旋转器转速1500rpm、旋转器旋转时间30秒、在大气中的旋转涂布法,在上述阳极上成膜,然后在230℃下加热3小时,由此形成膜厚45nm的均一的薄膜(空穴注入层3)。
[化学式76]
所得元件的发光特性如下所述。
电压:7.4[V]@2,500cd/m2
亮度/电流:4.6[cd/A]@2,500cd/m2
该元件的特性在表12中示出。可以看出,本发明的有机电致发光元件是驱动电压低、电流效率高的元件。
(比较例2)
在实施例6中,除了如下所述形成空穴传输层3以外,与实施例6同样地形成有机电致发光元件。
制备下述空穴传输层形成用组合物:其含有以下所示结构的高分子化合物HT-2(重均分子量(Mw):95000,分散度:2.2)作为形成空穴传输层4的材料以及含有环己基苯作为溶剂。组合物中,高分子化合物HT-2为1.4重量%的浓度。该组合物通过旋转器转速1500rpm、旋转器旋转时间30秒、在氮气中的旋转涂布法,在上述空穴注入层上成膜,然后在230℃下在氮气中加热1小时,从而形成膜厚20nm的均一的薄膜(空穴传输层)。
[化学式77]
所得元件的发光特性如下所述。
电压:10.6[V]@2,500cd/m2
亮度/电流:4.5[cd/A]@2,500cd/m2
该元件的特性在表12中示出。
表12
(实施例8)
单层元件的电流-电压特性
制作图2所示的单层元件。
在玻璃基板1上,将氧化铟锡(ITO)透明导电膜堆积成120nm的厚度而得到成膜品(三容真空公司制造,溅射成膜品),使用通常的光刻技术和盐酸蚀刻法,将该成膜品图案化为2mm宽的条纹状,从而形成阳极2。将形成了图案的ITO基板依次用表面活性剂水溶液进行超声波洗涤、用超纯水进行水洗、用超纯水进行超声波洗涤、用超纯水进行水洗,洗涤后,用压缩空气进行干燥,最后进行紫外线臭氧洗涤。
将4.5重量%前述本发明的高分子化合物(NH-2)和0.9重量%结构式(A-1)所示的4-异丙基-4’-甲基二苯基碘鎓四(五氟苯基)硼酸盐溶解在作为溶剂的苯甲酸乙酯中,然后使用孔径0.2μm的PTFE(聚四氟乙烯)制膜滤器进行过滤,制作了涂布组合物。将该涂布组合物在上述基板上旋转涂布。旋转涂布在气温23℃、相对湿度60%的大气中进行,旋转器转速为1500rpm,旋转器旋转时间为30秒。旋转涂布后,在烘箱中在常压大气氛围中在230℃下加热1小时。这样,形成了空穴注入层3。
接着,以与阳极2的ITO条纹正交的方式,将作为阴极蒸镀用的掩模的2mm宽的条纹状荫罩与元件密合。通过油封式旋转泵进行装置的粗排气之后,使用低温泵排气,使得装置内的真空度达到3×10-4Pa以下。
如以上那样,获得了具有尺寸2mm×2mm的元件面积的单层元件。
将所得单层元件连接于Keithley公司制造的2400型数字源表(SourceMeter),依次施加电压,读取电流值。
该元件的电流-电压特性在图3中示出。
如图3所示,使用本发明的高分子化合物的元件与比较例的元件相比,在较低电压下电流流动。由此可以看出,本发明的高分子化合物与比较例中使用的聚合物相比具有优异的电荷传输能力。
(比较例3)
除了将本发明的高分子化合物(NH-2)替换为前述高分子化合物(PB-2)以外,与实施例8同样地,制作图2所示的单层元件。
将所得单层元件连接于Keithley公司制造的2400型数字源表,依次施加电压,读取电流值。该元件的电流-电压特性在图3中示出。
<太阳能电池元件的制作>
(实施例9)使用本发明的高分子化合物的太阳能电池的制作
制作图4所示的元件。
使用甲苯作为溶剂,溶解0.9重量%下述式所示的NH-1(合成例5中合成的聚合物1)和0.09重量%A-1,制备空穴输出层用组合物。在作为电极的ITO电极图案化的玻璃基板上,作为空穴输出层,通过旋转涂布(1500rpm)涂布空穴输出层用组合物,然后在230℃的洁净烘箱内将基板加热处理1小时。
[化学式78]
在真空蒸镀装置内配置的金属舟皿中,放入下述式(A)所示的化合物四苯并卟啉(三菱化学公司制造),通过蒸镀和氮气氛围下的加热处理(180℃20分钟),在空穴输出层上形成约75nm的p型半导体的层。
[化学式79]
接着,在氮气氛围下旋转涂布(3000rpm)溶解了1.2重量%下述式(B)所示的苯基C61-丁酸丁酯[60]富勒烯(Frontier Carbon Corporation制造)的甲苯溶液,通过在65℃下加热处理5分钟,在p型半导体层上形成了富勒烯衍生物的层。
[化学式80]
将下述式(C)所示的化合物2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲咯啉(B CP,同仁化学制造)投入到真空蒸镀装置内配置的金属舟皿中,通过真空蒸镀,在富勒烯衍生物的层上形成约6nm的电子输出层。
[化学式81]
进一步,通过真空蒸镀在电子输出层上设置厚度80nm的铝电极,制作太阳能电池。
用太阳模拟器(AM1.5G)从ITO电极侧向所制作的太阳能电池照射100mW/cm2强度的光,用数字源表(Keithley公司制造,2400型),测定ITO电极与铝电极之间的电流-电压特性,算出光电转换效率,结果为1.33%。
(比较例4)不使用空穴输出层的太阳能电池的制作
不使用空穴输出层,在ITO电极图案化了的玻璃基板上形成约75nm的p型半导体的层,除此以外,与实施例9同样地制作太阳能电池。
与实施例9同样地算出所制作的太阳能电池的光电转换效率,结果为0.83%。
[表13]
| 空穴输出层 | Voc[V] | PCE[%] | |
| 实施例9 | NH-1 | 0.69 | 1.33 |
| 比较例4 | 无 | 0.36 | 0.82 |
如表13所示,可以看出,具有使用本发明的聚合物形成的层的太阳能电池元件的光电转换效率(PCE)高,且开路电压(Voc)也高。
参照特定的实施方式详细说明了本发明,但对于本领域技术人员来说,显然,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,可以进行各种变更或修正。
本申请以2008年8月7日申请的日本专利申请(日本特愿2008-204342)为基础,其内容作为参照引入到此处。
产业上的可利用性
具有有机层且该有机层含有本发明的具有热离解可溶性基团的聚合物、发光层材料的有机电致发光元件被考虑用于平板显示器(例如OA计算机用、壁挂式电视)、车载显示元件、发挥作为手机显示、平面发光体的特征的光源(例如用于复印机的光源、液晶显示器、仪表类的背灯光源)、显示板、标识灯,其技术价值很大。
此外,本发明的聚合物不仅可用于有机电致发光元件材料,而且可用于例如滤色器用着色光刻胶、隔壁、外涂层、光刻间隔物(photospacer)等滤色器用透明光刻胶、有机绝缘膜、有机TFT材料、有机太阳能电池等的有机电子材料、电子照相感光体材料、以及含有它们的所有有机器件。
Claims (22)
1.一种聚合物,其特征在于,该聚合物具有热离解可溶性基团。
2.根据权利要求1所述的聚合物,其特征在于,在重复单元内具有芳香族环,所述热离解可溶性基团键合于与所述芳香族环稠合的烃环上。
3.根据权利要求1或2所述的聚合物,其特征在于,所述芳香族环是芳香族烃环。
4.根据权利要求1~3的任一项所述的聚合物,其特征在于,所述热离解可溶性基团是通过逆第尔斯-阿尔德反应热离解的基团。
5.根据权利要求1~4的任一项所述的聚合物,其特征在于,所述热离解可溶性基团是在100℃以上且300℃以下热离解的基团。
6.根据权利要求2~5的任一项所述的聚合物,其特征在于,所述烃环是含有亚乙烯基或亚乙基的环。
7.根据权利要求1~6的任一项所述的聚合物,其特征在于,所述聚合物在重复单元中含有下述化学式(U3)或下述化学式(U4)所示的结构,
[化学式1]
式(U3)中,环A1表示芳香族环,所述芳香族环可以具有1个或2个以上的取代基,另外,所述取代基之间可以直接或通过二价连接基形成环,
S21、S22、R21~R26各自独立地表示氢原子、羟基、可以具有取代基的烷基、可以具有取代基的芳香族烃环基、可以具有取代基的芳香族杂环基、可以具有取代基的芳烷基、可以具有取代基的烷氧基、可以具有取代基的芳氧基、可以具有取代基的酰基、可以具有取代基的链烯基、可以具有取代基的炔基、可以具有取代基的酰氧基、可以具有取代基的芳氨基、可以具有取代基的杂芳基氨基或可以具有取代基的酰氨基,
X1和X2各自独立地表示可以具有取代基的碳原子数6以上且50以下的二价芳香族烃环基或可以具有取代基的碳原子数3以上且50以下的二价芳香族杂环基,
式(U4)中,环B1表示芳香族环,所述芳香族环可以具有1个或2个以上的取代基,另外,所述取代基之间可以直接或通过二价连接基形成环,
S31~S34、R31~R36、X3和X4各自独立地与作为所述S21、S22、R21~R26、X1和X2表示的基团含义相同,
n1~n4各自独立地表示0~5的整数。
8.根据权利要求7所述的聚合物,其特征在于,在所述化学式(U3)和所述化学式(U4)中,环A1和环B1各自独立地选自由苯环、萘环、蒽环和并四苯环组成的组。
10.一种电子器件用组合物,其特征在于,所述组合物含有权利要求1~9的任一项所述的聚合物和溶剂。
11.一种有机电致发光元件,该有机电致发光元件具有阳极、阴极和在所述阳极与所述阴极之间的有机层,其特征在于,具有使用权利要求10所述的电子器件用组合物通过湿式成膜法形成的层作为该有机层。
12.一种太阳能电池元件,该太阳能电池元件具有阳极、阴极和在所述阳极和所述阴极之间的有机层,其特征在于,具有使用权利要求10所述的电子器件用组合物通过湿式成膜法形成的层作为该有机层。
13.一种发光层材料,其特征在于,所述发光层材料包含具有热离解可溶性基团的低分子化合物。
14.根据权利要求13所述的发光层材料,其特征在于,所述发光层材料具有下述化学式(U1)所示的部分结构,
[化学式3]
在式(U1)中,环A0表示芳香族环,所述芳香族环可以具有1个或2个以上的取代基,另外,所述取代基之间可以直接或者通过二价连接基形成环,
S1、S2、R1、R6各自独立地表示氢原子、羟基、可以具有取代基的烷基、可以具有取代基的芳香族烃环基、可以具有取代基的芳香族杂环基、可以具有取代基的芳烷基、可以具有取代基的烷氧基、可以具有取代基的芳氧基、可以具有取代基的酰基、可以具有取代基的链烯基、可以具有取代基的炔基、可以具有取代基的酰氧基、可以具有取代基的芳氨基、可以具有取代基的杂芳基氨基或可以具有取代基的酰氨基,
R2~R5各自独立地表示氢原子、可以具有取代基的烷基,
其中,R2~R5不全部同时是氢原子。
15.根据权利要求13所述的发光层材料,其特征在于,所述发光层材料具有下述化学式(U2)所示的部分结构,
[化学式4]
式(U2)中,环B0表示芳香族环,所述芳香族环可以具有1个或2个以上的取代基,另外,所述取代基之间可以直接或通过二价连接基形成环,
S11~S14、R11~R16各自独立地表示氢原子、羟基、可以具有取代基的烷基、可以具有取代基的芳香族烃环基、可以具有取代基的芳香族杂环基、可以具有取代基的芳烷基、可以具有取代基的烷氧基、可以具有取代基的芳氧基、可以具有取代基的酰基、可以具有取代基的链烯基、可以具有取代基的炔基、可以具有取代基的酰氧基、可以具有取代基的芳氨基、可以具有取代基的杂芳基氨基或可以具有取代基的酰氨基。
16.根据权利要求14或15所述的发光层材料,其特征在于,作为所述芳香族环的环A0或环B0为芳香族烃环。
17.一种有机电致发光元件用组合物,其特征在于,所述组合物含有权利要求13~16的任一项所述的发光层材料和溶剂。
18.一种有机电致发光元件,该有机电致发光元件具有阳极、阴极和在所述阳极与所述阴极之间的有机层,其特征在于,具有使用权利要求17所述的有机电致发光元件用组合物通过湿式成膜法形成的层作为所述有机层。
19.一种有机EL显示装置,其特征在于,所述有机EL显示装置包含权利要求11或18所述的有机电致发光元件。
20.一种有机EL照明,其特征在于,所述有机EL照明包含权利要求11或18所述的有机电致发光元件。
21.一种有机电致发光元件材料,其特征在于,所述有机电致发光元件材料是通过加热如下化合物而获得的,该化合物在分子内具有芳香族烃环或芳香族杂环,且具有热离解可溶性基团键合于与所述芳香族烃环或所述芳香族杂环稠合的烃环上的部分结构。
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