TWI774816B - 二苯并吡咯甲川硼螯合化合物、近紅外光吸收材料、薄膜及有機電子裝置 - Google Patents
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Abstract
Description
本發明係有關在近紅外光域中具有吸收帶的新穎之二苯并吡咯甲川硼螯合化合物,以及含有該化合物的近紅外光吸收材料、薄膜及有機電子裝置。
在700至2,500nm的波長域中具有吸收帶的近紅外光吸收材料,一直以來已被研究其在產業上的各種用途之利用。其具體的用途,可舉出CD-R(可紀錄光碟,compact disk-recordable)等光資訊記錄媒體;熱感CTP(電腦直接製版,computer to plate)、閃光墨粉固定(flash toner fixing)、雷射熱記錄等印刷用途;隔熱膜等。再者,活用選擇性地吸收特定波長域的特性,也可使用在PDP(電漿顯示裝置,plasma display panel)等所使用的近紅外光濾光片或植物成長調整用膜等上。進一步,藉由使含有近紅外光吸收材料的色素溶解或分散在溶劑中,也可使用為近紅外光吸收油墨。以該近紅外光吸收油墨製成的印刷品, 由於僅能以近紅外光檢測器等讀取而難以用目視辨識(不可見圖像),故例如可使用於以防偽等為目的之印刷等。
此種不可見圖像形成用之紅外光吸收材料,已知有無機系紅外光吸收材料與有機系紅外光吸收材料。其中,無機系紅外光吸收材料,可舉出鐿等稀土金屬或銅磷酸結晶化玻璃等。然而,由於此等無機系紅外光吸收材料的近紅外區域之光吸收能力不充分,每單位面積需要多量的紅外光吸收材料來形成不可見圖像,進一步在形成的不可見圖像上形成可見圖像時,作為基底的不可見圖像表面之凹凸不平有對可見圖像的表面狀態造成影響的情形。
相對於此,由於有機系紅外光吸收材料的近紅外區域之光吸收性充分,故用以形成不可見圖像之每單位面積的紅外光吸收材料之使用量比較少。因此,使用有機系紅外吸收材料時,不會產生如使用無機系紅外光吸收材料時的問題。因此,迄今大多在進行著有機系近紅外光吸收材料的開發。
此外,有機電子裝置由於不僅原材料不含烯金屬,可穩定地供應,並且因無機材料不具有可撓性之點及可利用濕式成膜法來製造之點,故近年非常受到關注。有機電子裝置的具體例可舉出:有機EL元件、有機太陽能電池元件、有機光電轉換元件及有機電晶體元件等,並且探討活用有機材料的特色之用途。
此等有機電子裝置之中,對於有機太陽能電池元件及有機光電轉換元件,至今主要研究有關可見光域 中的吸收特性。而且,目前進行著可兼具由異質接面結構(bulk heterojunction structure)所致之光電轉換效率的改善與暗電流值的抑制。再者,除了進一步改善性能外,為了安全應用及生物成像應用等新用途的展開,近紅外區域中的吸收特性亦開始受到關注。然而,對於近紅外區域的光吸收色素在有機太陽能電池元件及光電轉換元件的應用開發才剛開始,其報導數並不多。例如在專利文獻1中,進行以將先前敘述的紅外線吸收材料之一的方酸菁染料等既有色素應用在近紅外區域中的光電轉換材料上為目的的檢討,但使用方酸菁的有機電子材料缺乏堅固性而不實用。
在非專利文獻1及2中,係進行有關硼二吡咯甲川色素(boron-dipyrromethene,以下稱為「BODIPY」。)的報導,硼二吡咯甲川色素是從紅色或近紅外光域的吸收帶中顯示螢光帶,作為堅固性優異的色素。
再者,在專利文獻2中記載單純的BODIPY色素在500nm附近顯示強的吸收帶,但藉由π共軛系的擴張或導入有電子供應性取代基之芳香族基的導入,可能將吸收波長延伸至近紅外光域。
再者,在專利文獻3至5中記載藉由將具有BODIPY骨架的化合物進行B-O螯合化,可進一步提升相對於化合物的光之堅固性,同時可將吸收波長偏移到長波長側。特別是,在專利文獻3及4中記載將此等B-O螯合化合物應用在有機太陽能電池元件及有機光電轉換元件上之例。然而,專利文獻3中的B-O螯合化合物在近紅外區 域中的光電轉換光譜之最大吸收波長是750nm左右,其吸收端也為800nm左右。並且,其光電轉換特性也比可見光域差。再者,在專利文獻5中,完全未提及關於吸收波長或近紅外區域中的光電轉換特性。亦即,為了使用在近紅外光電轉換用途,謀求進一步的光電轉換波長之長波長化、近紅外區域中的光電轉換特性之高感度化。
[專利文獻1]日本特開2017-137264號公報
[專利文獻2]日本特開1999-255774號公報
[專利文獻3]日本特開2012-199541號公報
[專利文獻4]日本特開2016-166284號公報
[專利文獻5]國際公開第2013/035303號
[非專利文獻1]Chem. Soc. Rev.,2014, 43, 4778-4823
[非專利文獻2]Chem. Rev., 2007, 107,4891-4932
本發明的目的是提供一種在近紅外區域中具有廣大吸收,並且在近紅外區域中的光電轉換效率優異之有機化合物,並且提供含有此化合物的近紅外光吸收材料、含有該近紅外光吸收材料的有機薄膜、含有該有機薄膜的 有機電子裝置及含有該有機薄膜的有機光電轉換元件。
本發明人等為了解決前述各問題而深入探究,開發出新穎的二苯并吡咯甲川硼螯合化合物,其使用於有機電子裝置時可發揮充分的性能,另外發現使用此化合物的有機電子裝置有作為近紅外光電轉換元件的功能,進而完成本發明。亦即,本發明是如下所述。
〔1〕一種化合物,係以下述式(1)表示者,
式(1)中的R1至R8表示氫原子、脂肪族烴基、烷氧基、烷硫基、芳香族基、雜環基、鹵素原子、羥基、巰基、硝基、取代胺基、非取代胺基、氰基、磺基或醯基;但是,R1至R4的至少一個表示氫原子之外,且R5至R8的至少一個表示氫原子之外;X1至X3的任一個表示硫原子,其餘2個表示具有1個R0的碳原子;X4至X6的任一個表示硫原子,其餘2個表示具有1個R0的碳原子;R0是分別表示氫原子、脂肪族烴基、烷氧基、烷硫基、芳香族基、雜環 基、鹵素原子、羥基、巰基、硝基、取代胺基、非取代胺基、氰基、磺基或醯基;又,在X1與X2表示R0C時、X2與X3表示R0C時、X4與X5表示R0C時及X5與X6表示R0C時,鄰接的R0之間可相互地鍵結而形成環結構;〔2〕如前項〔1〕所述之化合物,係以下述式(2)表示者,
上述式(2)中的R1至R8表示與前項〔1〕所述之式(1)中的R1至R8相同之意;R9至R12是分別的表示氫原子、脂肪族烴基、烷氧基、烷硫基、芳香族基、雜環基、鹵素原子、羥基、巰基、硝基、取代胺基、非取代胺基、氰基、磺基或醯基;又,R9與R10可相互地鍵結而形成環結構,R11與R12可相互地鍵結而形成環結構;〔3〕如前項〔1〕或〔2〕所述之化合物,其中,R1至R4的至少一個是脂肪族烴基、芳香族基、雜環基或鹵素原子,且R5至R8的至少一個是脂肪族烴基、芳香族基、雜環基或鹵素原子; 〔4〕如前項〔3〕所述之化合物,其中,R1至R4的至少一個是鹵素原子,且R5至R8的至少一個是鹵素原子;〔5〕如前項〔4〕所述之化合物,其中,R1至R4的至少一個是脂肪族烴基、芳香族基或雜環基,且R5至R8的至少一個是脂肪族烴基、芳香族基或雜環基;〔6〕如前項〔1〕至〔5〕中任一項所述之化合物,其中,R1與R8是相同、R2與R7是相同、R3與R6是相同,且R4與R5是相同;〔7〕如前項〔2〕至〔6〕中任一項所述之化合物,其中,R9及R10的至少一個是芳香族基、雜環基或鹵素原子,R11及R12的至少一個是芳香族基、雜環基或鹵素原子;〔8〕一種近紅外光吸收材料,其係含有前項〔1〕至〔7〕中任一項所述之化合物;〔9〕一種有機薄膜,其係含有前項〔8〕所述之近紅外光吸收材料;〔10〕一種有機薄膜,其係含有前項〔9〕所述之有機薄膜;以及,〔11〕一種有機光電轉換元件,其中含有前項〔9〕所述之有機薄膜。
使用本發明的新穎化合物之有機薄膜,係在近紅外光域中具有主要吸收帶者。再者,藉由使用該化合物及/或該薄膜,實現近紅外光電轉換元件。該化合物可利用在各種有機電子裝置。
1‧‧‧絕緣部分
2‧‧‧上方電極膜
3‧‧‧電子阻擋層
4‧‧‧光電轉換層
5‧‧‧電洞阻擋層
6‧‧‧下方電極膜
7‧‧‧絕緣基材或其他光電轉換元件
1‧‧‧基板
2‧‧‧陽極
3‧‧‧電洞注入層
4‧‧‧電洞輸送層
5‧‧‧發光層
6‧‧‧電子輸送層
7‧‧‧陰極
【第1圖】表示例示本發明的光電轉換元件之實施形態的剖面圖。
【第2圖】表示有機電激發光元件的層構成例之示意剖面圖。
【第3圖】表示實施例10的有機薄膜之吸收光譜。
【第4圖】表示實施例11的有機薄膜之吸收光譜。
【第5圖】表示實施例12的有機薄膜之吸收光譜。
【第6圖】表示實施例13的有機薄膜之吸收光譜。
【第7圖】表示實施例14的有機薄膜之吸收光譜。
【第8圖】表示比較例2的有機薄膜之吸收光譜。
【第9圖】表示實施例15的有機光電轉換元件之光電流應答性。
【第10圖】表示實施例16的有機光電轉換元件之光電流應答性。
【第11圖】表示實施例17的有機光電轉換元件之光電流應答性。
【第12圖】表示實施例18的有機光電轉換元件之光電流應答性。
【第13圖】表示比較例3的有機光電轉換元件之光電流應答性。
以下,詳細地說明本發明的內容。此處所記 載之構成要件的說明,雖然是依照本發明的代表性之實施形態或具體例者,但本發明並非侷限於該等實施形態或具體例。又,本說明書中,近紅外區域係指750至2,500nm的範圍內之光的波長域,近紅外光吸收材料(或色素)是指近紅外光域中具有主要吸收波長的材料(或色素),近紅外發光材料(或色素)是指在近紅外光域中發光的材料(或色素)之意。
本發明的化合物係以下述通式(1)表示。
式(1)中的R1至R8表示氫原子、脂肪族烴基、烷氧基、烷硫基、芳香族基、雜環基、鹵素原子、羥基、巰基、硝基、取代胺基、非取代胺基、氰基、磺基或醯基。但是,R1至R4的至少一個表示氫原子之外,且R5至R8的至少一個表示氫原子之外。X1至X3的任一個表示硫原子,其餘2個表示具有1個R0的碳原子。X4至X6的任一個表示硫原子,其餘2個表示具有1個R0的碳原子。R0是分別獨立地表示氫原子、脂肪族烴基、烷氧基、烷硫基、芳香族基、雜環基、鹵素原子、羥基、巰基、硝基、取代 胺基、非取代胺基、氰基、磺基或醯基。又,在X1與X2表示R0C時、X2與X3表示R0C時、X4與X5表示R0C時及X5與X6表示R0C時,鄰接的R0之間可相互地鍵結而形成環結構。
上述式(1)僅為顯示一種共振結構者,本發明的化合物並非侷限於圖示之共振結構者。
上述式(1)中的R1至R8表示之脂肪族烴基,可以是飽和或不飽和的直鏈狀、分枝狀或環狀的脂肪族烴,其碳數是以1至30為佳,以1至20更佳,以3至10又更佳。此處,飽和或不飽和的直鏈、分枝或環狀的脂肪族烴基之具體例可舉出:甲基、乙基、丙基、異丙基、正丁基、異丁基、烯丙基、第三丁基、正戊基、正己基、正辛基、正癸基、正十二烷基、正十三烷基、正十四烷基、正十六烷基、正十七烷基、正丁烯基、2-乙基己基、3-乙基庚基、4-乙基辛基、2-丁基辛基、3-丁基壬基、4-丁基癸基、2-己基癸基、3-辛基十一烷基、4-辛基十二烷基、2-辛基十二烷基、2-辛基十四烷基、環丙基、環丁基、環戊基及環己基等。
式(1)中的R1至R8表示之脂肪族烴基,係以直鏈狀或分枝狀的脂肪族烴基為佳,以飽和的直鏈狀或分枝狀的烷基更佳,以正丁基、正己基、正辛基、正癸基、正十二烷基、2-乙基己基、2-甲基丙基或2-丁基辛基又更佳,以正己基、正辛基或2-甲基丙基尤佳。
上述式(1)中的R1至R8表示之烷氧基,係氧 原子與烷基鍵結而成的取代基,烷氧基中的烷基,可列舉例如式(1)中的R1至R8表示的脂肪族烴基之項中作為具體例記載之烷基。式(1)中的R1至R8表示的烷氧基可具有例如烷氧基等取代基。
上述式(1)中的R1至R8表示的烷硫基,係硫原子與烷基鍵結而成的取代基,烷硫基中的烷基可列舉例如式(1)中的R1至R8表示的脂肪族烴基之項中作為具體例記載之烷基。式(1)中的R1至R8表示之烷硫基可具有例如烷硫基等取代基。
上述式(1)中的R1至R8表示之芳香族基,係從芳香族化合物的芳香環中去除一個氫原子後之殘基。式(1)的R1至R8表示的芳香族基,只要是從芳香族化合物的芳香環中去除一個氫原子後之殘基即無特別的限制,可列舉例如:苯基、聯苯基、甲苯基、茚基、萘基、蒽基、芴基、芘基、菲基或三甲苯基等,以苯基、聯苯基、甲苯基、萘基或三甲苯基為佳,以苯基、甲苯基或三甲苯基更佳。此外,可成為芳香族基的芳香族化合物亦可具有取代基,該可具有的取代基並無特別的限制。
上述式(1)的R1至R8表示之雜環基,係指從雜環化合物的雜環中去除一個氫原子後之殘基。式(1)的R1至R8表示之雜環基,只要是從雜環化合物的雜環中去除一個氫原子後之殘基即無特別的限制,可列舉例如:呋喃基、噻吩基、噻吩并噻吩基、吡咯基、咪唑基、N-甲基咪唑基、噻唑基、噁唑基、吡啶基、吡唑基(pyrazyl)、嘧 啶基、喹啉基、吲哚基、苯并吡唑基、苯并嘧啶基、苯并噻吩基、苯并噻唑基、吡啶并噻唑基、苯并咪唑基、吡啶并咪唑基、N-甲基苯并咪唑基、吡啶并-N-甲基咪唑基、苯并噁唑基、吡啶并噁唑基、苯并噻二唑基、吡啶并噻二唑基、苯并噁二唑基、吡啶并噁二唑基、咔唑基、吩噁基或吩噻基等,以噻吩基、噻吩并噻吩基、噻唑基、吡啶基、苯并噻唑基、苯并噻二唑基或吡啶并噻二唑基為佳,以噻吩基、噻唑基、苯并噻唑基、苯并噻二唑基或吡啶并噻二唑基更佳。又,可成為雜環基的雜環化合物亦可具有取代基,該可具有的取代基並無特別的限制。
上述式(1)中的R1至R8表示的鹵素原子,可舉出氟原子、氯原子、溴原子及碘原子,以氟原子或氯原子為佳,以氟原子更佳。
上述式(1)中的R1至R8表示之取代胺基,係胺基的氫原子經一個或二個取代基取代而成的取代基。具有取代胺基的取代基,係以烷基或芳香族基為佳,以芳香族基更佳。此等取代基的具體例,可舉出與式(1)中的R1至R8表示的脂肪族烴基之項所記載之烷基及式(1)中R1至R8表示的芳香族基之相同者。
上述式(1)中的R1至R8表示之醯基,係指羰基與芳香族基或烷基鍵結而成的取代基,醯基中的烷基及芳香族基可舉出與式(1)中的R1至R8表示的脂肪族烴基之項所記載之烷基、及式(1)中的R1至R8表示的芳香族基之相同者。
式(1)中的R1至R8係以R1至R4中的一個是 脂肪族烴基、鹵素原子、芳香族基或雜環基且其餘三個是氫原子,並且R5至R8中的一個是芳香族基、鹵素原子、雜環基或鹵素原子且其餘三個是氫原子為佳;以R1至R4中的一個是脂肪族烴基、鹵素原子、芳香族基或雜環基且其餘三個是氫原子,並且R5至R8中的一個是芳香族基、雜環基或鹵素原子且其餘三個是氫原子更佳;以R1至R4中的一個是鹵素原子且其餘三個是氫原子,且R5至R8中的一個是鹵素原子且其餘三個是氫原子又更佳。
更詳言之,係以R2及R7是分別獨立地為脂肪族烴基、鹵素原子、芳香族基、雜環基或取代胺基且R1、R3至R6及R8為氫原子,或R3及R6是分別獨立地為脂肪族烴基、鹵素原子、芳香族基、雜環基或取代胺基且R1、R2、R4、R5、R7及R8是氫原子為佳;以R2及R7的兩者是相同的鹵素原子、芳香族基或雜環基且R1、R3至R6及R8是氫原子,或R3及R6的兩者是相同的鹵素原子、芳香族基或雜環基且R1、R2、R4、R5、R7及R8是氫原子更佳;以R2及R7的兩者是相同的鹵素原子且R1、R3至R6及R8是氫原子,或R3及R6的兩者是相同的鹵素原子且R1、R2、R4、R5、R7及R8是氫原子又更佳。
再者,也以式(1)中的R1至R4中的二個以上分別獨立地為脂肪族烴基、鹵素原子、芳香族基或雜環基,且R5至R8中的二個以上分別獨立地為脂肪族烴基、鹵素原子、芳香族基或雜環基為佳;以R1至R4中的二個以上分別獨立地為芳香族基、雜環基或鹵素原子,且R5至R8 中的二個以上為脂肪族烴基、鹵素原子、芳香族基或雜環基更佳。
進一步,係以式(1)中的R1至R4中的二個分別獨立地為脂肪族烴基、鹵素原子、芳香族基或雜環基,且R5至R8中的二個分別獨立地為脂肪族烴基、鹵素原子、芳香族基或雜環基為佳;而以R1至R4中的二個分別獨立地為鹵素原子、芳香族基或雜環基,且R5至R8中的二個分別獨立地為鹵素原子、芳香族基或雜環基更佳;以R1至R4中的一個為鹵素原子、另一個為鹵素原子、芳香族基或雜環基,且R5至R8中的一個為鹵素原子、另一個為鹵素原子、芳香族基或雜環基又更佳。
式(1)中的X1至X3的任1個表示硫原子,其餘2個表示具有1個R0的碳原子。X4至X6的任何1個表示硫原子,其餘2個表示具有1個R0的碳原子。換言之,式(1)中的含有X1至X3之5員環與含有X4至X6之5員環係分別地表示噻吩環,R0表示具有噻吩環的取代基或氫原子。亦即,式(1)表示的化合物係表示下述式(1-a)至(1-i)表示的任一化合物。
式(1)中的R0分別獨立地表示氫原子、脂肪族烴基、烷氧基、烷硫基、芳香族基、雜環基、鹵素原子、羥基、巰基、硝基、取代胺基、非取代胺基、氰基、磺基或醯基。
式(1)中的R0表示之脂肪族烴基、烷氧基、烷硫基、芳香族基、雜環基、鹵素原子、取代胺基及醯基,可舉出與式(1)中的R1至R8表示之脂肪族烴基、烷氧基、烷硫基、芳香族基、雜環基、鹵素原子、取代胺基及醯基相同者。
式(1)中的R0係以分別獨立地為氫原子、脂肪族烴基、鹵素原子、芳香族基、雜環基或取代胺基為佳,以分別獨立地為氫原子、芳香族基或雜環基更佳。
再者,係以X1與X6相同、X2與X5相同且X3與X4相同為佳;以X1與X6為硫原子、X2表示的CR0之R0與X5表示的CR0之R0為相同的氫原子、脂肪族烴基、鹵素原子、芳香族基、雜環基或取代胺基且X3表示的CR0之R0與X4表示的CR0之R0為相同的氫原子、脂肪族烴基、鹵素原子、芳香族基、雜環基或取代胺基更佳;以X1與X6為硫原子、X2表示的CR0之R0與X5表示的CR0之R0為相同的脂肪族烴基、鹵素原子、芳香族基、雜環基或取代胺基,且X3表示的CR0之R0與X4表示的CR0之R0為氫原子,或X1與X6為硫原子,X2表示的CR0之R0與X5表示的CR0之R0為相同的氫原子且X3表示的CR0之R0與X4表示的CR0之R0為相同的脂肪族烴基、鹵素原子、芳香族基、雜環基或取代胺基又更佳;以X1與X6為硫原子、X2表示的CR0之R0與X5表示的CR0之R0為相同的芳香族基、雜環基或鹵素原子,且X3表示的CR0之R0與X4表示的CR0之R0為氫原子,或X1與X6為硫原子、X2表示的CR0之R0與X5表示的CR0之R0為氫原子,且X3表示的CR0之R0與X4表示的CR0之R0為相同的芳香族基、雜環基或鹵素原子尤佳;以X1與X6為硫原子、X2表示的CR0之R0與X5表示的CR0之R0為相同的芳香族基、雜環基或鹵素原子,且X3表示的CR0之R0與X4表示的CR0之R0為氫原子最佳。
在X1與X2表示R0C時、X2與X3表示R0C時、X4與X5表示R0C時及X5與X6表示R0C時,鄰接的 R0彼此可相互地鍵結而形成環結構。
鄰接的R0彼此可相互地鍵結而形成的環結構可舉出:苯環、萘環、呋喃環、吡咯環、咪唑環、噻吩環、吡唑環、噁唑環、噻唑環、吡啶環、吡環等5員環或6員環的芳香族環。其中,以由苯環與噻吩形成之環狀結構為佳,更具體言之是以含有X1至X3的5員環與鄰接的R0相互地鍵結而形成的環結構、及含有X4至X6的5員環與鄰接的R0相互地鍵結而形成的苯并噻吩環或噻吩并噻吩環為佳。鄰接的R0相互地鍵結而形成的環結構可具有取代基,該可具有的取代基及其較佳例,可舉出與式(1)中的R1至R8表示的脂肪族烴基、烷氧基、烷硫基、芳香族基、雜環基、鹵素原子、羥基、巰基、硝基、取代胺基、非取代胺基、氰基、磺基及醯基相同者。
本發明的式(1)表示之化合物係以下述式(2)表示的化合物為佳。
上述式(2)中的R1至R8係表示與上式(1)中的R1至R8相同之意,較佳者也與式(1)中的R1至R8相同。
上述式(2)中的R9至R10是分別獨立地表示氫原子、脂 肪族烴基、烷氧基、烷硫基、芳香族基、雜環基、鹵素原子、羥基、巰基、硝基、取代胺基、非取代胺基、氰基、磺基或醯基。又,R9與R10可相互地鍵結而形成環結構,R11與R12可相互地鍵結而形成環結構。
上述式(2)中的R9至R12表示的脂肪族烴基、烷氧基、烷硫基、芳香族基、雜環基、鹵素原子、取代胺基及醯基可舉出與上述式(1)中的R1至R8表示的脂肪族烴基、烷氧基、烷硫基、芳香族基、雜環基、鹵素原子、取代胺基及醯基相同者,較佳者也相同。
上述式(2)中的R9與R10可相互地鍵結而形成的環結構及R11與R12可相互地鍵結而形成的環結構,在X1與X2表示R0C時、X2與X3表示R0C時、X4與X5表示R0C時及X5與X6表示R0C時,可舉出與鄰接的R0彼此可相互地鍵結而形成的環結構相同者,較佳者也相同。
上述式(2)中的R9至R12係以R9與R10的至少1個為脂肪族烴基、鹵素原子、芳香族基、雜環基或取代胺基,且R11與R12的至少1個為脂肪族烴基、鹵素原子、芳香族基、雜環基或取代胺基為佳;以R9與R10的至少1個為鹵素原子、芳香族基或雜環基,且R11與R12的至少1個為鹵素原子、芳香族基或雜環基更佳。
再者,R9至R12係以R9與R12為相同的氫原子、脂肪族烴基、鹵素原子、芳香族基、雜環基或取代胺基,且R10與R11為相同的氫原子、脂肪族烴基、鹵素原子、芳香族基、雜環基或取代胺基為佳;以R9與R12為相 同的脂肪族烴基、鹵素原子、芳香族基、雜環基或取代胺基,且R10與R11為相同的氫原子,或R9與R12為相同的氫原子,且R10與R11為相同的脂肪族烴基、鹵素原子、芳香族基、雜環基或取代胺基更佳;以R9與R12為相同的芳香族基、雜環基或鹵素原子,且R10與R11為相同的氫原子,或R9與R12為氫原子且R10與R11為相同的芳香族基、雜環基或鹵素原子又更佳;以R9與R12為相同的芳香族基、雜環基或鹵素原子且R10與R11為氫原子尤佳。
上述的結構式僅是顯示一種共振結構者,並不是侷限於圖示之共振結構者。
上述通式(1)表示的化合物係參照Tetrahedron Letters,2010,51,1600的記載,例如可藉由下述的反應步驟獲得。
上述反應步驟中,使化合物(A)及化合物(B)反應而得到化合物(C)的步驟(a),係例如可藉由在醇及乙酸的混合溶劑中,加入銨鹽(例如乙酸銨、氯化銨等)或氨水而進行。此外,化合物(A)中的R1至R4及X1至X3與化合物(B)中的R8至R5及X6至X4相同時,亦即,化合物(A)與化合物(B)相同時,步驟(a)亦可單獨用化合物(A)(或化合物(B))進行。接著,由化合物(C)獲得化合物(D)的步驟(b),係例如可藉由使化合物(C)在三級胺(例如三乙基胺等)的存在下與三氟化硼類(例如三氟化硼二乙醚錯合物等)反應而進行。最後,由化合物(D)獲得通式(1)表示的有機化合物之步驟(c),係例如可藉由使化合物(D)與三溴化硼反應而進行。
上述通式(1)表示的化合物之精製方法並無特別的限 制,可採用例如洗淨、再結晶、管柱層析、真空昇華等,也可因應所需而將此等方法組合。
前述式(1)表示的化合物之具體例,係下述表示的式(1-1)至(1-126)表示之化合物,但本發明並不侷限於此等化合物。此外,作為具體例表示的結構式僅為表示一種共振結構者,並不侷限於圖示之共振結構。
本發明的近紅外光吸收材料含有上述式(1)表示的化合物。
本發明的近紅外光吸收材料中之式(1)表示的化合物之含量,只要在使用近紅外光吸收材料的用途中表現必需的近紅外光之吸收能力的限制下即無特別的限制,但通常是50質量%以上,以80質量%以上為佳,以90質量%以上更佳,以95質量%以上又更佳。
本發明的近紅外光吸收材料中亦可併用式(1)表示的化合物以外之化合物(例如式(1)表示的化合物以外之近紅外光吸收材料(色素)等)或添加劑等。可併用的化合物或添加劑等,只要在使用近紅外光吸收材料的用途中表現必要的近紅外光之吸收能力的限制下即無特別的限制。
本發明的薄膜含有本發明的近紅外光吸收材料。
本發明的薄膜,可藉由一般的乾式成膜法或濕式成膜法製作。具體可舉出屬於真空製程的電阻加熱蒸鍍、電子 束蒸鍍、濺鍍及分子積層法;屬於溶液製程的鑄造、旋轉塗佈、浸塗、刮刀塗佈、線棒塗佈、噴塗等塗佈法;噴墨印刷、網版印刷、膠板印刷、凸版印刷等印刷法、微觸印刷法等軟光刻的方式等。
一般的近紅外光吸收材料之薄膜的形成,就加工的容易度之觀點而言,雖然期望如同以溶液狀態塗佈化合物的製程,但在如積層有機膜的有機電子裝置時,因塗佈溶液有侵蝕下層的有機膜之虞,故不適合。
欲實現此種積層結構時,係以可使用在電阻加熱蒸鍍等乾式成膜法中的可蒸鍍材料為適當。因此,係以在近紅外區域中具有主吸收波長,且可蒸鍍的近紅外光吸收材料作為近紅外光電轉換材料為佳。
各層的成膜中也可採用將數個上述的方法組合成之方法。各層的厚度雖然因各個物質的電阻值/電荷移動度而未能限制,但通常是0.5至5,000nm的範圍,以1至1,000nm的範圍為佳,以5至500nm的範圍更佳。
前述式(1)表示的化合物之分子量,例如意圖將含有式(1)表示的化合物之有機層藉由蒸鍍法進行製膜而利用時,係以1,500以下為佳,以1,200以下更佳,以1,000以下又更佳。分子量的下限值係式(1)可採用的最低分子量之值。
此外,式(1)表示的化合物,可不論其分子量而以塗佈法成膜。只要使用塗佈法,即便是分子量較大的化合物也可成膜。
此外,本說明書中的分子量係指用EI-GCMS法計算出之值。
本發明的有機電子裝置含有本發明的薄膜(以下也有將薄膜稱為有機薄膜之情形)。有機電子裝置可列舉例如:有機薄膜電晶體、有機光電轉換元件、有機太陽能電池元件、有機電激發光元件(以下表示為「有機EL元件」或「有機發光元件」)、有機發光電晶體元件、有機半導體雷射元件等。在本發明中,特別關注於被期待開發用於近紅外的用途之有機光電轉換元件、有機EL元件。在此針對本發明的實施形態之一的使用近紅外光吸收材料之近紅外有機光電轉換素子、利用近紅外發光特性的有機EL元件、有機半導體雷射元件進行說明。
此外,此處雖未詳細地說明,但是超過700nm的近紅外光係對於生體組織的穿透性高。因此,由於亦可利用於觀察生體內組織,故可因應目的,以各式各樣的形態而適用於近紅外螢光探針等、醫療領域中的病理解析、診斷等中。
由於上述式(1)表示的化合物是具有近紅外光吸收特性的化合物,故可期待利用為近紅外有機光電轉換元件。尤其是,上述式(1)表示的化合物,可使用於本發明的有機 光電轉換元件中之光電轉換層。該元件中,相對於光之應答波長光的吸收帶之極大吸收以700至2,500nm為佳。在此,近紅外有機光電轉換元件可舉出近紅外光感應器、有機成像元件、近紅外光成像感應器等。
此外,本說明書中的吸收帶之極大吸收係指在吸收光譜測定中測定的吸光度之光譜中,吸光度成為極大的波長之值,極大吸收波長(λmax)是極大吸收之中最長波長側的極大吸收。
有機光電轉換元件係在相對向的一對電極膜間配置有光電轉換部份(膜)之元件,使光從電極膜的上方入射至光電轉換部分上者。光電轉換部分是根據前述的入射光而產生電子與電洞者,藉由半導體讀出對應前述電荷的訊號,顯示對應於光電轉換膜部分的吸收波長之入射光量的元件。在無入射光的一側上亦有連接用以讀取的電晶體。複數個有機光電轉換元件被排列成陣列時,由於除了入射光量亦顯示入射位置資訊而成為成像元件。再者,從光源側觀看被配置在越接近光源的光電轉換元件未遮蔽(透射)配置在其後的光電轉換元件之吸收波長時,亦可積層複數個個光電轉換元件而使用。
本發明的有機光電轉換元件係將前述式(1)表示的化合物使用為上述光電轉換部分的構成材料者。
光電轉換部分大多是由光電轉換層與選自電子輸送層、電洞輸送層、電子阻擋層、電洞阻擋層、抗結晶化層及層間接觸改良層等所形成之群組中的一種或複數種的光 電轉換層以外之有機薄膜層形成。本發明的化合物雖然也可使用於光電轉換層以外,但以使用為光電轉換層的有機薄膜層為佳。光電轉換層雖然可僅由前述式(1)表示的化合物構成,但除了前述式(1)表示的化合物以外,也可含有周知的近紅外光吸收材料或其他。
本發明的有機光電轉換元件中使用的電極膜,在後述的光電轉換部分所含有之光電轉換層具有電洞輸送性時或光電轉換層以外的有機薄膜層為具有電洞輸送性之電洞輸送層時,係負責由該光電轉換層或其他的有機薄膜層取出電洞並收集電洞的任務,再者,在光電轉換部分所含有的光電轉換層具有電子輸送性時,或有機薄膜層為具有電子輸送性的電子輸送層時,係負責由該光電轉換層或其他的有機薄膜層取出電子並吐出電子的任務。因此,可使用為電極膜的材料,只要是具有某程度的導電性者即無特別的限制,但係以考量鄰接的光電轉換層或其他的有機薄膜層間之密合性或電子親和力、離子化位能、穩定性等而選擇為佳。可使用為電極膜的材料可列舉例如:氧化錫(NESA)、氧化銦、氧化錫銦(ITO)及氧化鋅銦(IZO)等導電性金屬氧化物;金、銀、白金、鉻、鋁、鐵、鈷、鎳及鎢等金屬;碘化銅及硫化銅等無機導電性物質;聚噻吩、聚吡咯及聚苯胺等導電性聚合物;碳等。此等材料,可因應需要而將複數種混合使用,也可將不同材料的電極膜積層2層以上而使用。電極膜所使用的材料之導電性,只要不過度地妨礙光電轉換元件的受光,即無特別的限制,但就 光電轉換元件的訊號強度或消耗電力之觀點而言,係以儘可能高為佳。例如若為具有薄片電阻值為300Ω/□以下的導電性之ITO膜,即可作成充分功能的電極膜,惟亦可購得具備有具有數Ω/□左右的導電性之ITO膜的基板之市販品,故期望使用具有如此高導電性的基板。ITO膜(電極膜)的厚度,可考量導電性而任意地選擇,但通常是5至500nm,以10至300nm左右為佳。形成ITO等膜的方法可舉出先前已知的蒸鍍法、電子束法、濺鍍法、化學反應法及塗佈法等。設置於基板上的ITO膜上亦可因應所需施加UV-臭氧處理或電漿處理等。
電極膜之中,在光入射側之至少任何一方所使用的透明電極膜之材料可舉出:ITO、IZO、SnO2、ATO(銻摻雜的氧化錫)、ZnO、AZO(鋁摻雜的氧化鋅)、GZO(鎵摻雜的氧化鋅)、TiO2、FTO(氟摻雜的氧化錫)等。光電轉換層的吸收波峰波長中之通過透明電極膜入射之光的穿透率係以60%以上為佳,以80%以上更佳,以95%以上尤佳。
在積層複數層檢測不同波長的光電轉換層時,各個光電轉換層之間使用的電極膜(此是上述所述之一對電極膜之外的電極膜),係各個光電轉換層必須使具有檢測波長的光以外之光穿透,該電極膜是以使用將入射光之90%以上穿透的材料為佳,以使用將入射光之95%以上穿透的材料更佳。
電極膜是以無電漿製作為佳。藉由以無電漿作成此等電極膜,可減少電漿對電極膜所設置的基板造成 的影響,可使光電轉換元件的光電轉換特性變良好。此處,無電漿意指電極膜的成膜時不使用電漿,或電漿產生源離開基板的距離在2cm以上,以10cm以上為佳,以距離20cm以上更佳,以減少電漿到達基板的狀態。
電極膜的成膜時不使用電漿之裝置(以下,稱為無電漿的成膜裝置)可列舉例如:電子束蒸鍍裝置(EB蒸鍍裝置)或脈衝雷射蒸鍍裝置等。使用EB蒸鍍裝置進行透明電極膜的成膜之方法稱為EB蒸鍍法,使用脈衝雷射蒸鍍裝置進行透明電極膜的成膜之方法稱為脈衝雷射蒸鍍法。
可實現減少成膜中電漿的狀態之裝置(以下,稱為無電漿的成膜裝置),可考慮例如對向靶式濺鍍裝置或電弧電漿蒸鍍裝置等。
將透明導電膜作為電極膜(例如第一導電膜)時,有產生DC短路或增加漏電流的情形。此原因之一,推測是因光電轉換層所產生的微細裂縫藉由TCO(透明導電氧化物,transparent conductive oxide)等緻密的膜而被覆蓋,致使與第一導電膜為相反側的電極膜(第二導電膜)間的導通增加。因此,在電極使用Al等膜質較差的材料時,不容易產生漏電流的增加。藉由因應光電轉換層的膜厚(裂縫的深度)而控制電極膜的膜厚,可防止漏電流的增加。
通常,使導電膜作成比預定的厚度薄時,會造成激烈的電阻值增加。本實施形態之一的光感應器用光電轉換元件中的導電膜之薄片電阻通常是100至 10,000Ω/□,可適當地設定膜厚。又,透明導電膜越薄則吸收的光之量越少,通常使光穿透率變高。光穿透率變高時,因可使光電轉換層吸收的光增加從而提高光電轉換能,故非常良好。
本發明的有機光電轉換元件所具有之光電轉換部分,亦有含有光電轉換層及光電轉換層以外的有機薄膜層之情形。在構成光電轉換部分的光電轉換層通常使用有機半導體膜,惟該有機半導體膜可以是一層或複數層,為一層時,可使用p型有機半導體膜、n型有機半導體膜、或該等之混合膜(體異質結構,bulk hetero structure)。另一方面,為複數層時,層數是2至10左右,係p型有機半導體膜、n型有機半導體膜、或該等的混合膜(體異質結構)之任一種膜積層的結構,層間也可插入緩衝層。此外,藉由上述混合膜形成光電轉換層時,係以將本發明的通式(1)表示之化合物使用成p型半導體材料,將一般的富勒烯或其衍生物使用為n型半導體材料為佳。
本發明的有機光電轉換元件中,構成光電轉換部分的光電轉換層以外的有機薄膜層,可使用為光電轉換層以外的層,例如電子輸送層、電洞輸送層、電子阻擋層、正孔阻擋層、抗結晶化層或層間接觸改良層等。尤其是,藉由作為選自電子輸送層、電輸送層、電子阻擋層及電洞阻擋層(以下也表示為「載體阻擋層」)所形成之群組中的一種以上的薄膜層使用,因其即使以微弱的光能量也可獲得有效轉換成電訊的元件,故而較佳。
此外,在有機成像元件中,推測通常是以高對比化或省電化為目的,藉由減少暗電流以改善性能為目標,故以層結構內插入載體阻擋層的方法為佳。此等載體阻擋層通常是使用在有機電子裝置領域中,各個裝置的構成膜中具有控制電洞或電子的逆移動之功能。
電子輸送層係負責將光電轉換層中產生的電子輸送至電極膜的任務,與阻擋電洞從電子輸送目的地的電極膜移動至光電轉換層上之任務。電洞輸送層係負責將產生的電洞從光電轉換層輸送至電極膜的任務,與阻擋電子從電洞輸送目的地的電極膜移動至光電轉換層上之任務。電子阻擋層係負責妨礙電子從電極膜移動至光電轉換層,防止光電轉換層內的再結合,減少暗電流的任務。電洞阻擋層具有妨礙電洞從電極膜移動至光電轉換層,防止光電轉換層內的再結合之功能。
第1圖顯示本發明的有機光電轉換元件之代表性之元件結構,但本發明並非限於此結構者。第1圖的形態例中,1表示絕緣部分、2表示一電極膜(上方電極膜)、3表示電子阻擋層、4表示光電轉換層、5表示電洞阻擋層、6表示另一電極膜(下方電極膜)、7表示絕緣基材或其他有機光電轉換元件。圖中雖未記載讀取用之電晶體,但只要與2或6的電極膜連接即可,進一步若光電轉換層4是透明的,亦可在與光入射之側為相反側之電極膜的外側進行成膜。對有機光電轉換元件的光之入射,除了光電轉換層4以外的構成要素,只要不會極度阻礙光電轉換層的主吸 收波長的光入射,可來自上方或下方的任一方。
接著說明有機EL元件。
由於本發明的通式(1)表示之化合物是具有近紅外發光特性的化合物,故可被期待作為有機EL元件利用。
有機EL元件是固體且被期待可利用於自行發光型的大面積色彩顯示或照明等用途,正進行著許多的開發。其構成已知有:在由陰極與陽極形成的對向電極之間,具有發光層及電荷輸送層2層之結構者;具有已積層在對向電極之間的電子輸送層、發光層及電洞輸送層之3層結構者;及具有3層以上之層者等,再者,亦已知發光層為單層者等。
此處,電洞輸送層具有容易從陽極注入電洞、將電洞輸送至發光層、將電洞注入發光層的功能與阻擋電子的功能。再者,電子輸送層具有容易從陰極注入電子、將電子輸送至發光層、將電子注入發光層的功能與阻擋電洞的功能。再者,藉由在發光層中使分別注入的電子與電洞再結合而產生激發子,該激發子在放射失活的過程中放射出的能量作為發光被檢測出。以下記載有機EL元件的較佳形態。
有機EL元件係在陽極與陰極的電極間形成有1層或複數層有機薄膜之元件,藉由電能量而發光之元件。
有機EL元件中使用的陽極係具有將電洞注入至電洞注入層、電洞輸送層、發光層的功能之電極。通常以功函數4.5eV以上的金屬氧化物或金屬、合金、導電性材料等為合適。具體而言,適用於有機EL元件的陽極之材料並無特別的限制,可舉出:氧化錫(NESA)、氧化銦、氧化錫銦(ITO)、氧化鋅銦(IZO)等導電性金屬氧化物;金、銀、白金、鉻、鋁、鐵、鈷、鎳、鎢等金屬;碘化銅、硫化銅等無機導電性物質;聚噻吩、聚吡咯、聚苯胺等導電性聚合物或碳。該等材料之中,以使用ITO或NESA為佳。
陽極因應所需亦可將數種材料混合使用,再者也可為由2層以上不同的材料形成之構成。陽極的電阻只要可在元件的發光上供應充分之電流即無限制,但就元件的消耗電力而言,係以低電阻為佳。例如,只要薄片電阻值是300Ω/□以下的ITO基板,即有作為元件電極的功能,惟,由於亦可提供數Ω/□左右的基板,故希望使用低電阻產品。ITO的厚度雖然可依照電阻值而任意地選擇,但通常是使用5至500nm,以使用10至300nm之間為佳。ITO等的膜形成方法可舉出蒸鍍法、電子束法、濺鍍法、化學反應法、塗佈法等。
有機EL元件中使用的陰極係具有將電子注入電子注入層、電子輸送層、發光層中的功能之電極。通常以功函數小(大約4eV以下)的金屬或合金為合適。具體而言,可舉出:白金、金、銀、銅、鐵、錫、鋅、鋁、銦、鉻、鋰、鈉、鉀、鈣、鎂,但為了提高電子注入效率進而 改善元件特性,係以鋰、鈉、鉀、鈣、鎂為佳。合金可使用含有此等低功函數的金屬之鋁或銀等金屬的合金,或使用積層有此等合金的結構之電極等。積層結構的電極中也可使用如氟化鋰的無機鹽。再者,當將發光提取至陰極側而非陽極側時,陰極亦可為可在低溫中製膜的透明電極。陰極膜形成方法可舉出:蒸鍍法、電子束法、濺鍍法、化學反應法、塗佈法等,並不是有特別限制者。陰極的電阻只要是對元件的發光可提供充分的電流者,即無特別的限制,但就元件的消耗電力而言,係以低電阻為佳,以數100至數Ω/□左右為佳。陰極的膜厚通常使用5至500nm,以10至300nm的範圍為佳。
可利用氧化鈦、氮化矽、氧化矽、氮氧化矽、氧化鍺等氧化物、氮化物、或該等之混合物、聚乙烯醇、氯乙烯、烴系高分子、氟系高分子等保護陰極,與氧化鋇、五氧化磷、氧化鈣等脫水劑一起密封。
再者,為了提取發光,通常以在元件的發光波長域中具有充分透明性的基板上製作電極為佳。透明的基板可舉出玻璃基板或聚合物基板。玻璃基板可使用鈉鈣玻璃、非鹼性玻璃、石英等,厚度只要足以保持機械性強度/熱強度即可,以0.5mm以上的厚度為佳。玻璃的材質係以從玻璃中溶出離子較少者為佳,以非鹼性玻璃者為佳。由於市面上已販售有SiO2等塗佈有阻擋層(barrier coat)的鈉鈣玻璃,故可使用此等作為這種玻璃。再者,由玻璃以外的聚合物作成的基板可舉出:聚碳酸酯、聚丙烯、聚醚 碸、聚對苯二甲酸乙二酯、丙烯酸基板等。
有機EL元件的有機薄膜係在陽極與陰極的電極間形成1層或複數層。藉由使該有機薄膜含有上述通式(1)表示的化合物,可獲得藉由電能進行發光的元件。
由有機薄膜形成之「層」係指具有如電洞輸送層、電子輸送層、電洞輸送性發光層、電子輸送性發光層、電洞阻擋層、電子阻擋層、電洞注入層、電子注入層、發光層、或下述構成例9)所示的兼具有此等層所具有之功能的單一層。形成本發明中的形成有機薄膜之層的構成,可舉出下述構成例1)至9),亦可以是任一種的構成。
1)電洞輸送層/電子輸送性發光層。
2)電洞輸送層/發光層/電子輸送層。
3)電洞輸送性發光層/電子輸送層。
4)電洞輸送層/發光層/電洞阻擋層。
5)電洞輸送層/發光層/電洞阻擋層/電子輸送層。
6)電洞輸送性發光層/電洞阻擋層/電子輸送層。
7)前述1)至6)的組合之各種例中,在電洞輸送層或電洞輸送性發光層之前更提供一層電洞注入層的構成。
8)前述1)至7)的組合之各種例中,在電子輸送層或電子輸送性發光層之前更提供一層電子注入層的構成。
9)將前述1)至8)的組合中使用的材料分別混合,僅具有一層含有此混合材料之構成。
此外,前述9)通常是以稱為雙極性的發光材料形成之單一層;或者是,可僅設置一層含有發光材料與電洞輸送材料或電子輸送材料之層。因通常是作成多層結構,故可有效地輸送電荷,即電洞及/或電子,使此等電荷再結合。再者,藉由防止電荷的猝滅等,故可防止元件的穩定性降低、改善發光的效率。
電洞注入層及電洞輸送層,可藉由將電洞輸送層層料單獨或二種以上的該材料之混合物積層而形成。電洞輸送材料較佳可使用:N,N’-二苯基-N,N’-二(3-甲基苯基)-4,4”-二苯基-1,1’-二胺、N,N’-二萘基-N,N’-二苯基-4,4’-二苯基-1,1’-二胺等三苯基胺類;雙(N-烯丙基咔唑)或雙(N-烷基咔唑)類;以吡唑啉衍生物、二苯乙烯系化合物、腙系化合物、三唑衍生物、噁二唑衍生物或卟啉衍生物為代表的雜環化合物;聚合物中側鏈上具有前述單體的聚碳酸酯或苯乙烯衍生物、聚乙烯咔唑、聚矽烷等。只要在元件製作形成必要的薄膜,可從電極注入電洞,並且可輸送電洞的物質,即為無特別的限制者。用以改善電洞注入性之設置於電洞輸送層與陽極之間的電洞注入層可舉出:以酞菁衍生物、間-MTDATA(4,4’,4”-參〔苯基(間-甲苯基)胺基〕三苯基胺)等星爆胺(starburst amine)類,在高分子系中之PEDOT(聚(3,4-伸乙二氧基噻吩))等聚噻吩、聚乙烯咔唑衍生物等作成者。
電子輸送層可藉由將電洞輸送材料單獨或二種以上的該材料之混合物積層而形成。電子輸送材料必須 在已具有電場的電極間高效地輸送來自負極的電子。電子輸送材料係以電子注入效率高、高效地輸送已注入之電子為佳。因此,對電子輸送材料係要求電子親和力大且電子移動度大,進一步穩定性優異,在製造時及使用時不易產生成為阱的不純物之物質。滿足此種條件的物質,可舉出以參(8-羥基喹啉)鋁錯合物為代表的羥基喹啉衍生物金屬錯合物、酚酮金屬錯合物、苝衍生物、紫環酮(perinone)衍生物、萘醯亞胺衍生物、萘二甲酸衍生物、噁唑衍生物、噁二唑衍生物、噻唑衍生物、噻二唑衍生物、三唑衍生物、二苯乙烯基衍生物、吡衍生物、菲咯啉衍生物、苯并噁唑衍生物、喹喔啉衍生物等,但並不是被特別限定者。此等電子輸送材料可單獨使用,也可與不同的電子輸送材料積層或混合使用。用以改善電子注入性之設置於電子輸送層與陰極之間的電子注入層,可舉出銫、鋰、鍶等金屬或氟化鋰等。
電洞阻擋層係藉由將電洞阻止性物質單獨或二種以上的物質積層或混合而形成。電洞阻止性物質係以紅菲咯啉(bathophenanthroline)、浴銅靈(bathocuproin)等菲咯啉衍生物、矽咯(silol)衍生物、羥基喹啉衍生物金屬錯合物、噁二唑衍生物、噁唑衍生物等為佳。電洞阻止性物質只要是可阻止電洞從陰極側流出至元件外部而使發光效率降低的化合物,即為無特別的限制者。
發光層係指進行發光的有機薄膜,例如具有強發光性的電洞輸送層、電子輸送層或雙極性輸送層。發 光層只要是由發光材料(主材料、摻雜材料等)形成即可,此亦可是主材料與摻雜材料的混合物、或單獨主材料的任一者。主材料與摻雜材料,可分別是一種,也可以是複數種材料的組合。
摻雜材料可含在主材料的整體中,也可含在部分中。摻雜材料可以是積層,也可以是分散。發光層可列舉例如前述的電洞輸送層或電子輸送層。發光層所使用的材料可舉出:咔唑衍生物、蒽衍生物、萘衍生物、菲衍生物、苯基丁二烯衍生物、苯乙烯基衍生物、芘衍生物、苝衍生物、喹啉衍生物、稠四苯衍生物、苝衍生物、喹吖啶酮衍生物、香豆素衍生物、卟啉衍生物或磷光性金屬錯合物(Ir錯合物、Pt錯合物、Eu錯合物等)等。
有機EL元件的有機薄膜之形成方法通常可採用:真空製程的電阻加熱蒸鍍、電子束蒸鍍、濺鍍、分子積層法、溶液製程的鑄造、旋轉塗佈、浸塗佈、刮刀塗佈、線棒塗佈、噴塗等塗佈法;或噴墨印刷、網版印刷、膠板印刷、凸版印刷等印刷法;微觸印刷法等軟光刻的方法等,進一步可採用將此等複數種組合的方法。各層的厚度因可依各別物質的電阻值/電荷移動度而不受限制,但可選自0.5至5,000nm之間。較佳為1至1,000nm,更佳為5至500nm。
構成有機EL元件的有機薄膜之中,藉由在存在於陽極與陰極的電極間之發光層、電洞輸送層、電子輸送層等薄膜的1層或數層中含有上述通式(1)表示的化合 物,即使低電能也可獲得高效率的發光元件。
上述通式(1)表示的化合物可適用為電洞輸送層或發光層、電子輸送層。例如可將前述的電子輸送材料或電洞輸送材料、與發光材料等組合後使用或混合後使用。
將上述通式(1)表示的化合物與摻雜材料組合為主材料使用時的摻雜材料之具體例,可使用:雙(二異丙烯基苯基)苝四羧酸亞胺等苝衍生物、紫環酮衍生物、4-(二氰基亞甲基)-2-甲基-6-(4-二甲基胺基苯乙烯基)-4H-吡喃(DCM)或其類似物、鎂酞菁、鋁氯化酞菁等金屬酞菁衍生物、羅丹明(rhodamine)化合物、脫氮黃素(deazaflavin)衍生物、香豆素衍生物、噁化合物、方酸菁(squarylium)化合物、紫蒽(violantrone)化合物、尼羅河紅、5-氰基亞甲基吡咯-BF4錯合物等亞甲基吡咯(pyrromethene)衍生物,進一步作為磷光材料可使用將乙醯丙酮或苯甲醯基丙酮與菲咯啉等作成配位體的Eu錯合物,或Ir錯合物、Ru錯合物、Pt錯合物、Os錯合物等的卟啉、鄰金屬錯合物,但不是受該等所特別限制者。再者,將2種的摻雜材料混合時,還可使用如紅熒烯的輔助摻雜物而高效率地從主色素轉移能量,而得到色純度經提升的發光。為了在任何情況皆獲得高亮度特性,係以摻雜螢光量子產率高者為佳。
使用的摻雜材料之量,由於過多時會產生濃度淬減現象,故通常相對於主材料使用30質量%以下。以20質量%以下為佳,以10質量%以下更佳。將發光層中的 摻雜材料摻雜至主材料的方法,雖然可藉由與主材料的共蒸鍍法而形成,但也可事先與主材料混合後同時蒸鍍。再者,也可在主材料中夾成三明治狀後使用。此時,可作成一層或二層以上的摻雜層,也可與主材料積層。
此等摻雜層可單獨形成各層,也可將該等層混合使用。再者,也可將摻雜材料作成高分子結合劑而溶解或分散在聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚苯乙烯、聚苯乙烯磺酸、聚(N-乙烯基咔唑)、聚(甲基)丙烯酸甲酯、聚甲基丙烯酸丁酯、聚酯、聚碸、聚苯醚、聚丁二烯、烴樹脂、酮樹脂、苯氧樹脂、聚碸、聚醯胺、乙基纖維素、乙酸乙烯酯、ABS樹脂(丙烯腈-丁二烯-苯乙烯共聚合物樹脂)、聚胺酯等溶劑可溶性樹脂;或酚樹脂、二甲苯樹脂、石油樹脂、尿素樹脂、三聚氰胺樹脂、不飽和聚酯樹脂、醇酸樹脂、環氧樹脂、聚矽氧烷樹脂等硬化性樹脂中而使用。
有機EL元件可適用為平板顯示裝置。再者,亦可使用為平板背光,此時,可使用發出有色光者、或發出白色光者的任一種。背光主要是以提升不會自發光的顯示裝置之辨識性為目的而使用,可使用在液晶顯示裝置、時鐘、音響設備、汽車面板、顯示板、標誌等上。尤其是,液晶顯示裝置中,薄型化成為課題的電腦用途用之向來的背光,由於是由螢光燈或導光板形成而不容易薄型化,但使用本發明的發光元件之背光,因具有薄型、輕量的特徵,故可解除上述問題點。同樣地,也可使用於照明。
使用本發明的上述通式(1)表示之化合物時, 可得到發光效率高、壽命長的有機EL顯示裝置。再者,因組合薄膜電晶體元件可以低成本提供一種有機EL顯示裝置,其係以電性且高精度地控制施加電壓之開關(on off)現象。
由於上述通式(1)表示的化合物是具有近紅外發光特性的化合物,故可被期待利用為有機半導體雷射元件。亦即,使含有上述通式(1)表示的化合物之有機半導體雷射元件與共振器結構組合,只要有效的注入載體而充分地提高激發狀態的密度,即可期待使光增幅至雷射振盪。以往,有機半導體雷射元件僅可觀測到由光激發所致之雷射振盪,而產生由電激發所致之雷射振盪時需要的高密度激發狀態已被喻為非常困難。然而,藉由使用含有上述通式(1)表示的化合物之有機半導體元件,可期待有產生高效率發光(電場發光)的可能性。
以下舉出實施例來更詳細地說明本發明,但本發明並非侷限於此等例者。合成例所述之化合物係因應所需而藉由質量分析光譜、核磁共振光譜(NMR)決定其結構。實施例中的1H NMR的測定係分別利用JNM-ECS400(JEOL公司製造),分子量的測定是利用ISQ LT GC-MS(Thermo Fischer Scientific公司製造),再者,吸收光譜的λmax值是利用UV-1700(島津製作所製造)進行。 再者,有機光電轉換元件的電流電壓之外加電壓測定係利用PVL-3300(朝日分光社製造)以照射光強度130μW、半寬度20nm的照射條件,利用半導體參數分析器(Parameter Analyzer)4200-SCS(Keithley儀器公司製造)在350至1,100nm的範圍中進行。
由下述方案合成式(1-22)表示的本發明之化合物。
在燒瓶中將(4-乙醯基-3-聯苯基)(3-甲氧基-2-噻吩基)甲酮(上述方案中,式(2-1)表示的化合物)(68.3mmol)溶解於乙醇(700mL)及乙酸(150mL)中,加熱至65℃後加入乙酸銨(400mmol)及氯化銨(70mmol),昇溫至90℃後攪拌3小 時。將反應液空氣冷卻後以飽和烴鈉水溶液中和之後,藉由將產生的固體過濾、回收,獲得式(2-2)表示的中間體化合物(31.4mmol,產率46質量%)。
式(2-2)表示的中間體化合物之1H NMR的測定結果如下述。
1H NMR(400MHz,CDCl3)δ(ppm)=1.55(1H,bs),4.04(6H,s),7.10(2H,d),7.34-7.39(4H,m),7.47-7.51(5H,m),7.63(2H,d),7.72(4H,d),7.95(2H,d),8.36(2H,d)
將步驟1中獲得的式(2-2)表示之中間體化合物(15.3mmol)、甲苯(700mL)、三乙基胺(150mmol)加入燒瓶中,加熱至80℃後,滴下三氟化硼二乙醚錯合物(160mmol)後,昇溫至100℃攪拌過夜。將反應液空氣冷卻後以飽和烴鈉水溶液中和後,藉由將生成的固體過濾、回收,獲得式(2-3)表示的中間體化合物。(14.2mmol,產率:43質量%)。
式(2-3)表示的中間體化合物之1H NMR的測定結果如下述。
1H NMR(400MHz,CD2Cl2)δ(ppm)=3.85(6H,s),6.97(2H,d),7.34-7.37(2H,m),7.43-7.47(4H,m),7.52(2H,d),7.62(4H,d),7.71(2H,dd),7.77(1H,s),7.81(2H,s),7.95(2H,d)
將步驟2中獲得的式(2-3)表示之中間體化合物(1.5mmol)、二氯甲烷(100mL)加入燒瓶中,在氮環境下將反應系冷卻至0℃。接著,將三溴化硼(4.5mL)加入反應系中,將反應系保持在0℃並進一步攪拌4小時。在反應液中以飽和烴鈉水溶液中和後,藉由將生成的固體過濾、回收,獲得式(1-22)表示的本發明之化合物。(1.2mmol,產率:80質量%)。
式(1-22)表示的化合物之分子量的測定結果如下述。
EI-MS(m/z):600〔M〕+
除了使用(4-乙醯基-3-聯苯基)(5-(2,1,3-苯并噻二唑-5-基)-3-甲氧基-2-噻吩基)甲酮取代式(2-1)表示的化合物以外,其餘依照實施例1的步驟1至3,獲得式(1-39)表示的本發明之化合物。(0.65mmol,產率43質量%)
式(1-39)表示的化合物之分子量的測定結果如下述。
EI-MS(m/z):868〔M〕+
除了使用(3-乙醯基-4-聯苯基)(5-(2,1,3-苯并噻二唑-5-基)-3-甲氧基-2-噻吩基)甲酮取代式(2-1)表示的化合物以外,其餘依照實施例1的步驟1至3,獲得式(1-48)表示的本發明之化合物。(1.3mmol,產率84質量%)。
式(1-48)表示的化合物之分子量的測定結果如下述。
EI-MS(m/z):868〔M〕+
除了使用(2-乙醯基-5-氟苯基)(5-(2,1,3-苯并噻二唑-5-基)-3-甲氧基-2-噻吩基)甲酮取代式(2-1)表示的化合物以外,其餘依照實施例1的步驟1至3,獲得式(1-83)表示的本發明之化合物。(1.1mmol,產率72質量%)。
式(1-83)表示的化合物之分子量的測定結果如下述。
EI-MS(m/z):752〔M〕+
除了使用(2-乙醯基-4-苯基-5-氟苯基)(5-(2,1,3-苯并噻二唑-5-基)-3-甲氧基-2-噻吩基)甲酮取代式(2-1)表示的化合物以外,其餘依照實施例1的步驟1至3,獲得式(1-84)表示的本發明之化合物。(1.1mmol,產率70質量%)。
式(1-84)表示的化合物之分子量的測定結果如下述。
EI-MS(m/z):904〔M〕+
除了使用(2-乙醯基-4-(間氟苯基)-5-氟苯基)(5-(2,1,3-苯并噻二唑-5-基)-3-甲氧基-2-噻吩基)甲酮取代式(2-1)表示的化合物以外,其餘依照實施例1的步驟1至3,獲得式(1-88)表示的本發明之化合物。(1.1mmol,產率81質量%)。
式(1-88)表示的化合物之分子量的測定結果如下述。
EI-MS(m/z):940〔M〕+
除了使用(2-乙醯基-4-異丁基苯基)(5-(2,1,3-苯并噻二唑-5-基)-3-甲氧基-2-噻吩基)甲酮取代式(2-1)表示的化合物以外,其餘依照實施例1的步驟1至3,獲得式(1-89)表示的本發明之化合物。(0.6mmol,產率39質量%)。
式(1-89)表示的化合物之分子量的測定結果如下述。
EI-MS(m/z):828〔M〕+
除了使用(2-乙醯基-5-氯苯基)(3-甲氧基-2-噻吩基)甲酮取代式(2-1)表示的化合物以外,其餘依照實施例1的步驟1至3,獲得式(1-91)表示的本發明之化合物。(1.1mmol,產率71質量%)。
式(1-91)表示的化合物之分子量的測定結果如下述。
EI-MS(m/z):516〔M〕+
除了使用(2-乙醯基-5-氯苯基)(5-(2,1,3-苯并噻二唑-5-基)-3-甲氧基-2-噻吩基)甲酮取代式(2-1)表示的化合物以外,其餘依照實施例1的步驟1至3,獲得式(1-101)表示的本發明之化合物。(1.2mmol,產率78質量%)。
式(1-101)表示的化合物之分子量的測定結果如下述。
EI-MS(m/z):784〔M〕+
依照專利文獻2所述之方法,獲得下述式(3-1)表示的比較用之化合物。
調製實施例1至9及比較例1中獲得的化合物之氯仿溶液(濃度1.0×10-5mol/L),將以吸收光譜的測定結果為基準求得的λmax值示於表1中。
由表1的結果可知,實施例1至9中獲得的本發明之化合物(式(1-22)、(1-39)、(1-48)、(1-83)、(1-84)、(1-88)、(1-89)、(1-91)及(1-101)表示的化合物)在長波長域中相較於比較用的化合物(式(3-1)表示的化合物)具有較大的λmax,可高效率地吸收近紅外光。
使用已預先昇華精製之實施例3中獲得的式(1-48)表示之化合物,藉由電阻加熱真空蒸鍍法在玻璃基板上獲得膜厚20nm的本發明之有機薄膜。針對所得的有機薄膜測定吸收光譜,將結果示於第3圖中。有機薄膜的λmax是931nm。
使用已預先昇華精製之實施例4中獲得的式(1-83)表示之化合物,藉由電阻加熱真空蒸鍍法在玻璃基板上獲得膜厚90nm的本發明之有機薄膜。針對所得的有機薄膜測定吸收光譜,將結果示於第4圖中。有機薄膜的λmax是929nm。
使用已預先昇華精製之實施例5中獲得的式(1-84)表示之化合物,藉由電阻加熱真空蒸鍍法在玻璃基板上獲得膜厚75nm的本發明之有機薄膜。針對所得的有機薄膜測定吸收光譜,將結果示於第5圖中。有機薄膜的λmax是938nm。
使用已預先昇華精製之實施例6中獲得的式(1-88)表示之化合物,藉由電阻加熱真空蒸鍍法在玻璃基板上獲得膜厚75nm的本發明之有機薄膜。針對所得的有機薄膜測定吸收光譜,將結果示於第6圖中。有機薄膜的λmax是935nm。
使用已預先昇華精製之實施例8中獲得的式(1-91)表 示之化合物,藉由電阻加熱真空蒸鍍法在玻璃基板上獲得膜厚80nm的本發明之有機薄膜。針對所得的有機薄膜測定吸收光譜,將結果示於第7圖中。有機薄膜的λmax是807nm。
除了使用比較例1中獲得的式(3-1)表示的化合物取代式(1-48)、(1-83)、(1-84)、(1-88)、(1-89)表示的化合物以外,其餘依照實施例10的步驟,測定比較用的有機薄膜之吸收光譜,將結果示於第8圖中。
由第3圖至第8圖的結果可知,相對於含有式(3-1)表示的比較用之化合物的比較用有機薄膜的λmax為760nm,含有本發明的化合物之實施例的有機薄膜之λmax是807的較長波長。再者,可知,700nm以上的近紅外區域的吸收帶係以含有式(1-48)、(1-83)、(1-84)、(1-88)、(1-89)表示的本發明之化合物的有機薄膜者較大,高效率地吸收紅外光。
在已預先洗淨的ITO透明導電玻璃(Geomatec公司製造,ITO膜厚150nm)上,藉由電阻加熱真空蒸鍍將式(1-83)表示的化合物成膜為厚度90nm的有機薄膜。接著,在前述獲得的有機薄膜上,將鋁電阻加熱真空蒸鍍而成膜為厚 度100nm的電極,藉此製作出本發明的有機光電轉換元件。將ITO與鋁作為電極,在進行300nm至1,100nm的光照射之狀態中,測定施加2.0V的電壓時之光電流應答性。將結果示於第9圖中。
在已預先洗淨的ITO透明導電玻璃(Geomatec公司製造,ITO膜厚150nm)上,藉由電阻加熱真空蒸鍍將式(1-84)表示的化合物成膜為厚度75nm的有機薄膜。接著,在前述獲得的有機薄膜上,將鋁電阻加熱真空蒸鍍後成膜為厚度100nm的電極,藉此製作出本發明的有機光電轉換元件。將ITO與鋁作成電極,在進行300nm至1,100nm的光照射之狀態中,測定施加1.0V的電壓時之光電流應答性。將結果示於第10圖中。
在已預先洗淨的ITO透明導電玻璃(Geomatec公司製造,ITO膜厚150nm)上,藉由電阻加熱真空蒸鍍將式(1-88)表示的化合物成膜為厚度75nm的有機薄膜。接著,在前述獲得的有機薄膜上,將鋁電阻加熱真空蒸鍍後成膜為厚度100nm的電極,藉此製作出本發明的有機光電轉換元件。將ITO與鋁作成電極,在進行300nm至1,100nm的光照射 之狀態中,測定施加1.0V的電壓時之光電流應答性。將結果示於第11圖中。
在已預先洗淨的ITO透明導電玻璃(Geomatec公司製造,ITO膜厚150nm)上,藉由電阻加熱真空蒸鍍將式(1-91)表示的化合物成膜為厚度80nm的有機薄膜。接著,在前述獲得的有機薄膜上,將鋁電阻加熱真空蒸鍍後成膜為厚度100nm的電極,藉此製作出本發明的有機光電轉換元件。將ITO與鋁作成電極,在進行300nm至1,100nm的光照射之狀態中,測定施加0.01V的電壓時之光電流應答性。將結果表示於第12圖中。
除了使用式(3-1)表示的化合物取代式(1-83)表示的化合物以外,其餘依照實施例15製作比較用的有機光電轉換元件,測定光電流應答性。將ITO與鋁作成電極,在進行300nm至1,100nm的光照射之狀態中,測定施加0.05V的電壓時之光電流應答性。將結果示於第13圖中。
由第9圖至第13圖的結果可知,,相較於比較用的有機光電轉換元件,含有本發明的有機薄膜之有機光電轉換元件者在近紅外區域中的光電流應答性較高, 近紅外區域中的光電轉換效率較良好。
使用實施例15至18中獲得的本發明之有機光電轉換元件,以與實施例15至18相同的條件之光照射及施加電壓測定光電流密度(A/cm2),將750nm中的光電流密度設為100時,計算出800、850及900nm中的光電流密度之保持率,將結果示於表2中。
使用比較例3中獲得的比較用之有機光電轉換元件,以與實施例15相同的條件之光照射及施加電壓測定光電流密度(A/cm2),將750nm中的光電流密度設為100時,計算出800、850及900、950nm中的光電流密度之保持率,將結果示於表2中。
由表2的結果可知,相對於比較例4的有機光電轉換元件,其850nm的光電流密度相對於750nm的光電流密度大約降低20%,本發明的實施例18之有機光電轉換元件,其850nm的光電流密度對於750nm的光電流密度大約維持在80%。再者,實施例15至17的有機光電轉換元件在950nm中顯示極大的光電轉換波長。由此結果可知含有本發明的有機薄膜之有機光電轉換元件在近紅外區域中的光電轉換效率優異。
本發明的化合物,兼具合成上的便利性、近紅外區域中的吸收特性與可蒸鍍的所有特性,作為在近紅外區域中運作的有機電子裝置材料是非常有用者。
1‧‧‧絕緣部分
2‧‧‧上方電極膜
3‧‧‧電子阻擋層
4‧‧‧光電轉換層
5‧‧‧電洞阻擋層
6‧‧‧下方電極膜
7‧‧‧絕緣基材或其他光電轉換元件
Claims (11)
- 一種化合物,是以下述式(1)表示者,
式(1)中的R1至R8表示氫原子、脂肪族烴基、烷氧基、烷硫基、芳香族基、雜環基、鹵素原子、羥基、巰基、硝基、取代胺基、非取代胺基、氰基、磺基或醯基;但,R1至R4的至少一個表示氫原子之外,且R5至R8的至少一個表示氫原子之外;X1至X3的任何一個表示硫原子,其餘2個表示具有1個R0的碳原子;X4至X6的任何一個表示硫原子,其餘2個表示具有1個R0的碳原子;R0是分別獨立地表示氫原子、脂肪族烴基、烷氧基、烷硫基、芳香族基、雜環基、鹵素原子、羥基、巰基、硝基、取代胺基、非取代胺基、氰基、磺基或醯基;又,在X1與X2表示R0C時、X2與X3表示R0C時、X4與X5表示R0C時及X5與X6表示R0C時,鄰接的R0之間可相互地鍵結而形成環結構。 - 如申請專利範圍第1或2項所述之化合物,其中,R1至R4的至少一個為脂肪族烴基、芳香族基、雜環基或鹵素原子,且R5至R8的至少一個為脂肪族烴基、芳香族基、雜環基或鹵素原子。
- 如申請專利範圍第3項所述之化合物,其中,R1至R4的至少一個為鹵素原子,且R5至R8的至少一個為鹵素原子。
- 如申請專利範圍第4項所述之化合物,其中,R1至R4的至少一個為脂肪族烴基、芳香族基或雜環基,且R5至R8的至少一個為脂肪族烴基、芳香族基或雜環基。
- 如申請專利範圍第1或2項所述之化合物,其中,R1 與R8是相同、R2與R7是相同、R3與R6是相同,且R4與R5是相同。
- 如申請專利範圍第2項所述之化合物,其中,R9及R10的至少一個為芳香族基、雜環基或鹵素原子,R11及R12的至少一個為芳香族基、雜環基或鹵素原子。
- 一種近紅外光吸收材料,其係含有申請專利範圍第1至7項中任一項所述之化合物。
- 一種有機薄膜,其係含有申請專利範圍第8項所述之近紅外光吸收材料。
- 一種有機電子裝置,其係含有申請專利範圍第9項所述之有機薄膜。
- 一種有機光電轉換元件,其係含有申請專利範圍第9項所述之有機薄膜。
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