具体实施方式
以下,对本发明的实施方式进行详细说明,以下记载的构成条件的说明仅为本发明的实施方式的一个例子,只要不超出本发明的宗旨,不限定于这些内容。
本发明是含有基板和基板上形成的导电性薄膜的导电性薄膜积层体的制造方法,所述导电性薄膜是通过将导电性薄膜前驱物涂布在基板上或该基板上形成的导电性薄膜上,接着使用红外线加热而形成的。
所述基板在波长2000~3300nm的范围内具有红外线透过率的最小值,所述红外线透过率的最小值的波长与该红外线的峰值波长的积(α)为2μm2以上,16μm2以下。
1.基板
本发明中,用于导电性薄膜积层体的基板,可以采用无机玻璃或各种树脂。例如,可举例无碱玻璃、浮法玻璃、石英玻璃、硼硅酸盐玻璃等无机玻璃,聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)、纤维素乙酸酯丙酸酯(或盐)、聚醚砜、聚碳酸酯、聚亚胺、聚酰胺等树脂玻璃。此外,可以使用金属板、金属箔等。优选为无机玻璃。
基板的厚度通常为0.01mm以上,优选为0.1mm以上,进一步地优选为0.2mm以上。此外,其通常为10mm以下,优选为5mm以下,更优选为1mm以下。
基板的厚度在上述范围的话,基板可以除去被红外线过分加热的导电性薄膜的热量,抑制导电性薄膜被破坏。此外,适当地加热基板,可以以该热量加热导电性薄膜。即,具有这样的基板厚度,可以适当地加热导电性薄膜,可以提高导电性薄膜的性能。
2.导电性薄膜(前驱物)
本发明中,导电性薄膜被配置、积层在所述基板上。导电性薄膜可以进行多层积层。导电性薄膜只要是具有导电性可以任选各种膜,通常为10MΩ/□以下,优选为1MΩ/□以下,进一步地优选为1000Ω/□以下,特别是500Ω/□以下。导电性薄膜的膜厚通常3nm以上,优选为5nm以上,更优选为8nm以上,此外通常1μm以下,优选为800nm以下,进一步地优选为500nm以下,特别是400nm以下。
导电性薄膜前驱物是指形成导电性薄膜时所制备的组合物。该组合物是含有导电性材料的组合物,详见后述。
3.导电性薄膜积层体
本发明中,导电性薄膜积层体具有在基板上配置、积层导电性薄膜的结构。作为在基板上配置、积层导电性薄膜的方法,其可通过在基板上涂布导电性薄膜前驱物,例如,含有导电性材料的组合物,涂布后通过红外线进行加热而完成。积层导电性薄膜时,可在基板上预先形成的导电性薄膜上,涂布导电性薄膜前驱物,涂布后通过红外线进行加热。本发明中,通过使用红外线,可在短时间内制造具有所述效果的导电性薄膜积层体。此外,相比使用热风炉或平板电炉的方法,可以短时间烧成,也具有最小化烧成气氛的气体的影响(氧或水分)或废弃物的影响的优点。
4.红外线加热
红外线加热时,可以使用卤素加热器或陶瓷涂层的卤素加热器、陶瓷加热器等。作为卤素加热器,例如,可举例牛尾电机公司制造的(UH-USC、UH-USD、UH-MA1、UH-USF、UH-USP、UH-USPN,以及将这些进行陶瓷涂层(黑色涂层)的卤素加热器),贺利氏公司制造的等。作为远红外线加热器,例如,有AMK公司制造的(远红外线面板型清洁加热器)。
作为加热方法,例如可以举例将上述红外线加热器设置在基板的上部,进行红外线加热的方法。
红外线加热时,优选基板的红外线透过在2000nm~3300nm的波长范围内具有最小值。此外,对于红外线透过率,其上限值通常为95%以下,优选为90%以下,更优选为85%以下,进一步地优选为80%以下,特别优选75%以下。此外对于下限数值,通常为5%以上,优选为10%以上,更优选为20%以上,进一步地优选为25%以上。
在上述范围内的话,适当地加热基板,可通过其热传导加热导电性薄膜前驱物。即,具有这样的基板厚度,可以适当地加热导电性薄膜前驱物,可以提高导电性薄膜的性能。此外,在过度加热导电性薄膜前驱物的情况下,也可以适当地充当散热的热浴。
此外,对于红外线加热器的峰值波长,其下限数值通常为0.8μm以上,优选为0.9μm以上,更优选为1μm以上,特别优选为1.1μm以上。此外其上限值为25μm以下,优选为10μm以下,更优选为5μm以下,特别是3μm以下。
该范围内的话,导电性薄膜前驱物可以通过吸收红外线进行加热。此外,通过在该范围内的红外线加热器的峰值波长,适当地加热基板,可以使用该热量加热导电性薄膜前驱物。此外,导电性薄膜前驱物中使用有机材料的情况下,有机材料吸收红外线加热器的红外线,通过红外线感应加热,可以加热导电性薄膜前驱物。
上述的基板与红外线的组合中,如上所述,基板的红外线透过率在波长2000~3300nm的范围中具有透过率的最小值,并且其最小值的波长与红外线加热器的峰值波长的积(α)的下限数值通常为2μm2以上,优选为2.5μm2以上,进一步地优选为3μm2以上。此外其上限值通常为16μm2以下,优选为15.5μm2以下,进一步地优选为15μm2以下。
通过使基板的红外线透过率的最小值的波长与红外线加热器的峰值波长的积(α)在该范围内,可以适当地加热导电性薄膜前驱物,可提高导电性薄膜的性能。
以下,对使用基板的红外线透过率的最小值的波长与红外线加热器的峰值波长的积(α)作为限定发明的参数的理由,进行如下陈述。
在基板的红外线吸收中2000~3300nm的范围中的最小值的波长,不会过度地加热基板,而可以适当地进行加热。作为显示用于加热该基板的红外线加热器的特征的代表性的值,可举例有红外线加热器的峰值波长。波长与能量的关系成反比关系,因此,本参数(α)的值越小,表示基板所得到的能量越大。此外,参数(α)的数值越大,表示基板所得到的能量越低。本发明中,因为有必要将导电性薄膜前驱物进行适当地加热,所以有必要适度地加热基板,使其在过度加热导电性薄膜的情况下充当热浴,在加热困难时由基板向导电性薄膜提供热量。本参数在本发明中作为其指标。
5.高分子化合物
以下,作为优选的导电性薄膜中含有的化合物,对高分子化合物进行说明。
本发明的高分子化合物含有下述式(1)表示的重复单元。
[化13]
(式(1)中,Ara及Arb分别独立地表示可具有取代基的碳原子数4~60的芳香族烃基或芳香族杂环基。)
作为芳香族环烃基,例如可举例具有1个或2个自由价的苯环、萘环、菲环、蒽环、三亚苯环、环(chrysene ring)、并四苯环、芘环、晕苯环、苊环、荧蒽环、芴环等5元或6元环的单环或2~5稠环,以及多个这些环直接键合而成的环等。此处,在本发明中,所谓自由价是依《有机化学·生物化学命名法》(《有机化学·生化学命名法(上)》)(修订第2版、南江堂、1992年发行)中所记载,指其可与其它自由价成键。即,例如,“具有1个自由价的苯环”是指苯基,“具有2个自由价的苯环”是指亚苯基。
作为芳香族杂环基,可以举出例如具有1个或2个自由价的呋喃环、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、苯并异恶唑环、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、噌啉环、喹喔啉环、菲啶环、萘嵌间二氮杂苯环、喹唑啉环、喹唑啉酮环、甘菊环、等5元或6元杂环的单环或2~4稠环,以及多个这些环直接键合而成的环等。
此处,在芳香族环烃基或芳香族杂环基为具有1个或2个的自由价的稠环情况下,从使环稳定性高的角度出发,优选进行该缩合的单环的数较少,优选为8个以下,进一步地优选为5个以下。另一方面,下限为2个。芳香族环烃基或芳香族杂环基,具体地,从溶解性及耐热性的角度出发,优选具有1个或2个的自由价的、苯环、噻吩环、吡啶环等单环;萘环、蒽环、菲环、三亚苯环、芘环等稠环,以及,2~8个芴环、联苯、三联苯等芳香环连结而成的芳香族烃环。这些之中,从高溶解性且高稳定性的角度出发,进一步地优选具有1个或2个的自由价的苯环、芴环、联苯、三联苯。
作为芳香族环烃基或芳香族杂环基可以具有的取代基,可举例碳原子数1~20的饱和烃基、碳原子数6~25的芳香族环烃基、碳原子数3~20的芳香族杂环基、碳原子数12~60的二芳氨基、碳原子数1~20的烷氧基、碳原子数3~20的(杂)芳氧基、碳原子数1~20的烷硫基、碳原子数3~20的(杂)芳硫基、氰基等。这些之中,基于溶解性及耐热性的角度考虑,优选碳原子数1~20的饱和烃基及碳原子数6~25的芳香族环烃基。
具体地说,作为碳原子数为1~20的饱和烃基,可以举出甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、己基、辛基、环己基、癸基和十八烷基等。这些之中,从原料的容易入手和低价等角度出发,优选甲基、乙基及异丙基,进一步地优选甲基及乙基。
作为碳原子数为6~25的1价芳香族环烃基,可举例有苯基;1-萘基、2-萘基等萘基;9-菲基、3-菲基等菲基;1-蒽基、2-蒽基、9-蒽基等蒽基;1-并四苯基、2-并四苯基等并四苯基;1-基、2-基、3-基、4-基、5-基、6-基等基;1-芘基等芘基;1-苯并菲基等苯并菲基;1-晕苯等晕苯基;4-联苯基、3-联苯基等联苯基;具有荧蒽环的基团;具有芴环的基团;具有苊环的基团;以及具有苯并芘环等的取代基等。这些之中,从化合物稳定性的角度出发,优选苯基、2-萘基、及3-联苯基,从容易提纯的角度出发,特别优选苯基。
作为碳原子数3~20的芳香族杂环基,可举例2-噻吩基等的噻吩基;2-呋喃基等的呋喃基;2-咪唑基等的咪唑基;9-咔唑基等的咔唑基;2-吡啶基等的吡啶基及1,3,5-三嗪-2-基等的三嗪基等。其中,从稳定性的角度考虑,优选咔唑基、特别是9-咔唑基。
作为碳原子数12~60的二芳氨基,可举例二苯基氨基、N-1-萘基-N-苯基氨基、N-2-萘基-N-苯基氨基、N-9-菲基-N-苯基氨基、N-(联苯-4-基)-N-苯基氨基、双(联苯-4-基)氨基等。其中优选二苯基氨基、N-1-萘基-N-苯基氨基、N-2-萘基-N-苯基氨基,特别地,从稳定性的角度出发,优选二苯基氨基。
作为碳原子数1~20的烷氧基,可举例甲氧基、乙氧基、异丙氧基、环己氧基及十八烷氧基等。
作为碳原子数3~20的(杂)芳氧基,可举例苯氧基、1-萘氧基、9-蒽氧基等芳氧基;以及2-噻吩基氧基等具有杂芳氧基的取代基等。
作为碳原子数1~20的烷硫基,可举例甲硫基、乙硫基、异丙硫基及环己硫基等。
作为碳原子数3~20的(杂)芳硫基,可举例苯硫基、1-萘硫基、9-蒽硫基等芳硫基;以及2-噻吩基硫基等具有杂芳硫基的取代基等。
本发明中的高分子化合物,在重复单元中具有键合有芳香族环烃基或芳香族杂环基以外的基团的芳氨基结构的情况下,作为芳香族环烃基或芳香族杂环基以外的基团,优选碳原子数1~70的脂肪族烃基。脂肪族烃基可以是链式也可以是环式,可以饱和也可以不饱和。
作为脂肪族烃基,例如可举例甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、己基、辛基、环己基、癸基、十八烷基等。这些之中,从原料的容易入手性和低价等角度出发,优选甲基、1,2-乙基、1,3-丙基、1,4-丁基、1,5-戊基及1,8-辛基等碳原子数1~10的基团,进一步地优选碳原子数1~8的基团。
此外,从容易合成等角度出发,特别优选甲基、乙基及异丙基等碳原子数1~3的基团,最优选甲基及乙基等碳原子数1~2的基团。从氧化还原耐久性的角度出发,脂肪族烃基优选饱和烃基。
作为脂肪族不饱和烃基,优选亚链烯基,作为其具体例,可以举出1,2-亚乙烯基、1,3-亚丙烯基、1,2-亚丙烯基和1,4-亚丁烯基等。这些之中,基于通过提高分子的平面性而扩大共轭面、使电荷非局域化而易于提高化合物稳定性的原因,特别优选1,2-亚乙烯基。从平面性或分散电荷的角度出发,不饱和脂肪族烃基具有的碳原子数优选2以上,此外,另一方面优选为10以下,进一步地优选6以下。
从提高溶解性的角度出发,优选脂肪族烃基具有较多的碳原子数,另一方面,从化合物的稳定性和膜密度的角度出发,优选其具有较少的碳原子数。具体地说,该碳原子数通常1以上,优选为4以上,进一步优选为6以上,此外,另一方面,通常70以下,优选为60以下,进一步优选为36以下。
作为本发明中的高分子化合物,进一步地优选其为具有下述式(11)、(12)、(13)、(14)表示的重复单元的聚合物等的结构。
具有下述式(11)表示的重复单元的聚合物,通过布赫瓦尔德-哈特维希反应(Buchwald-Hartwig反应)或乌尔曼反应(Ulmann反应)等的形成N-Ar键的反应进行合成。
[化14]
式(11)中,Ar1~Ar3各自独立地表示与前述定义相同的芳香族环烃基或芳香族杂环基,Z表示2价基团,优选其表示连结1~24个选自-CR1R2-、-CO-、-O-、-S-、-SO2-、-SiR3R4-形成的组中的基团而成的基团。R1~R4分别独立地表示氢原子、可具有取代基的碳原子数1~12的烷基、与前述定义相同的芳香族环烃基或芳香族杂环基,R1和R2、R3和R4可以相互键合形成环。a表示0~8的整数。另外,a为2~8的整数的情况下,Ar3、Z可以各自不同。n表示重复单元的重复数。
式(M1-1)~式(M1-3)中,Ar1~Ar3、Z、a与式(11)中的定义相同。b表示0~8的整数。X1表示卤素原子、三氟甲烷磺酰氧基(CF3SO2O-)等磺酸酯基。
式(M1-1)~式(M1-3)表示的单体可以各自独立地使用1种或2种以上,优选10种以下。
另外,式(11)、式(M1-1)~式(M1-3)中,Ar1~Ar3、Z、a、x1存在2个以上时,可以各自不同。
具有下述式(12)表示的重复单元聚合物可以通过Yamamoto反应、Negishi反应、Migita-Kosugi-Stile反应、Suzuki-Miyaura反应等形成Ar-Ar键的反应进行合成。
[化15]
式(12)、式(M2-1)、式(M2-2)中,Ar1~Ar3、Z、a、b、X1、n与式(11)、式(M1-1)~式(M1-3)中的定义相同。
式(M2-2)中,G表示Negishi反应中的BRZn-等的具有取代基的锌原子、Migita-Kosugi-Stile反应中的(CH3)3Sn-等的具有取代基的锡原子、Suzuki-Miyaura反应中的(RO)2B-(R为氢原子或可以相互键合成环的烷基)等的具有取代基的硼原子。
另外,式(12)、式(M2-1)~式(M2-2)中,Ar1~Ar3、Z、a、b、x1存在2个以上时,可以各自不同。
具有下述式(13)表示的重复单元的聚合物,可通过形成O-Ar键或S-Ar键的反应进行合成。
[化16]
式(13)、式(M3-1)、式(M3-2)中,Ar1~Ar3、Z、a、b、X1、n与式(11)、式(M1-1)~式(M1-3)中的定义相同。
式(13)、式(M3-2)中,Q1表示氧原子或硫原子。
另外,式(13)、式(M3-1)~式(M3-2)中,Ar1~Ar3、Z、a、b、Q1,X1存在2个以上时,可以各自不同。
具有下述式(14)表示的重复单元的聚合物,可通过形成酯键或酰胺键的反应进行合成。
[化17]
式(14)、式(M4-1)、式(M4-2)中,Ar1~Ar3、Z、a、b、n与式(11)、式(M1-1)~式(M1-3)中的定义相同。
式(14)、式(M4-1)、式(M4-2)中,Q2表示羰基、或磺酰基,Q3表示氧原子、硫原子、或-NR5-基(R5表示氢原子、可具有取代基的烷基、与前述定义相同的芳香族环烃基或芳香族杂环基。),X2表示卤素原子。
另外,式(14)、式(M4-1)~式(M4-2)中,Ar1~Ar3、Z、a、b、Q2、Q3存在2个以上时,可以各自不同。
这些之中,作为本发明中的高分子化合物,优选具有式(11)及式(12)表示的重复单元的聚合物,从空穴传输性及耐久性的角度出发,进一步优选具有式(11)表示的重复单元的聚合物。此外,式(11)~(14)中,以优异的空穴注入传输性的角度,优选a为0。此外,从带隙变宽、空穴传输性优异的角度,a优选为1或2,更优选为1。并且,基于耐久性优异的角度,Z优选为-CR1R2-。
此外,作为本发明中的高分子化合物,在其为不具有交联性基团的化合物的情况下,也可以使用例如PEDOT/PSS(Adv.Mater.,2000年,12卷,481页)或聚苯胺盐酸盐(J.Phys.Chem.,1990年,94卷,7716页)等氧化聚合物。
<不溶性基>
本发明涉及的高分子化合物优选具有不溶性基。不溶性基优选交联性基团或解离基团。从进行3维的化学键合的角度,不溶性基优选交联性基团。
<交联性基团>
本发明涉及的高分子化合物优选具有交联性基团。
此处,交联性基团是指通过热和/或活性能量射线的照射,可与位于附近的其他分子的相同或不同基团反应,生成新的化学键的基团。
高分子化合物通过具有交联性基团,涂布后,使用这些交联性基团进行交联,可以使导电性薄膜具有不溶性。由此,可以在该导电性薄膜层上,进一步地通过涂布功能性薄膜进行积层。
作为交联性基团,从易于键合性的角度选自下述的<交联性基团群T>。
<交联性基团群T>
[化18]
式中,R21~R25各自独立地表示氢原子或碳原子数1~12的烷基。Ar41表示可具有取代基的芳香族烃基、或可具有取代基的芳香族杂环基。
另外,苯并环丁烯环可具有取代基。
作为交联性基团,从高反应性、对有机溶剂易于交联的角度出发,优选环氧基、氧杂环丁烷基等环状醚基,乙烯基醚基等阳离子聚合性基。其中,从易于控制阳离子聚合的速度的角度出发,特别优选氧杂环丁烷基,从阳离子聚合时不易生成可能导致元件的劣化的羟基的角度出发,优选乙烯基醚基。
作为交联性基团,从进一步提高电化学稳定性的角度出发,优选肉桂酰基等芳基乙烯基羰基、苯并环丁烯环等环化加成反应的基团,从使交联后的结构的稳定性高的角度出发,特别优选苯并环丁烯环。
本发明涉及的高分子化合物的分子中,交联性基团可以与分子内的芳香族烃基或芳香族杂环基直接键合,也可以介由由1~30个选自-O-基、-C(=O)-基或(可具有取代基的)-CH2-基以任意的顺序连结而成的2价基团,与芳香族烃基或芳香族杂环基键合。这些介由2价基团的交联性基团,即,含有交联性基团的基团的具体例子如以下的<含有交联性基团的基团群T’>所示,但本发明并不限定于此。
<含有交联性基团的基团群T’>
[化19]
[化20]
本发明中的高分子化合物优选含有下述式(2)形成的重复单元。
[化21]
式中,P表示0~3的整数,Ar21和Ar22各自独立地表示直接键合、可具有取代基的芳香族烃基、或可具有取代基的芳香族杂环基,Ar23~Ar25各自独立地表示可具有取代基的芳香族烃基或可具有取代基的芳香族杂环基,T2表示交联性基团。)
可以用于Ar21、Ar22及Ar24的可具有取代基的芳香族烃基、或可具有取代基的芳香族杂环基与上述的Ara表示的结构相同。可以用于Ar23、Ar25的可具有取代基的芳香族烃基、或可具有取代基的芳香族杂环基与上述的Arb表示的结构相同。
T2从上述的交联性基团群T及T’中选择。此外,特别地,T2优选含有下述式(3)表示的基团。
[化22]
(式(3)中的苯并环丁烯环可具有取代基。此外,也可以取代基彼此相互键合形成环。)
Ar21~Ar25可具有的取代基,与上述的Ara或Arb表示的芳香族烃基或芳香族杂环基可具有的取代基相同。
此外,本发明中的高分子化合物优选含有下述式(4)形成的部分结构。
[化23]
式(4)中,AR6和Ar7各自独立地表示可具有取代基的2价芳香环基,Ar8表示可具有取代基的芳香环基,R8和R9各自独立地表示氢原子、可具有取代基的碳原子数1~12的烷基、可具有取代基的碳原子数1~12的烷氧基或可具有取代基的芳香环基。
R8和R9可相互键合形成环。
p表示1~5的整数。
另外,式(4)中Ar6~Ar8、R8及R9具有多个的情况下,这些基团可以相同,也可以不同。
此外,本发明中的高分子化合物优选含有下述式(6)形成的部分结构。
[化24]
式(6)中,Ar31、Ar33、Ar34及Ar35各自独立地表示可具有取代基的2价芳香族环烃基、或可具有取代基的2价芳香族杂环基,Ar32表示可具有取代基的芳香族环烃基、或可具有取代基的芳香族杂环基。
R11表示可具有取代基的碳原子数1~12的烷基、或可具有取代基的碳原子数1~12的烷氧基,R12~R17各自独立地表示氢原子、可具有取代基的碳原子数1~12的烷基、可具有取代基的碳原子数1~12的烷氧基、可具有取代基的芳香族环烃基、或可具有取代基的芳香族杂环基。
R12及R13可以互相键合形成环。R14及R15可以互相键合形成环。R16及R17可以互相键合形成环。
l、m及n各自独立地表示0~2的整数。
另外,式(6)中Ar31~Ar35或者R12及R17具有多个的情况下,这些基团可以相同,也可以不同。
可以用于Ar31、Ar33、Ar34、Ar35及Ar6、Ar7的、可具有取代基的2价的芳香族烃基,与可以用于上述的Ara的2价的芳香族烃基相同。
可以用于Ar32、Ar8的、可具有取代基的芳香族烃基,与可以用于上述的Arb的芳香族烃基相同。
R12~R17及R8、R9分别独立地表示氢原子、可具有取代基的烷基、可具有取代基的烷氧基、或可具有取代基的芳香族基,可相互键合形成环。R11、R12~R17及R8、R9,从溶解性的角度出发,优选为碳原子数1~12的烷基及碳原子数1~12的烷氧基,更优选为碳原子数1~12的烷基。
AR31、Ar33、Ar34、Ar35、Ar6、Ar7、R12~R17、R8、R9可具有的取代基,可举例上述的Ara或Arb表示的芳香族烃基或芳香族杂环基可具有的取代基、或所述交联性基团。
<高分子化合物的分子量>
本发明中的高分子化合物的重均分子量(Mw)通常为3,000,000以下,优选为1,000,000以下,更优选为500,000以下,此外通常为2,000以上,优选为3,000以上,更优选为5,000以上。
此外,高分子化合物的数均分子量(Mn)通常为3,000以上,优选为6,000以上,通常1,000,000以下,优选为500,000以下。重均分子量或数均分子量低于该范围的下限值的话,交联层对于有机溶剂的不溶性降低,可能不能进行积层,可能导致玻璃化转变温度降低耐热性受损。此外,其高于该范围的上限值的话,可能交联前也不能溶解于有机溶剂,无法得到平坦的膜。
进一步地,本发明中的高分子化合物的分散度(Mw/Mn)通常为3.5以下,优选为2.5以下,更优选为2.0以下。高分子化合物的分散度高于该范围的上限值的话,可能导致难以进行提纯、对于有机溶剂的溶解性降低、电荷传输能力降低等。另外,理想的分散度是1.0。
通常,该重均分子量通过SEC(尺寸排阻色谱法)进行测定而决定。SEC测定中越是高分子量成分其溶出时间越短,越是低分子量成分其溶出时间越长,因此使用基于分子量已知的聚苯乙烯(标准试样)的溶出时间算出的校准曲线,通过将样品的溶出时间换算为分子量,可以算出重均分子量。
以下,对含有上述的高分子化合物的导电性薄膜前驱物的加热方法进行说明。
导电性薄膜前驱物通过将上述的高分子化合物等导电性薄膜形成材料以及根据需要的其他成分,与可以对其溶解或分散的溶剂混合而制备。
作为导电性薄膜前驱物中含有的溶剂,没有特别限定,但其是可以溶解所述高分子化合物通常0.1重量%以上,优选为0.5重量%以上,进一步地优选为1.0重量%以上的溶剂。
溶剂的沸点通常为110℃以上,优选为140℃以上,进一步地优选为180℃以上,特别优选200℃以上,通常为400℃以下,其中优选为300℃以下。溶剂的沸点过低的话,干燥速度过快,膜质可能发生恶化。此外,溶剂的沸点过高的话,必须提高干燥工序的温度,可能对其他层或基板有不良影响。
作为导电性薄膜前驱物中含有的溶剂,只要是能上述的要求的特性的物质即可,可以使用酯系溶剂、芳香族烃系溶剂、醚系溶剂、含卤素有机溶剂、酰胺系溶剂等,从高溶解性且残留溶剂的不良影响低的角度,优选酯系溶剂、芳香族烃系溶剂、醚系溶剂。
作为酯系溶剂,例如,可举例乙酸乙酯、乙酸正丁酯、乳酸乙酯、乳酸正丁酯等的脂肪族酯,以及乙酸苯酯、丙酸苯酯、安息香酸甲酯、安息香酸乙酯、安息香酸丙酯及安息香酸正丁酯等芳香族酯等。
作为芳香族烃系溶剂,例如,可举例甲苯、二甲苯、三甲苯、环己基苯、3-异丙基联苯、1,2,3,4-四甲基苯、1,4-二异丙基苯及甲基萘等。
作为醚系溶剂,例如,可举例乙二醇二甲醚、乙二醇二***、丙二醇-1-单甲基醚乙酸酯(PGMEA)等的脂肪族醚,1,2-二甲氧基苯、1,3-二甲氧基苯、甲氧苯甲酰、苯***、2-甲氧基甲苯、3-甲氧基甲苯、4-甲氧基甲苯、2,3-二甲基甲氧苯甲酰、2,4-二甲基甲氧苯甲酰等芳香族醚等醚系溶剂。
作为含卤素有机溶剂,可举例1,2-二氯乙烷、氯苯及o-二氯苯等。
作为酰胺系溶剂,例如,可举例N,N-二甲基甲酰胺及N,N-二甲基乙酰胺等。
此外,这些溶剂之外,也可以使用二甲亚砜等。
这些溶剂可以单独使用1种,也可以以任意的组合及比例同时使用2种以上。
导电性薄膜前驱物中含有溶剂的量通常为10重量%以上,优选为50重量%以上,更优选为60重量%以上,特别为80重量%以上,通常为99.99重量%以下。
导电性薄膜前驱物中含有的导电性薄膜形成用的材料的量,从使该组合物的粘度提高的角度优选其较高,另一方面,从其溶解性的角度优选其较低。因此,具体地,导电性前驱物中含有的导电性薄膜形成用材料的量,通常为0.01重量%以上,优选为0.1重量%以上,更优选为0.5重量%以上,此外,另一方面,通常为50重量%以下,优选为40重量%以下,进一步地优选为20重量%以下。此外,导电性薄膜形成用组合物,可以含有2种以上的导电性薄膜形成材料,该情况下优选2种以上的合计量在上述范围内。
(加热条件)
关于用红外线加热导电性薄膜前驱物,红外线照射中的基板的温度的下限值通常为150℃以上,优选为160℃以上,更优选为170℃以上,进一步地优选为180℃以上。此外其上限值通常为300℃以下,优选为290℃以下,更优选为280℃以下,进一步地优选为270℃以下。
基板的温度在上述的范围的话,导电性薄膜不会被过度加热,进一步地在导电性薄膜是难以通过红外线加热的材料的情况下,可以从基板向导电性薄膜提供热量。
进一步地,在上述的范围的话,通过涂布形成导电性薄膜的情况下,可以除去溶剂,进一步地,提高层内的密度,进一步地,可以提高层间的密着性,可以提高导电性薄膜的具有的特性。
进一步地在上述温度范围的保持时间,其下限数值通常为5秒以上,优选为20秒以上,进一步地优选为30秒以上。此外其上限值通常为30分钟以下,优选为25分钟以下,进一步地优选为20分钟以下。
通过使其为该范围,导电性薄膜不会被过度加热,进一步地在导电性薄膜是难以通过红外线加热的材料的情况下,可以从基板向导电性薄膜提供热量。
进一步地,在上述的范围的话,通过涂布形成导电性薄膜的情况下,可以除去溶剂,提高层内的均一性、膜强度,进一步地,可以提高层间的密着性,可以提高导电性薄膜具有的特性。
并且,上述的范围的话,用涂布形成导电性薄膜的情况下,本发明涉及的高分子化合物具有交联性基团时,通过交联性基团进行交联,可以使其具有不溶性,因而优选。
此外,红外线照射中的基板的温度为150℃以上、300℃以下的温度范围,保持固定的温度的时间的下限值通常为20秒以上,优选为30秒以上,进一步地优选为1分钟以上。此外其上限值通常为15分钟以下,优选为8分钟以下,进一步地优选为5分钟以下。
在该范围内的话,可以阻碍在不产生导电性薄膜所需求的特性的状态下形成准稳定的状态,形成稳定的导电性薄膜。具体地,可以阻碍膜的成分引起相分离,和抑制基于相分离引起的表面结构的粗糙度的增加。
另外,上述“保持固定的温度”是指保持±5℃的范围内的温度。
导电性薄膜积层体中的基板的升温速度,其下限数值通常为10℃/min以上,优选为20℃/min以上,更优选为30℃/min以上。此外其上限值通常为250℃/min以下,优选为200℃/min以下,更优选为150℃/min以下。
此外该升温速度是用30秒进行测定的。
通过使其为该升温速度范围,在抑制导电性薄膜的剧烈收缩的同时,可以有效地加热导电性薄膜,可以提高生产性。
此外,基板的红外线透过率在波长2000~3300nm的范围中具有透过率的最小值,且其最小值的波长与红外线加热器的峰值波长的积(α),除以基板的温度为150℃以上的保持时间(t)的数值(α/t)满足下式(7)的关系。
0.002≤α/t(μm2/s)≤0.2…(7)
α/t的下限值,通常为0.002μm2/s以上,优选为0.005μm2/s以上,更优选为0.01μm2/s以上,进一步地优选为0.02μm2/s以上。此外其上限值通常为0.2μm2/s以下,优选为0.1μm2/s以下,更优选为0.05μm2/s以下,进一步地优选为0.04μm2/s以下。
α/t在上述范围的话,基板可以除去被红外线过分加热的导电性薄膜的热量,抑制导电性薄膜被破坏。此外,导电性薄膜在通过红外线的加热较弱的情况下,可以通过适当地加热基板,利用该热量加热薄膜。即,通过使α/t为该范围,可以适当地加热导电性薄膜,可以提高导电性薄膜的性能。
以下对于该参数α/t进行说明。参数α,如上所述,与基板的容易加热的程度具有反比关系。即,α较小时,基板容易加热,较短的保持时间t即可加热导电性薄膜,α较大时,基板不容易加热,时间t变长。
因此,通过将α除以t,在制造依据本发明的导电性薄膜积层体时,可以适当地设定加热条件,该范围如上所述。
(关于膜厚)
此处,含有上述高分子化合物的导电性薄膜,作为导电性薄膜前驱物,高分子化合物中含有交联基团的情况下,厚膜的情况更容易呈现不溶性。厚膜是指形成的膜的厚度通常为50nm以上,优选为60nm以上,更优选为100nm以上,进一步地优选为120nm以上,通常1μm以下,优选为800nm以下,更优选为600nm以下的膜厚。
以红外线加热所述导电性薄膜前驱物的情况下,通过红外感应加热,构成所述高分子化合物的分子发生振动。然而,基板或透明电极上的空穴传输性材料,通过其表面的分子的吸附,束缚了分子运动,因而难以进行交联反应等的不溶性反应。另一方面,导电性薄膜的膜厚为50nm以上的话,可以充分地进行分子运动,提高交联基团彼此间的碰撞的概率,可使交联反应进行。进一步地,导电性薄膜的膜厚为50nm以上的话,红外感应加热引起的热量通过发生传热,热量不至于被基板过度争夺,该热量可以用于促进高分子化合物的交联反应。
此外,使导电性薄膜为厚膜的其他优点,还可以举出其提高了成为泄漏源的异物的包覆率。进一步地,可以提高基于光的干涉的有机电致发光元件的光学设计的自由度。
另一方面,通过使导电性薄膜的膜厚为1μm以下,可以缩短溶剂的干燥时间,此外可以限制高分子化合物的使用量,可抑制成本。
加热膜厚50nm以上的所述导电性薄膜时,红外线照射中的基板的温度的下限值通常为70℃以上,优选为100℃以上,更优选为120℃以上,进一步地优选为140℃以上。此外其上限值通常为300℃以下,优选为290℃以下,更优选为280℃以下,进一步地优选为270℃以下。
基板的温度在上述的范围的话,导电性薄膜不会被过度加热,进一步地在其为难以通过红外线加热的材料的情况下,可以从基板向导电性薄膜提供热量。
进一步地,在上述的范围的话,通过涂布形成导电性薄膜的情况下,可以除去溶剂,进一步地,提高层内的密度,进一步地,可以提高层间的密着性,可以提高导电性薄膜具有的特性。
进一步地在上述温度范围的保持时间,其下限数值通常为5秒以上,优选为20秒以上,进一步地优选为30秒以上。此外其上限值通常为30分钟以下,优选为25分钟以下,进一步地优选为20分钟以下。
通过使其为该范围,导电性薄膜不会被过度加热,进一步地在其为难以通过红外线加热的材料的情况下,可以从基板向导电性薄膜提供热量。
进一步地,在上述的范围的话,通过涂布形成导电性薄膜的情况下,可以除去溶剂,提高层内的均一性·膜强度,进一步地,可以提高层间的密着性,可以提高导电性薄膜具有的特性。
并且,上述的范围的话,用涂布形成导电性薄膜的情况下,本发明涉及的高分子化合物具有交联性基团时,通过交联性基团进行交联,可以使其具有不溶性,因而优选。
此外,基板的温度以70℃以上、300℃以下的温度范围,保持固定的温度的时间的下限值通常为20秒以上,优选为30秒以上,进一步地优选为1分钟以上。此外其上限值通常为15分钟以下,优选为8分钟以下,进一步地优选为5分钟以下。
在该范围内的话,可以阻碍在不产生导电性薄膜所需求的特性的状态下形成准稳定的状态,而形成稳定的空穴传输性材料层。具体地,可以阻碍膜的成分引起相分离,和抑制基于相分离引起的表面结构的粗糙度的增加。
另外,上述“保持固定的温度”是指保持±5℃的范围内的温度。
基板的升温速度,其下限数值通常为10℃/min以上,优选为20℃/min以上,更优选为30℃/min以上。此外其上限值通常为250℃/min以下,优选为200℃/min以下,更优选为150℃/min以下。
此外该升温速度是用30秒进行测定的。
通过使其为该升温速度范围,导电性薄膜不会剧烈收缩,可以有效地加热导电性薄膜,可以提高生产性。
此外,基板的红外线透过率在波长2000~3300nm的范围中具有透过率的最小值,并且其最小值的波长与红外线加热器的峰值波长的积(α)除以照射红外线的时间(t)的数值(α/t),其下限值通常为0.002μm2/s以上,优选为0.005μm2/s以上,更优选为0.01μm2/s以上,进一步地优选为0.02μm2/s以上。
此外其上限值通常为0.2μm2/s以下,优选为0.15μm2/s以下,更优选为0.10μm2/s以下,进一步地优选为0.08μm2/s以下。
α/t在上述范围的话,基板可以除去被红外线过分加热的导电性薄膜的热量,抑制导电性薄膜被破坏。此外,导电性薄膜在通过红外线的加热较弱的情况下,可以通过适当地加热基板,利用该热量加热导电性薄膜。即,通过使α/t为该范围,可以适当地加热导电性薄膜,可以提高导电性薄膜的性能。
(成膜方法)
作为本发明中的导电性薄膜前驱物组合物的涂布方法,例如可以采用旋涂法、浸渍涂布法、模涂法、棒涂法、刮板涂布法、辊涂法、喷涂法、毛细管式涂布法、喷墨法、喷嘴印刷法、丝网印刷法、凹版印刷法和柔版印刷法等方法。
从使组合物中产生的结晶引起的膜的缺损难以发生的角度出发,成膜时的温度优选为10℃以上,优选为50℃以下。成膜时的相对湿度,只要不使本发明的效果产生明显的损失即无限定,通常为0.01ppm以上,通常为80%以下。
本发明涉及的以红外线加热的工序之前,可以通过加热或减压干燥等干燥涂布膜而获得干燥膜。作为加热装置,可举例平板电炉、洁净烘箱等。具体地,例如,可将形成有涂布膜的基板放置于平板电炉上或烘箱内加热等手段进行加热,获得干燥膜。减压干燥的话,可将形成有涂布膜的基板放入减压装置内进行减压,获得干燥膜。红外线加热后的导电性薄膜表面更为平坦,因而优选在本发明涉及的以红外线加热的工序之前干燥涂布膜使其为干燥膜。
依据本发明的制造方法,可在不给导电性薄膜超出需要的热量的情况下,制造导电性薄膜积层体。通常地,高分子材料在通常溶液中形成卷曲的状态(卷材)。可是,将其加热至高分子材料的玻璃化转变温度或软化温度以上,浇铸溶剂的话,其成稍稍收缩的形状。将这样的薄膜进行充分长时间的加热,卷曲增大,成为相互缠绕的无规的状态。可以认为,本发明中因为缩短了加热时间,可以保持这样的卷曲状态。判明该结构的方法可以适当选择,为测定薄膜层的结构优选小角X-射线散射(GI-SAXS)测定。该结构通常为1~50nm,优选为2~40nm,更优选为3~30nm。在该范围外的话,可能无法充分地获得导电通路。
含有如上所述而形成的高分子化合物的导电性薄膜,适宜在后述的有机电致发光元件中被用作空穴注入层或空穴传输层。接着,作为导电性薄膜积层体的合适例子,对有机电致发光元件进行说明。
6.有机电致发光元件
有机电致发光元件是具有阳极、阴极、及它们之间的作为导电性薄膜的至少1层的有机层的有机电致发光元件。图1是显示有机电致发光元件的合适的结构例的截面的示意图,图1中,各符号分别表示如下,符号1表示基板,符号2表示阳极,符号3表示空穴注入层,符号4表示空穴传输层,符号5表示发光层,符号6表示空穴阻挡层,符号7表示电子传输层,符号8表示电子注入层,符号9表示阴极。图1中,属于本发明的导电性薄膜层的层是符号3~8。优选这些导电性薄膜层的至少1层通过湿式成膜法形成,进一步地通过红外线加热形成层。接着作为导电性薄膜,对于发光层进行说明。
[发光层]
(发光层的形成方法)
发光层是通过涂布含有发光材料及溶剂的发光层组合物,进行烧制而形成的。
(发光材料)
作为发光材料,可以使用公知的材料。例如,可以是荧光发光材料,也可以是磷光发光材料。详见后述。
(发光层组合物)
发光层组合物至少含有发光材料及溶剂。作为溶剂,可以使用与前述的导电性薄膜形成用组合物中含有的溶剂相同的溶剂。组合物中含有的发光材料,通常可以含有0.01重量%以上,优选为0.05重量%以上,进一步地优选为0.1重量%以上。此外,发光材料通常可以含有35重量%以下,优选为20重量%以下,进一步地优选为10重量%以下。另外,并用2种以上的发光材料的情况下,优选这些的合计含量在上述范围内。
此外,溶剂的沸点通常为75℃以上,优选为100℃以上,更优选为110℃以上,进一步地优选为120℃以上,通常350℃以下,优选为280℃以下,更优选为275℃以下,进一步地优选为260℃以下。
其为该下限值以上的话,因在进行发光层的加热·烧制之前涂布膜发生干燥,膜可能变得不均一。此外,在该上限值以下的话,可以充分地除去溶剂,有机电致发光层可以获得期望的特性。此外也可以短时间内完成溶剂的除去,提高生产性。作为所述发光层组合物的涂布方法,可以使用前述的导电性薄膜形成用组合物的涂布方法。
(红外线加热)
如上述涂布的发光层组合物可通过红外线加热进行烧制。作为红外线加热的条件,基板的下限温度为通常为70℃以上,优选为75℃以上,更优选为80℃以上,上限温度通常为150℃以下,优选为140℃以下,更优选为130℃以下。通常保持该温度范围5秒以上,优选为10秒以上,更优选为20秒以上,特别优选30秒以上,通常20分以下,优选为15分以下,更优选为10分以下,进一步地优选为8分以下。
在该温度及保持时间的下限值以上的话,可以形成充分致密的膜,将所述发光层组合物涂布于预先形成的空穴注入层或空穴传输层的情况下,溶剂可以充分地挥发,溶剂不产生残留,可以实现所期望的元件特性。
此外,在上述温度及保持时间的上限值以下的话,通过红外线的吸收,不会破坏发光层,因此可以维持元件特性。
进一步地,基板的温度在所述的温度范围内保持固定的温度的时间通常为20秒以上,优选为30秒以上,更优选为1分钟以上,通常10分钟以下,优选为8分钟以下,更优选为5分钟以下。
保持温度上述上限时间以下的话,可以不形成准稳定的状态,可以发挥期望的特性。通常,因为发光层由基质和掺杂物等的混合物形成,因而长时间地保持恒定温度的话,膜中的发光层成分可能发生相分离,可能使表面结构的粗糙度增大。此外,保持温度上述下限时间以上的话,可以控制发光层的状态,重复发光。
此处,上述“固定的温度”是指保持温度在±5℃的范围内的状态。
基板的升温速度通常为10℃/min以上,优选为20℃/min以上,更优选为30℃/min以上,通常为250℃/min以下,优选为200℃/min以下,更优选为150℃/min以下。
上述升温速度以下的话,温度没有急剧上升,也不会破坏发光层。另一方面在该升温速度以上的话,可以缩短到达为产生必要的特性的温度的时间,从生产性的角度出发优选。另外,升温速度是用30秒进行测定的。
通常,发光层含有基质和掺杂物,其定量比必须进行精确控制。蒸镀法中其各自的蒸镀速度难以在长时间内保持固定,定量比的误差较大。湿式成膜法的话,因为可以预先称量含有发光材料及溶剂的油墨的材料进行精确调整,定量比不发生变化,可以抑制元件的偏差,因而是有效的方法。
此外,蒸镀法中一次性投入成膜装置的蒸镀源的材料,经过长时间的持续加热,装置越大型,其时间越增加,材料劣化的问题变得更显著。
湿式成膜法中因为只在干燥时进行加热,成膜装置中投入的材料可以长期地不发生劣化地稳定,可以保持元件的品质稳定。进一步地,加热时,通过使用本发明的红外线进行加热,可以缩短加热时间,因而成为有用的方法。另外,还可以举出以下优点,通过使用红外线作为加热手段,相比使用热风炉或平板电炉,可以以相对短的时间进行烧制,因此,氧或水分等所谓烧成气氛的气体的影响或废弃物的影响可以降低至最小限度。
优选形成发光层之前,至少一层的有机层,具体而言空穴注入层、空穴传输层是通过相比所述发光层的烧制温度更高的温度的红外线烧制。
这是因为通过所述发光层的加热,从空穴注入层或空穴传输层中发生气体脱离,可能污染发光层。进一步地,也因为在空穴注入层或空穴传输层以红外线以外的方法加热的情况下,表面产生表皮层(スキン层),残留溶剂等可能被封闭在空穴注入层或空穴传输层中。这是因为红外线加热引起分子振动发生,容易除去残留溶剂,此外,因为分子振动,难以形成表皮层,或即使形成,也容易除去溶剂。
(基板和红外线的关系)
红外线加热时,可以使用的加热器的种类、基板的红外线透过的最小值、红外线透过率、红外线加热器的峰值波长、及基板的红外线透过率的最小值的波长与红外线加热器的峰值波长的积(α),与前述的导电性薄膜的红外线加热相同。
此外,基板的红外线透过率在波长2000~3300nm的范围中具有透过率的最小值,且其最小值的波长与红外线加热器的峰值波长的积(α),除以基板的温度为70℃以上150℃以下的保持时间(t)的数值(α/t)满足以下的式(8)的关系。
0.003≤α/t(μm2/s)≤0.5…(8)
α/t下限值通常为0.003μm2/s以上,优选为0.004μm2/s以上,更优选为0.005μm2/s以上,进一步地优选为0.008μm2/s以上。此外其上限值通常为0.5μm2/s以下,优选为0.4μm2/s以下,更优选为0.3μm2/s以下,进一步地优选为0.2μm2/s以下。
α/t在该范围的话,基板可以除去被红外线过分加热的发光层的热量,抑制发光层的破坏。此外,发光层在通过红外线的加热较弱的情况下,可以通过适当地加热基板,利用该热量加热发光层。即,通过使α/t为该范围,可以适当地加热发光层,可以提高有机电致发光元件的性能。
(加热温度和溶剂的关系)
通过涂布形成发光层的情况下,发光层组合物中使用的溶剂的沸点(t1)与基板温度的最高温度(t2)的差(Δt=t1-t2)通常为5℃以上,优选为30℃以上,更优选为50℃以上,进一步地优选为100℃以上,特别优选120℃以上,通常230℃以下,优选为200℃以下,更优选为190℃以下,进一步地优选为185℃以下,特别优选180℃以下。
以红外线进行加热的情况下,在所述上限值以下的话,通过红外电磁感应加热,溶剂为急速蒸发或沸腾,不会破坏薄膜发光层。在该下限值以下上话,可以充分地除去溶剂,有机致电发光层可以获得期望的特性。此外也可以短时间内完成溶剂的除去,提高生产性。
另外发光层的膜厚通常为3nm以上,优选为5nm以上,此外,通常300nm以下,优选为100nm以下的范围。
(发光材料)
作为产生蓝色发光的荧光发光材料(蓝色荧光色素),例如,可举例萘、屈(草字头)、苝、芘、蒽、香豆素、对二(2-苯基乙烯基)苯及这些的衍生物等。
作为产生绿色发光的荧光色素(绿色荧光色素),例如,可举例喹吖啶酮衍生物、香豆素衍生物、Al(C9H6NO)3等的铝络合物等。
作为产生黄色发光的荧光发光材料(黄色荧光色素),例如,可举例红荧烯、萘嵌间二氮杂苯酮(perimidone)衍生物等。
作为产生红色发光的荧光发光材料(红色荧光色素),例如,可举例DCM(4-(二氰基亚甲基)-2-甲基-6-(对二甲氨基苯乙烯基)-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,具体地,可举例三(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、八乙基铂卟啉、八苯基铂卟啉、八乙基钯卟啉、八苯基钯卟啉等。
作为高分子系的发光材料,可举例聚(9,9-二辛基芴-2,7-二基)、聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)共(4,4’-(N-(4-仲丁基苯基))二苯基胺)],聚[(9,9-二辛基芴-2,7-二基)共(1,4-苯并-2{2,1’-3}-***)]等聚芴系材料、聚[2-甲氧基-5-(2-乙基己氧基)-1,4-亚苯基亚乙烯]等聚对苯乙烯系材料。
此外,可以将上述的高分子化合物作为发光材料使用。
作为发光材料使用的化合物的分子量,只要不明显损害本发明的效果可以为任意值,通常为10000以下,优选为5000以下,更优选为4000以下,进一步优选为3000以下,此外,通常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的话,有时会产生耐热性明显降低,成为产生气体的原因,导致形成膜时的膜质降低,或者迁移等引起的有机电致发光元件的形态发生变化等。另一方面,发光材料的分子量过大的话,有难以提纯有机化合物,其溶解于溶剂时需要更多时间等倾向。
另外,上述的发光材料可以只使用任意1种,也可以2种以上以任意的组合及按比例同时使用。
内部量子效率的角度出发,优选为磷光发光材料。作为磷光发光材料,例如,可举例含有从长式元素周期表(以下,不进行特别声明的“周期表”的情况下,其指长式元素周期表。)第7~11族中选择的金属作为中心金属的维尔纳型络合物或有机金属络合物化合物。此外,具有重元素Ir等的金属络合物化合物因为耐热性优秀,进一步地优选。
特别地,作为磷光发光材料的磷光性有机金属络合物,优选可举例下述式(III)或式(IV)表示的化合物。
ML(q-j)L’j…(III)
(式(III)中,M表示金属,q表示上述金属的价态。此外,L及L’表示二齿配体。j表示0、1或2的数值。L或L’存在多个时,多个L或多个L’可以各自相同,也可以不同。)
[化25]
(式(IV)中,M7表示金属,T表示碳原子或氮原子。R92~R95各自独立地表示取代基。其中,T为氮原子时,不存在R94及R95。)
以下,首先对式(III)表示的化合物进行说明。
式(III)中,M为选自周期表第7~11族的金属,优选为钌、铑、钯、银、铼、锇、铱、铂、金等,其中更优选为铱或铂,从高稳定性及高发光效率的角度出发,最优选为铱。
此外,式(III)中,二齿配体L表示具有以下的部分结构的配体。
[化26]
上述L的部分结构中,环A1表示可具有取代基的芳香环基。本发明中的芳香环基可以是芳香族环烃基,也可以是芳香族杂环基。
作为该芳香族环烃基,可举例具有1个的自由价的5或6元环的单环或2~5稠环等。
作为该芳香族环烃基的具体例,可举例苯环、萘环、蒽环、菲环、苝环、并四苯环、芘环、苯并芘环、屈环、苯并菲环、苊环、荧蒽环、芴环等。
作为该芳香族杂环基,可举例具有1个的自由价的5或6元环的单环或2~4稠环等。
作为芳香族杂环基,可以举出例如具有1个自由价的呋喃环、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、苯并异恶唑环、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、噌啉环、喹喔啉环、菲啶环、萘嵌间二氮杂苯环、喹唑啉环、喹唑啉酮环、甘菊环等。
上述L的部分结构中,环A2表示可具有取代基的含氮芳香族杂环基。
作为该含氮芳香族杂环基,可举例具有1个的自由价的5或6元环的单环或2~4稠环等。
作为具体例,可以举出例如具有1个自由价的吡咯环、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、呋喃并吡咯环、噻吩并噻吩环、苯并异恶唑环、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、喹喔啉环、菲啶环、萘嵌间二氮杂苯环、喹唑啉环、喹唑啉酮环等。
作为环A1或环A2各自可具有的取代基的例子,可举例卤素原子;烷基;链烯基;烷氧羰基;烷氧基;芳烷基;芳氧基;二烷基氨基;二芳氨基;咔唑基;酰基;卤代烷基;氰基;芳香族环烃基等。此外,也可以是环A1为含氮芳香族杂环基,以及环A2为具有作为取代基的芳香族环烃基。
此外,式(III)中,二齿配体L’表示具有以下的部分结构的配体。其中,以下的式中,“Ph”表示苯基。
[化27]
其中,作为L’,从络合物的稳定性的角度出发,优选以下列举的配体。
[化28]
作为式(III)表示的化合物,进一步优选举例为下述式(IIIa)、(IIIb)、(IIIc)表示的化合物。
[化29]
(式(IIIa)中,M4表示与M相同的金属,w表示上述金属的价态,环A1表示可具有取代基的芳香族环烃基,环A2表示可具有取代基的含氮芳香族杂环基。当有多个环A1或环A2时,多个环A1或环A2分别可相同,也可不同。)
[化30]
(式(IIIb)中,M5表示与M相同的金属表,w-1表示上述金属的价态,环A1表示可具有取代基的芳香族环烃基,环A2表示可具有取代基的含氮芳香族杂环基。当有多个环A1或环A2时,多个环A1或环A2分别可相同,也可不同。)
[化31]
(式(IIIc)中,M6表示与M相同的金属,w表示上述金属的价态,j表示0、1或2,环A1及环A1’分别独立地表示可具有取代基的芳香族环烃基,环A2及环A2’分别独立地表示可具有取代基的含氮芳香族杂环基。当有多个环A1、环A1’、环A2或环A2’时,多个A1、环A1’、环A2或环A2’分别可相同,也可不同。)
上述式(IIIa)~(IIIc)中,作为环A1及环A1’的芳香环基的优选例,可举例苯基、联苯基、萘基、蒽基、噻吩基、呋喃基、苯并噻吩基、苯并呋喃基、吡啶基、喹啉基、异喹啉基、咔唑基等。
上述式(IIIa)~(IIIc)中,作为环A2及环A2’的含氮芳香族杂环基的优选例,可举例吡啶基、嘧啶基、吡嗪基、三嗪基、苯并噻唑基、苯并噁唑基、苯并咪唑基、喹啉基、异喹啉基、喹喔啉基、菲啶基等。
作为上述式(IIIa)~(IIIc)中的环A1及环A1’的芳香环基,环A2及环A2’的含氮芳香族杂环基可具有的取代基,可举例卤素原子;碳原子数1~12的烷基;碳原子数1~12的烯基;碳原子数1~12的烷氧羰基;碳原子数1~12的烷氧基;碳原子数1~24的芳烷基;碳原子数1~12的芳氧基;碳原子数1~24的二烷基氨基;碳原子数8~24的二芳基氨基;5或6元环的单环或2~4稠环的芳香族环烃基;咔唑基;酰基;卤代烷基;氰基等。碳原子数8~24的二芳基氨基、5或6元环的单环或2~4稠环的芳香族环烃基、咔唑基可以在构成其基团的芳基部位中进一步地具有取代基,作为其取代基,可举例碳原子数1~12的烷基、碳原子数1~12的烷氧基、碳原子数1~24的芳烷基、可以以碳原子数1~12的烷基取代的5或6元环的单环或2~4稠环的芳香族环烃基。
另外,这些取代基可以相互连结形成环。作为具体例,可以通过环A1具有的取代基与环A2具有的取代基相键合,或,环A1’具有的取代基和环A2’具有的取代基相键合,形成一个稠环。作为这样的稠环,可举例7,8-苯并喹啉基等。
其中,作为环A1、环A1’、环A2及环A2’的取代基,更优选碳原子数1~12的烷基、碳原子数1~12的烷氧基、碳原子数1~24的芳烷基、5或6元环的单环或2~4稠环的芳香族环烃基、氰基、卤素原子、卤代烷基、二芳基氨基、咔唑基,进一步地优选为碳原子数1~12的烷基、碳原子数1~12的烷氧基、碳原子数1~24的芳烷基、5或6元环的单环或2~4稠环的芳香族环烃基、二芳基氨基、咔唑基,5或6元环的单环或2~4稠环的芳香族环烃基、二芳基氨基、咔唑基可以在构成该基团的芳基部位中进一步地具有取代基,作为其取代基,可举例碳原子数1~12的烷基、碳原子数1~12的烷氧基、碳原子数1~24的芳烷基、可以以碳原子数1~12的烷基取代的5或6元环的单环或2~4稠环的芳香族环烃基。
此外,作为式(IIIa)~(IIIc)中的M4~M6的优选例,其与M相同。
上述式(III)及(IIIa)~(IIIc)表示的有机金属络合物的具体例如下所示,但并不限定于下述的化合物。
[化32]
[化33]
[化34]
[化35]
上述式(III)表示的有机金属络合物中,特别地,作为配体L和/或L’优选2-芳基吡啶系配体,即,具有2-芳基吡啶、其与任意的取代基相键合的物质、及其与任意的基团缩合的物质的化合物。
此外,国际公开第2005/019373号所述的化合物也可以作为发光材料使用。
接着,对式(IV)表示的化合物进行说明。
式(IV)中,M7表示金属。作为具体例子,可举例作为选自周期表第7~11族的金属的前述的金属等。作为M7,其中优选举例钌、铑、钯、银、铼、锇、铱、铂或金,特别优选举例铂、钯等2价的金属。
此外,式(IV)中,R92及R93,各自独立地表示氢原子、卤素原子、烷基、芳烷基、烯基、氰基、氨基、酰基、烷氧羰基、羧基、烷氧基、烷基氨基、芳烷基氨基、卤代烷基、羟基、芳氧基、芳香环基。
进一步地,T为碳原子的情况下,R94及R95各自独立地表示,与作为R92及R93列举的取代基相同的取代基。此外,T为氮原子时,不存在R94及R95。
此外,R92~R95可进一步地具有取代基。具有取代基时,其种类没有特别制限,可以以任意的基团作为取代基。
进一步地,R92~R95中的任意的2个以上的基团可以相互连结形成环。
式(IV)表示的有机金属络合物的具体例(T-1,T-10~T-15)如以下所示,但其并不限定于下述的例示。此外,以下的化学式中,“Me”表示甲基,“Et”表示乙基。
[化36]
这些的发光材料可以单独使用1种,此外也可将2种以上以任意的组合及比例使用,本发明中,发光层内含有5种以上的电荷传输材料和发光材料。
<分子量>
本发明中的发光材料的分子量只要不明显损害本发明的效果,则可为任意值。本发明中的发光材料的分子量优选为10000以下,更优选为5000以下,进一步优选为4000以下,特别优选3000以下。此外,本发明中的发光材料的分子量通常为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。
发光材料的分子量从以下角度出发优选为较大值,提高玻璃化转变温度、熔点、分解温度,使发光层材料及形成的发光层的耐热性优异,以及,使杂质浓度不易发生伴随气体产生、再结晶化及分子迁移等引起的膜质降低或材料热分解而上升等。另一方面,发光材料的分子量,从使有机化合物容易提纯、容易溶解于溶剂的角度出发,优选较小值。
此外发光层中优选在上述的发光材料以外,还含有空穴传输材料或电子传输材料等的基质材料。
作为低分子系的空穴传输材料的例子,可举例以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(日本专利特开平5-234681号公报)、4,4’,4”-三(1-萘基苯基氨基)三苯基胺等具有星暴结构的芳香族胺化合物(Journal of Luminescence,1997年,Vol.72-74,pp.985),三苯基胺的四聚体形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’-螺二芴等的螺环化合物(Synthetic Metals,1997年,Vol.91,pp.209)等。
作为低分子系的电子传输材料的例子,有2,5-双(1-萘基)-1,3,4-噁二唑(BND)、2,5-双(6’-(2’,2”-联吡啶))-1,1-二甲基-3,4-二苯基噻咯(PyPySPyPy)、红菲绕啉(BPhen)、2,9-二甲基-4,7-二苯基-1,10-菲绕啉(BCP,浴铜灵)、2-(4-联苯基)-5-(4-叔丁基苯基)-1,3,4-噁二唑(tBu-PBD)、4,4’-双(9-咔唑)-联苯(CBP)、9,10-二-(2-萘基)蒽(ADN)等。
作为其他的基质材料的具体例,可举例日本专利特开2007-067383号公报、日本专利特开2007-88433号公报、日本专利特开2007-110093号公报所述的物质。
<通式(A)>
[化37]
(上述通式(A)中,Hetero结构表示下述结构式(A-1)、(A-2)及(A-3)中的任意一种,Xa1、Xa2、Ya1、Ya2、Za1及Za2各自独立地表示可具有取代基的碳原子数6~30的芳香族烃基、或可具有取代基的碳原子数3~30的芳香族杂环基,Xa3、Ya3及Za3各自独立地表示氢原子、可具有取代基的碳原子数6~30的芳香族烃基、或可具有取代基的碳原子数3~30的芳香族杂环基。)
[化38]
<通式(E)>
[化39]
(上述通式(E)中,Xe1、Xe2、Ye1、Ye2、Ze1及Ze2各自独立地表示可具有取代基的碳原子数6~30的芳香族烃基、或可具有取代基的碳原子数3~30的芳香族杂环基,Xe3、Ye3及Ze3各自独立地表示氢原子、可具有取代基的碳原子数6~30的芳香族烃基、或可具有取代基的碳原子数3~30的芳香族杂环基。)
上述通式(A)中的Xa1、Xa2、Ya1、Ya2、Za1及Za2,上述通式(E)中的Xe1、Xe2、Ye1、Ye2、Ze1及Ze2,其中任意一项也可各自独立地表示可具有取代基的碳原子数6~30的芳香族烃基、或可具有取代基的碳原子数3~30的芳香族杂环基。其中,从化合物稳定性的角度出发,优选为可具有取代基的碳原子数6~30的芳香族烃基。
作为形成可具有取代基的碳原子数6~30的芳香族烃基的芳香族烃环,优选为6元环的单环或2~5稠环。具体地,可举例苯环、萘环、蒽环、菲环、苝环、并四苯环、芘环、苯并芘环、屈环、苯并菲环、荧蒽环。其中,从化合物的稳定性或溶解性的角度出发,优选为苯环。
上述通式(A)中的Xa1、Xa2、Ya1、Ya2、Za1及Za2中的至少1个优选为1,2-亚苯基、或1,3-亚苯基,更优选为1,3-亚苯基,进一步地,特别优选在Xa1、Xa2中的任意一项、Ya1、Ya2中的任意一项、或Za1、Za2中的任意一项之中,至少两项为1,2-亚苯基、或1,3-亚苯基,最优选为1,3-亚苯基。通过以1,2-亚苯基或1,3-亚苯基进行连结,提高了分子结构的立体性,在溶剂中的溶解性提高的同时,因为非共役键合,分子间的能隙增大,因而优选,特别地,从使激发3重态能量高的角度出发,优选磷光发光材料的HOST材料(基质材料)。进一步地,从化合物的稳定性及合成的容易程度的角度出发,更优选1,3-亚苯基。
上述通式(E)中的Xe1、Xe2、Ye1、Ye2、Ze1及Ze2中的至少1个优选为1,2-亚苯基或1,3-亚苯基,更优选为1,3-亚苯基,进一步地,特别优选在Xe1、Xe2中的任意一项、Ye1、Ye2中的任意一项、或Ze1、Ze2中的任意一项之中,至少两项为1,2-亚苯基、或1,3-亚苯基,最优选为1,3-亚苯基。
作为形成可具有取代基的碳原子数3~30的芳香族杂环基的芳香族杂环,优选为5或6元环的单环或2~5稠环。具体地,可举例呋喃环、苯并呋喃环、二苯并呋喃环、噻吩环、苯并噻吩环、二苯并噻吩环、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、苯并异恶唑环、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、噌啉环、喹喔啉环、萘嵌间二氮杂苯环、喹唑啉环、喹唑啉酮环等。其中,从使化合物的稳定性和电荷传输性高的角度出发,优选为咔唑环、二苯并呋喃环、二苯并噻吩环,从电子传输性高的角度出发,优选为吡啶环、嘧啶环、三嗪环。
上述通式(A)中的Xa3、Ya3及Za3、上述通式(E)中的Xe3、Ye3及Ze3,其中任意一项也可各自独立地表示可具有取代基的碳原子数6~30的芳香族烃基、或可具有取代基的碳原子数3~30的芳香族杂环基。
作为形成可具有取代基的碳原子数6~30的芳香族烃基的芳香族烃环,优选为6元环的单环或2~5稠环。具体地,可举例与前述的作为通式(A)中的Xa1等的例子的物质相同的环。其中从化合物的稳定性的角度出发,优选为苯环、萘环或菲环。
作为形成可具有取代基的碳原子数3~30的芳香族杂环基的芳香族杂环,优选为5或6元环的单环或它们的2~5稠环。具体地,可举例与前述的作为通式(A)中的Xa1等的例子的物质相同的环。其中从使化合物的稳定性或电荷传输性高的角度出发,优选为咔唑环、二苯并呋喃环或二苯并噻吩环。
上述通式(A)中的Hetero结构的3个的取代基-Xa1-Xa2-Xa3、-Ya1-Ya2-Ya3、及-Za1-Za2-Za3可相同也可不同。从降低化合物的对称性、提高其在溶剂中的溶解性的角度出发,优选至少一个不同。
上述通式(E)中的N的3个取代基-Xe1-Xe2-Xe3、-Ye1-Ye2-Ye3、及-Ze1-Ze2-Ze3可相同也可不同。从降低化合物的对称性、提高其在溶剂中的溶解性的角度出发,优选至少一个不同。
作为芳香族烃基或芳香族杂环基可以具有的取代基,可举例碳原子数1~20的饱和烃基、碳原子数6~25的芳香族烃基、碳原子数3~20的芳香族杂环基、碳原子数12~60的二芳氨基、碳原子数1~20的烷氧基、碳原子数3~20的(杂)芳氧基、碳原子数1~20的烷硫基、碳原子数3~20的(杂)芳硫基、氰基等。这些之中,从溶解性及耐热性的角度出发,优选碳原子数1~20的饱和烃基及碳原子数6~25的芳香族烃基。此外,从化合物的稳定性的角度考虑优选不具有取代基。
具体地说,作为碳原子数为1~20的饱和烃基,可以举出甲基、乙基、丙基、异丙基、丁基、异丁基、仲丁基、叔丁基、己基、辛基、环己基、癸基和十八烷基等。这些之中,从原料的容易入手或低价等角度出发,优选甲基、乙基及异丙基,进一步地优选甲基及乙基。
作为碳原子数为6~25的1价芳香族环烃基,可举例有苯基;1-萘基、2-萘基等萘基;9-菲基、3-菲基等菲基;1-蒽基、2-蒽基、9-蒽基等蒽基;1-并四苯基、2-并四苯基等并四苯基;1-基、2-基、3-基、4-基、5-基、6-基等基;1-芘基等芘基;1-苯并菲基等苯并菲基;1-晕苯等晕苯基;4-联苯基、3-联苯基等联苯基;具有荧蒽环的基团;具有芴环的基团;具有苊环的基团;以及具有苯并芘环等的取代基等。这些之中,从化合物稳定性的角度出发,优选苯基、2-萘基及3-联苯基,从容易提纯的角度出发,特别优选苯基。
作为碳原子数3~20的芳香族杂环基,可举例2-噻吩基等的噻吩基;2-呋喃基等的呋喃基;2-咪唑基等的咪唑基;9-咔唑基等的咔唑基;2-吡啶基等的吡啶基及1,3,5-三嗪-2-基等的三嗪基等。其中,从稳定性的角度考虑,优选咔唑基、特别是9-咔唑基。
作为碳原子数12~60的二芳氨基,可举例二苯基氨基、N-1-萘基-N-苯基氨基、N-2-萘基-N-苯基氨基、N-9-菲基-N-苯基氨基、N-(联苯-4-基)-N-苯基氨基、双(联苯-4-基)氨基等。其中优选二苯基氨基、N-1-萘基-N-苯基氨基、N-2-萘基-N-苯基氨基,从稳定性的角度出发,特别优选二苯基氨基。
作为碳原子数1~20的烷氧基,可举例甲氧基、乙氧基、异丙氧基、环己氧基及十八烷氧基等。
作为碳原子数3~20的(杂)芳氧基,可举例苯氧基、1-萘氧基、9-蒽氧基等芳氧基;以及2-噻吩基氧基等具有杂芳氧基的取代基等。
作为碳原子数1~20的烷硫基,可举例甲硫基、乙硫基、异丙硫基及环己硫基等。
作为碳原子数3~20的(杂)芳硫基,可举例苯硫基、1-萘硫基、9-蒽硫基等芳硫基;以及2-噻吩基硫基等具有杂芳硫基的取代基等。
以上是对发光层的说明,以下对其他构成进行说明。
[基板]
对于基板,可以使用前述的基板。其中优选为无机玻璃。
[阳极]
阳极发挥了向发光层一侧的层(空穴注入层或发光层等)的空穴注入的作用。该阳极通常由铝、金、银、镍、钯、铂等金属,铟和/或锡的氧化物等金属氧化物,碘化铜等卤素化金属,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。阳极的形成通常多通过溅射法、真空蒸镀法等进行。此外,其为银等金属微粒、碘化铜等微粒、炭黑、导电性金属氧化物微粒、导电性高分子微粉末等时,可以通过分散于合适的胶粘剂树脂溶液中,在基板上涂布形成阳极。进一步地,其为导电性高分子时,也可以通过电解聚合直接在基板上形成薄膜,在基板上涂布导电性高分子形成阳极(参考Applied Physics Letters,1992年,Vol.60,pp.2711)。阳极也可以由不同的物质积层而形成。
阳极的厚度依据其需要的透明性而不同。需要透明性时,理想的是使可见光的透过率通常为60%以上,优选为80%以上,该情况下,厚度为通常5nm以上,优选为10nm以上,此外,通常为1000nm以下,优选为500nm以下的范围。可不透明时,阳极可与基板相同。此外,进一步地在上述阳极之上,可以积层不同的导电材料。
另外,以除去阳极上附着的杂质、调整离子势、提高空穴注入性为目的,优选对阳极表面进行紫外线(UV)/臭氧处理、进行氧等离子、氩气等离子处理等。
[空穴注入层]
空穴注入层是从阳极向发光层进行空穴的注入·传输的层。
作为形成空穴注入层的材料,优选空穴传输能力高并且可以高效率地传输注入的空穴的材料。因此,优选使用离子势小,对可见光的透明性高,空穴迁移率大,稳定性优良,制造和使用时不易产生成为陷阱的杂质的材料。此外,很多情况下,因其与发光层相接,优选不会使从发光层的发光产生消光、与发光层之间形成激基复合物等而降低效率的材料。
作为这样的空穴注入层的材料,前述的高分子化合物以外,可使用传统上用作空穴注入层的构成材料的材料。例如,可举例芳基胺衍生物、芴衍生物、螺环衍生物、咔唑衍生物、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、菲绕啉衍生物,酞菁衍生物、卟啉衍生物、噻咯衍生物、低聚噻吩衍生物、缩合多环芳香族衍生物、金属络合物等。
此外,例如可举例聚乙烯基咔唑衍生物、聚芳基胺衍生物、聚乙烯基三苯基胺衍生物、聚芴衍生物、聚亚芳基衍生物、含有四苯基联苯胺的聚芳醚砜衍生物、聚亚芳基亚乙烯基衍生物、聚硅氧烷衍生物、聚噻吩衍生物、聚(对亚苯基亚乙烯基)衍生物等。这些可为交替共聚高分子化合物、无规高分子化合物、嵌段高分子化合物或接枝共高分子化合物中的任意一种。此外,也可以是在主链上具有分枝,有3个以上末端部的高分子、所谓树枝状高分子。
其中,从空穴传输能力高的角度出发,优选聚芳基胺衍生物或聚亚芳基衍生物。
聚芳基胺衍生物优选含有下述式(2)形成的重复单元。
[化40]
(式中,p表示0~3的整数,Ar21和Ar22各自独立地表示直接键合、可具有取代基的芳香族烃基、或可具有取代基的芳香族杂环基,Ar23~Ar25各自独立地表示可具有取代基的芳香族烃基或可具有取代基的芳香族杂环基,T2为选择上述的交联性基团T及T’中的基团,特别的,优选含有下述式(3)表示的基团的基团。
[化41]
(式(3)中的苯并环丁烯环可具有取代基。此外,也可以取代基彼此相互键合形成环。)
此外,进一步地优选空穴注入层为本发明中的导电性薄膜。
<空穴注入层形成用组合物>
通过湿式成膜法形成空穴注入层时,将构成空穴注入层的空穴传输性化合物、以及根据需要的其他的成分与适当的溶剂混合,制备成膜用的组合物(空穴注入层的电荷传输层形成用组合物)使用。
空穴注入层形成用组合物中的空穴传输性化合物的含量通常为0.1重量%以上,优选为0.5重量%以上,通常为50重量%以下,优选为20重量%以下。另外,空穴注入层形成用组合物,可以含有2种以上的空穴传输性化合物,该情况下优选2种以上的合计量在上述范围内。
本发明涉及的空穴注入层形成用组合物通常含有溶剂。
作为本发明涉及的空穴注入层形成用组合物中含有的溶剂,没有特别限定,但其为可溶解所述高分子化合物通常0.1重量%以上,优选为0.5重量%以上,进一步地优选为1.0重量%以上的溶剂。
溶剂的沸点的范围,具体例与上述的本发明中的含有导电性薄膜形成材料的组合物中可以使用的溶剂的情况相同。
<电子接受性化合物>
空穴注入层中,因为通过空穴传输性化合物的氧化,可以提高空穴注入层的电导率,优选含有电子接受性化合物。
作为电子接受性化合物,优选具有氧化力、具有接受来自上述的空穴传输性化合物的一个电子的能力的化合物,具体地优选电子亲和力为4eV以上的化合物,更优选电子亲和力为5eV以上的化合物。
作为这样的电子接受性化合物,例如,可举例选自三芳基硼化合物、卤素化金属、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形成的组中的1种或2种以上的化合物等。具体地,可举例三苯基锍四氟硼酸盐等的有机基团取代的鎓盐;氯化铁(III)(日本专利特开平11-251067号公报);过二硫酸铵等的高原子价态的无机化合物;四氰基乙烯等的氰基化合物;三(五氟苯基)硼烷(日本专利特开2003-31365号公报)等的芳香族硼化合物;(国际公开第2005/089024号)记载的离子化合物;富勒烯衍生物及碘等。
上述化合物之中,从具有强氧化性的角度出发,优选有机基团取代的鎓盐及高原子价态的无机化合物等。此外,从在有机溶剂中的高溶解性、湿式成膜法易于形成膜的角度出发,优选有机基团取代的鎓盐、氰基化合物及芳香族硼化合物等。
作为电子接受性化合物,作为合适的有机基团取代的鎓盐、氰基化合物或芳香族硼化合物的具体例,可举例国际公开第2005/089024号所述的物质,其优选例也同样。
此外,以下举出本发明中的电子接受性化合物的具体例,但本发明并不限定于此。另外,下述通式(I-1)中的n1、下述通式(I-2)中的n2、下述通式(I-3)中的n3各自独立地表示,相当于平衡阴离子(counter anion)Zn1-~Zn3-的离子价的任意正整数。n1~n3的数值没有特别的限制,均优选为1或2,最优选为1。
[表1]
(|R1-A1-R2|*)n1Zn1- (1-1)
[表2]
[表3]
[表4]
[表5]
(|R1-A1-R2|*)n1Zn1-
[表6]
[表7]
[表8]
[表9]
[表10]
[表11]
上述具体例子之中,从电子接受性、耐热性及在溶剂中的溶解性的角度出发,优选A-1~48、54、55、60~62、64~75、79~83、B-1~20、24、25、27、30~37、39~43、S-1~10、19~21、25~27、30、31的化合物,更优选A-1~9、12~15、17、19、24、29、31~33、36、37、65、66、69、80~82、B-1~3、5、7~10、16、30、33、39、S-1~3、5、10、21、25、31的化合物,特别优选A-1~7、80的化合物。
另外,电子接受性化合物可以单独使用1种,也可以以任意的组合及比例使用2种以上。
空穴注入层形成用组合物中的电子接受性化合物的含量通常为0.01重量%以上,优选为0.05重量%以上,通常为20重量%以下,优选为10重量%以下。另外,空穴注入层形成用组合物中,可以含有2种以上的电子接受性化合物,该情况下优选2种以上的合计量在上述范围内。
<阳离子自由基化合物>
空穴注入层,从提高从阳极的空穴注入性及提高空穴传输性的角度出发,优选含有阳离子自由基化合物。
作为阳离子自由基化合物,优选作为从空穴传输性化合物中移除一个电子后的化学物质的阳离子自由基与平衡阴离子形成的离子化合物。其中,当阳离子自由基来自空穴传输性的高分子化合物时,阳离子自由基结构为从高分子化合物的重复单元中移除一个电子的结构。
作为阳离子自由基,从非晶体性、可见光的透过率、耐热性及溶解性等角度出发,优选从作为空穴传输性化合物而前述的化合物中移除一个电子后的化学物质。
此处,阳离子自由基化合物可通过混合上述的空穴传输性化合物和电子接受性化合物而生成。即,通过混合上述的空穴传输性化合物和电子接受性化合物,发生从空穴传输性化合物到电子接受性化合物的电子迁移,生成空穴传输性化合物的阳离子自由基与平衡阴离子形成的阳离子自由基化合物。
来自PEDOT/PSS(Adv.Mater.,2000年,12卷,481页)或聚苯胺盐酸盐(J.Phys.Chem.,1990年,94卷,7716页)等高分子化合物的阳离子自由基化合物,也可通过进行氧化聚合(脱氢聚合)生成。
此处所谓氧化聚合,是指在酸性溶液中,使用过二硫酸盐等对单体进行化学或电化学氧化。该氧化聚合(脱氢聚合)时,在通过氧化单体使其高分子化的同时,生成以来自酸性溶液的阴离子为平衡阴离子的、从高分子的重复单元中移除一个电子后的阳离子自由基。
<成膜方法>
通过湿式成膜法形成空穴注入层时,可以通过与本发明中的导电性薄膜形成用组合物的涂布方法同样地涂布、干燥。也可进行2次以上干燥。
空穴注入层为本发明涉及的导电性薄膜时,具有上述的红外线加热工序。
<空穴注入层的膜厚>
空穴注入层的膜厚通常为1nm以上,优选为5nm以上,此外,通常为1000nm以下,优选为500nm以下。
[空穴传输层]
本发明中的空穴传输层是设置于空穴注入层上,将空穴从空穴注入层向发光层传输的层。
作为形成空穴传输层的材料,优选空穴传输性高并且可以高效率地传输注入的空穴的材料。因此,优选使用离子势小,对可见光的透明性高,空穴迁移率大,稳定性优良,制造和使用时不易产生成为陷阱的杂质的材料。此外,很多情况下,因其与发光层相接,优选不会使从发光层的发光产生消光、与发光层之间形成激基复合物等而降低效率的材料。
形成此种空穴传输层的材料,可为含有上述[空穴注入层]一项中记载的结构等的化合物,从优异的电荷传输能力及在有机溶剂中的溶解性的角度出发,优选含有以下述式(5)表示的重复单元的高分子化合物。
[化42]
(式(5)中,q表示0~3的整数,Ar11和Ar12各自独立地表示可具有取代基的芳香族烃基、或可具有取代基的芳香族杂环基或者直接键合,Ar13~Ar15各自独立地表示可具有取代基的芳香族烃基或可具有取代基的芳香族杂环基。
其中,Ar11及Ar12中的任意一项均不为直接键合。)
(式(5)中,Ar11和Ar12各自独立地表示直接键合、可具有取代基的芳香族烃基、或可具有取代基的芳香族杂环基,Ar13~Ar15各自独立地表示可具有取代基的芳香族烃基或可具有取代基的芳香族杂环基。
作为可具有取代基的芳香族烃基,可举例来自苯环、萘环、蒽环、菲环、苝环、并四苯环、芘环、苯并芘环、屈草字头环、苯并菲环、苊环、荧蒽环、芴环等6元环或2~5稠环的基团。
作为可具有取代基的芳香族杂环,可以举出例如来自呋喃环、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、苯并异恶唑环、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、噌啉环、喹喔啉环、菲啶环、萘嵌间二氮杂苯环、喹唑啉环、喹唑啉酮环、甘菊环等5元或6元单环或2~4稠环的基团。
从在溶剂中的溶解性及耐热性的角度出发,优选Ar11~Ar15各自独立地表示来自选自下组的环的基团,即苯环、萘环、蒽环、菲环、苯并菲环、芘环、噻吩环、吡啶环、芴环形成的组。
此外,作为Ar11~Ar15,优选选自所述的组中的1种或2种以上的环直接键合、或通过-CH=CH-基连接的2价基团,进一步地优选亚联苯基及亚三联苯基。
Ar11~Ar15中的芳香族烃基及芳香族杂环基在后述的不溶性基团以外可以具有的取代基,没有特别限制,例如,可举例选自下述[取代基群Z]中的1种或2种以上。
<取代基群Z>
甲基、乙基等优选为碳原子数1~24、进一步优选为碳原子数1~12的烷基;乙烯基等优选为碳原子数2~24、进一步优选为碳原子数2~12的链烯基;乙炔基等的优选为碳原子数2~24、进一步优选为碳原子数2~12的炔基;甲氧基、乙氧基等的优选为碳原子数1~24、进一步优选为碳原子数1~12的烷氧基;苯氧基、萘氧基、吡啶氧基等优选为碳原子数4~36、进一步优选为碳原子数5~24的芳氧基;甲氧基羰基、乙氧基羰基等优选为碳原子数2~24、进一步优选为碳原子数2~12的烷氧羰基;
二甲基氨基、二乙基氨基等优选为碳原子数2~24、进一步优选为碳原子数2~12的二烷基氨基;二苯基氨基、二甲苯基氨基、N-咔唑基等优选为碳原子数10~36、进一步优选为碳原子数12~24的二芳基氨基;苯甲基氨基等优选为碳原子数6~36、进一步优选为碳原子数7~24的芳烷基氨基;乙酰基、苯甲酰基等优选为碳原子数2~24、进一步优选为碳原子数2~12的酰基;氟原子,氯原子等卤素原子;三氟甲基等的优选为碳原子数1~12、进一步优选为碳原子数1~6的卤代烷基;
甲硫基、乙硫基等优选为碳原子数1~24、进一步优选为碳原子数1~12的烷硫基;苯硫基、萘硫基、吡啶硫基等优选为碳原子数4~36、进一步优选为碳原子数5~24的芳硫基;三甲基硅烷基、三苯基硅烷基等优选为碳原子数2~36、进一步优选为碳原子数3~24的硅烷基;三甲基甲硅烷氧基、三苯基甲硅烷氧基等优选为碳原子数2~36、进一步优选为碳原子数3~24的甲硅烷氧基;氰基;苯基、萘基等优选为碳原子数6~36、进一步优选为碳原子数6~24的芳香族烃基;噻吩基、吡啶基等优选为碳原子数3~36、进一步优选为碳原子数4~24的芳香族杂环基。
上述各取代基,可进一步地具有取代基,作为该例子可举例以所述取代基群Z例示的基团。
作为Ar11~Ar15中的芳香族烃基及芳香族杂环基在后述的不溶性基以外也可以具有的取代基的分子量,优选含有进一步地取代的基团500以下,进一步地优选250以下。
从溶解性的角度出发,作为Ar11~Ar15中的芳香族烃基及芳香族杂环基可具有的取代基,优选其各自独立地表示碳原子数1~12的烷基及碳原子数1~12的烷氧基。
<q的说明>
上述式(5)中,q表示0~3的整数。
q通常为0以上,通常为3以下,优选为2以下。q为2以下的情况下容易合成作为原料的单体。
<重复单元的比例等>
本发明中的为形成空穴传输层的高分子化合物优选为含有1种或2种以上的式(5)表示的重复单元的高分子化合物。
本发明中的为形成空穴传输层的高分子化合物具有2种以上的重复单元时,可举例无规共聚物、交替共聚物、嵌段共聚物、接枝共聚物。从在溶剂中的溶解性的角度出发,优选无规共聚物。从为进一步提高电荷传输能力的角度出发,优选交替共聚物。
<交联性基团>
本发明中的形成空穴传输层用的高分子化合物,优选具有选自上述的交联性基团群T及T’中的交联性基团。该交联性基团优选以上述式(3)表示的苯并环丁烯环。
<解离基团>
本发明中的形成空穴传输层用的高分子化合物可具有解离基团。此处解离基团是指在70℃以上时从键合的芳香族烃环上解离,进一步地在溶剂中显示可溶性的基团。此处,显示在溶剂中的可溶性是指,化合物在根据热和/或活性能量射线的照射进行反应前的状态下,常温下在甲苯中可溶解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。具有这样的解离基团,从解离反应后的电荷传输能力优异的角度出发优选。
作为这样的解离基团,优选其为在芳香族烃环侧不形成极性基团地进行热解离,更优选其为通过逆狄尔斯-阿尔德反应进行热解离的基团。
此外进一步地,优选为100℃以上的热解离的基团,优选为300℃以下的热解离的基团。
作为解离基团的具体例如下所述,但本发明并不限定于这些物质。
解离基团为2价基团时的具体例,如以下的<2价的解离基团群A>所示。
<2价的解离基团群A>
[化43]
解离基团为1价基团时的具体例,如以下<1价的解离基团群B>所示。
<1价的解离基团群B>
[化44]
上述的空穴注入层、空穴传输层中所使用的高分子化合物的具体例子,可举例日本专利特开2009-263665号公报或日本专利特开2010-239127号公报所述的物质等。
此外,进一步地优选空穴传输层为本发明中的导电性薄膜。
<空穴传输层形成用组合物>
空穴传输层以湿式成膜法形成。湿式成膜法,若不明显地损害本发明的效果则对其没有限定,空穴传输层形成用组合物中的溶剂、添加剂、干燥方法、涂布方法,例如可以使用与在<空穴注入层形成用组合物>的条目中记述相同的。
<空穴传输层的膜厚>
空穴传输层的膜厚通常为5nm以上,优选为10nm以上,此外,通常为1000nm以下,优选为500nm以下的范围。
[空穴阻挡层]
发光层和后述的电子注入层之间,可以设置空穴阻挡层。空穴阻挡层是在发光层之上,积层为与发光层的阴极侧的界面相接的层。
该空穴阻挡层具有阻止从阳极迁移来的空穴到达阴极的作用,和将从阴极注入的电子高效率地向发光层的方向传输的作用。
作为对构成空穴阻挡层的材料所要求的物理性能,可举例电子迁移率高而空穴迁移率低、能隙(HOMO、LUMO的差)大、激发三重态能级(T1)高。作为满足这样的条件的空穴阻挡层的材料,例如,可举例双(2-甲基-8-羟基喹啉)(苯酚)铝、双(2-甲基-8-羟基喹啉)(三苯基硅醇)铝等混合配体络合物,双(2-甲基-8-羟基喹啉)铝-μ-氧代-双-(2-甲基-8-羟基喹啉)铝二核金属络合物等金属络合物,二苯乙烯基联苯衍生物等苯乙烯基化合物(日本专利特开平11-242996号公报),3-(4-联苯基)-4-苯基-5-(4-叔丁基苯基)-1,2,4-***等***衍生物(日本专利特开平7-41759号公报),浴铜灵等的菲绕啉衍生物(日本专利特开平10-79297号公报)等。进一步地,作为空穴阻挡层的材料也优选国际公开第2005-022962号所述的至少具有1个2,4,6位被取代的吡啶环的化合物。
空穴阻挡层的形成方法没有限制。因此,可以以湿式成膜法、蒸镀法或其他的方法形成。
空穴阻挡层的膜厚,若不明显地损害本发明的效果则为任意,通常为0.3nm以上,优选为0.5nm以上,此外,通常100nm以下,优选为50nm以下。
[电子传输层]
电子传输层以进一步地提高元件的电流效率作为目的,设置于发光层和电子注入层之间。
电子传输层是由可以在产生电场的电极间中将从阴极注入的电子高效率地向发光层的方向传输的化合物形成。作为使用于电子传输层的电子传输性化合物,其必须是从阴极或电子注入层的电子注入效率高,并且,可以具有高电子迁移率、将注入的电子高效率地传输的化合物。
作为满足这样的条件的材料,可举例8-羟基喹啉的铝络合物等的金属络合物(日本专利特开昭59-194393号公报)、10-羟基苯并[h]喹啉的金属络合物、噁二唑衍生物、二苯乙烯基联苯衍生物、噻咯衍生物、3-或5-羟基黄酮金属络合物、苯并噁唑金属络合物、苯并噻唑金属络合物、三苯并咪唑基苯(米国专利第5,645,948号说明书)、喹喔啉化合物(日本专利特开平6-207169号公报)、菲绕啉衍生物(日本专利特开平5-331459号公报)、2-叔丁基-9,10-N,N′-二氰基蒽醌二亚胺、n型氢化非晶体炭化硅、n型硫化锌、n型硒化锌等。
电子传输层的膜厚通常下限为1nm,优选为5nm左右,上限通常为300nm,优选为100nm左右。
电子传输层可以通过与所述相同的湿式成膜法、或真空蒸镀法在空穴阻挡层上积层形成。通常使用真空蒸镀法。
[电子注入层]
电子注入层发挥将从阴极注入的电子高效率地向电子传输层或发光层注入的作用。
为高效率地进行电子注入,形成电子注入层的材料优选功函数低的金属。作为例子,可以使用钠或铯等碱金属、钡或钙等碱土金属等。其膜厚通常优选为0.1nm以上,5nm以下。
进一步的,通过向以后述的红菲绕啉等含氮杂环化合物或8-羟基喹啉的铝络合物等金属络合物为代表的有机电子传输材料中,掺杂钠、钾、铯、锂、铷等碱金属(日本专利特开平10-270171号公报、日本专利特开2002-100478号公报、日本专利特开2002-100482号公报等所记载),可以获得同时提高了电子注入·传输性的优异的膜质,因而优选。该情况下的膜厚通常为5nm以上,优选为10nm以上,此外,通常为200nm以下,优选为100nm以下的范围。
电子注入层可以通过湿式成膜法或真空蒸镀法,在发光层或其上的空穴阻挡层上积层而形成。
湿式成膜法情况下的详细情形,与空穴注入层及发光层的情况相同。
另一方面,真空蒸镀法的情况下,在设置于真空容器内的坩埚或金属舟中放入蒸镀源,以合适的真空泵将真空容器内抽气至10-4Pa左右之后,加热坩埚或金属舟进行蒸发,在对着坩埚或金属舟设置于基板上的发光层、空穴阻挡层或电子传输层上,形成电子注入层。
作为电子注入层的碱金属的蒸镀,使用在镍铬合金中充填铬酸碱金属和还原剂的碱金属分配器进行。通过在真空容器内加热该分配器,将铬酸碱金属还原,蒸发碱金属。在共蒸镀有机电子传输材料和碱金属时,在设置于真空容器内的坩埚中放入有机电子传输材料,以合适的真空泵将真空容器内抽气至10-4Pa左右后,同时加热各自的坩埚及分配器,进行蒸发,在对着坩埚及分配器设置的基板上形成电子注入层。
此时,电子注入层的膜厚方向上进行均匀的共蒸镀,但膜厚方向上即使存在浓度分布也没有关系。
[阴极]
阴极发挥了向发光层一侧的层(电子注入层或发光层等)注入电子的作用。作为阴极的材料,可以使用所述的阳极中使用的材料,但为了高效率地进行电子注入,优选为功函数低的金属,使用锡、镁、铟、钙、铝、银等的合适的金属或它们的合金。作为具体例,可举例镁-银合金、镁-铟合金、铝-锂合金等的低功函数合金电极。
阴极的膜厚通常与阳极相同。
以保护由低功函数金属形成的阴极为目的,在其上进一步地积层功函数高相对大气稳定的金属层,可增加元件的稳定性,因而优选。为实现该目的,使用铝、银、铜、镍、铬、金、铂等金属。
[其他]
本发明中的有机电致发光元件,在不脱离其旨趣的范围内,可具有其他构成。例如,若不损害其性能,在阳极和阴极之间可具有上述说明的层之外的任意的层,此外,也可省略任意的层。
也可与上述相反结构,即在基板上以阴极、电子注入层、发光层、空穴注入层、阳极的顺序进行积层,也可如已经陈述地,在至少一方为高透明性的2枚基板间设置本发明中的有机电致发光元件。
进一步地,层构成也可以是多段堆叠结构(複数段重ねた構造)(积层多个发光单元结构)。此时,代替段间(发光单元间)的界面层(阳极为ITO,阴极为Al的情况下为这2层),使用例如V2O5等作为电荷发生层(CGL),段间的障碍变小,从电流效率、驱动电压的角度出发更为优选。
本发明,有机电致发光元件可以应用于单一的元件、阵列状配置的结构所形成的元件、阳极和阴极配置为X-Y矩阵状结构的任意一种。
7.有机EL显示器及有机EL照明
本发明中的有机EL显示器及有机EL照明,使用如上述的本发明中的有机电致发光元件。对于本发明中的有机EL显示器及有机EL照明的型号和结构没有特别制限,可以使用本发明中的有机电致发光元件采用通常方法组装。
例如,可以以《有机EL显示器》(「有機ELディスプレィ」)(Ohmsha公司,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,形成本发明中的有机EL显示器及有机EL照明。
以下,举出实施例,对本发明进行进一步地具体说明。但本发明并非限定于以下的实施例,本发明若不脱离其要旨,则可任意地进行变更实施。