JP7497724B2 - 電荷輸送性ワニス - Google Patents
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Description
正孔注入層の形成方法は、蒸着法に代表されるドライプロセスと、スピンコート法に代表されるウェットプロセスとに大別され、これら各プロセスを比べると、ウェットプロセスの方が大面積に平坦性の高い薄膜を効率的に製造できる。それゆえ、有機ELディスプレイの大面積化が進められている現在、ウェットプロセスで形成可能な正孔注入層が望まれている。
このような事情に鑑み、本発明者は、各種ウェットプロセスに適用可能であるとともに、有機EL素子の正孔注入層に適用した場合に優れたEL素子特性を実現できる薄膜を与える電荷輸送性材料や、それに用いる有機溶媒に対する溶解性の良好な化合物を開発してきている(例えば、特許文献1~3参照)。
このように、屈折率は有機EL素子の設計上重要な要素であり、有機EL素子用材料では、屈折率も考慮すべき重要な物性値と考えられている。
この点に鑑み、本出願人は、可視領域での着色が抑制された、透明性に優れた電荷輸送性薄膜を与えるウェットプロセス用材料を既に見出している(例えば、特許文献6、7参照)。
しかしながら、有機ELディスプレイの大面積化が進められている現在、ウェットプロセスを用いた有機ELディスプレイの実用化に向けてその開発が精力的に行われており、高透明性の電荷輸送性薄膜を与えるウェットプロセス用材料は常に求められている。
1. 電荷輸送性物質と、表面処理剤で表面修飾された酸化チタン含有粒子と、有機溶媒とを含むことを特徴とする電荷輸送性ワニス。
2. 上記表面処理剤で表面修飾された酸化チタン含有粒子に含まれる酸化チタン含有粒子が、コロイド粒子である1の電荷輸送性ワニス。
3. 上記表面処理剤で表面修飾された酸化チタン含有粒子が、酸化チタンを含むコロイド粒子(A)を核(核粒子(A))として、その表面が金属酸化物コロイド粒子(B)(被覆物(B))で被覆された変性酸化チタン含有コロイド粒子(C)(変性コロイド粒子(C))の表面が両親媒性の表面処理剤で表面修飾されたコロイド粒子(D)(表面修飾コロイド粒子(D))である2の電荷輸送性ワニス。
4. 上記表面処理剤が、両親媒性の表面処理剤である1または2の電荷輸送性ワニス。
5. 上記両親媒性の表面処理剤が、有機ケイ素化合物、チタネートカップリング剤、アルミネートカップリング剤またはリン系界面活性剤である3または4の電荷輸送性ワニス。
6. 電荷輸送性物質が、式(1)で表される繰り返し単位を含むポリチオフェン誘導体またはそのアミン付加体である1~5のいずれかの電荷輸送性ワニス。
7. 上記R1が、スルホン酸基であり、上記R2が、炭素数1~40のアルコキシ基もしくは-O-[Z-O]p-Reである、または上記R1およびR2が結合して形成される-O-Y-O-である1~6のいずれかの電荷輸送性ワニス。
8. さらに、ヘテロポリ酸を含む1~7のいずれかの電荷輸送性ワニス。
9. 上記ヘテロポリ酸が、リンタングステン酸である8の電荷輸送性ワニス。
10. 1~9のいずれかの電荷輸送性ワニスから得られる電荷輸送性薄膜。
11. 10の電荷輸送性薄膜を有する有機エレクトロルミネッセンス素子。
12. 上記電荷輸送性薄膜が、正孔注入層または正孔輸送層である11の有機エレクトロルミネッセンス素子。
13. 1~9のいずれかの電荷輸送性ワニスを基材上に塗布し、溶媒を蒸発させることを特徴とする電荷輸送性薄膜の製造方法。
14. 13の電荷輸送性薄膜を用いることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
このような本発明の電荷輸送性薄膜を、有機EL素子の正孔注入層や正孔輸送層、好ましくは正孔注入層に適用することで、良好な輝度特性を示す有機EL素子を実現し得る。
また、本発明の電荷輸送性ワニスは、スピンコート法やインクジェット法等、大面積に成膜可能な各種ウェットプロセスを用いた場合でも電荷輸送性に優れた薄膜を再現性よく製造できるため、近年の有機EL素子の分野における進展にも十分対応できる。
本発明の電荷輸送性ワニスは、電荷輸送性物質と、表面処理剤で表面修飾された酸化チタン含有粒子(以下、表面修飾酸化チタン含有粒子と表記することもある。)と、有機溶媒とを含むものである。
なお、本発明においては、本発明の電荷輸送性ワニスに関する「固形分」とは、当該ワニスに含まれる溶媒以外の成分を意味する。また、電荷輸送性とは、導電性と同義であり、正孔輸送性とも同義である。本発明の電荷輸送性ワニスは、それ自体に電荷輸送性があるものでもよく、ワニスを使用して得られる固体膜に電荷輸送性があるものでもよい。
その具体例としては、オリゴアニリン誘導体、N,N’-ジアリールベンジジン誘導体、N,N,N’,N’-テトラアリールベンジジン誘導体等のアリールアミン誘導体、オリゴチオフェン誘導体、チエノチオフェン誘導体、チエノベンゾチオフェン誘導体等のチオフェン誘導体、オリゴピロール等のピロール誘導体などの各種電荷輸送性化合物や電荷輸送性オリゴマー、ポリチオフェン誘導体、ポリアニリン誘導体、ポリピロール誘導体等の電荷輸送性ポリマー等が挙げられ、特にポリチオフェン誘導体が好ましい。
好ましい一態様においては、上記電荷輸送性物質は、式(1)で表される繰り返し単位を含むポリチオフェン誘導体またはそのアミン付加体である。
Ra~Rdは、互いに独立して、水素原子、炭素数1~40のアルキル基、炭素数1~40のフルオロアルキル基、または炭素数6~20のアリール基を表し、これらの基の具体例としては上記で挙げたものと同じである。
中でも、Ra~Rdは、互いに独立して、水素原子、炭素数1~8のアルキル基、炭素数1~8のフルオロアルキル基、またはフェニル基が好ましい。
Reは、水素原子、炭素数1~8のアルキル基、炭素数1~8のフルオロアルキル基、またはフェニル基であるが、水素原子、メチル基、プロピル基、またはブチル基が好ましい。
また、pは、1~5が好ましく、1、2または3がより好ましい。
好ましくは、上記ポリチオフェン誘導体は、R1が、スルホン酸基であり、R2が、炭素数1~40のアルコキシ基もしくは-O-[Z-O]p-Reである繰り返し単位を含むか、またはR1およびR2が結合して形成される-O-Y-O-である繰り返し単位を含む。
より好ましくは、上記ポリチオフェン誘導体は、R1が、スルホン酸基であり、R2が、-O[C(RaRb)-C(RcRd)-O]p-Reまたは-ORfである繰り返し単位を含む。
より一層好ましくは、上記ポリチオフェン誘導体は、R1が、スルホン酸基であり、R2が、-O[C(RaRb)-C(RcRd)-O]p-Reである繰り返し単位を含むか、またはR1およびR2が結合して形成される-O-Y-O-である繰り返し単位を含む。
更に好ましくは、上記ポリチオフェン誘導体は、R1が、スルホン酸基であり、R2が、-O-CH2CH2-O-CH2CH2-O-CH3、-O-CH2CH2-O-CH2CH2-OH、もしくは-O-CH2CH2-OHである繰り返し単位を含むか、またはR1およびR2が互いに結合して、下記式(Y1)および(Y2)で表される基である繰り返し単位を含む。
アミン付加体は、アミン自体またはその溶液にポリチオフェン誘導体を投入し、よく撹拌することで得ることができる。
ポリチオフェン誘導体またはそのアミン付加体では、それらを構成する繰り返し単位の一部において、その化学構造が「キノイド構造」と呼ばれる酸化型の構造となっている場合がある。用語「キノイド構造」は、用語「ベンゼノイド構造」に対して用いられるもので、芳香環を含む構造である後者に対し、前者は、その芳香環内の二重結合が環外に移動し(その結果、芳香環は消失する)、環内に残る他の二重結合と共役する2つの環外二重結合が形成された構造を意味する。当業者にとって、これらの両構造の関係は、ベンゾキノンとヒドロキノンの構造の関係から容易に理解できるものである。種々の共役ポリマーの繰り返し単位についてのキノイド構造は、当業者にとって周知である。一例として、上記式(1)で表される繰り返し単位を含むポリチオフェン誘導体の繰り返し単位に対応するキノイド構造を、下記式(1’)に示す。
そこで、上記ポリチオフェン誘導体を、還元剤を用いる還元処理に付すと、ポリチオフェン誘導体にキノイド構造が過剰に導入されていても、還元によりキノイド構造が減少し、ポリチオフェン誘導体の有機溶媒に対する溶解性や分散性が向上するため、均質性に優れた薄膜を与える良好な電荷輸送性ワニスを、安定的に製造することが可能になる。
このような還元剤も還元が適切にされる限り特に制限はないが、例えば、市販品で入手が容易であるアンモニア水、ヒドラジン等が適当である。
また、還元剤の量は、用いる還元剤の量に応じて異なるため一概に規定できないが、処理すべきポリチオフェン誘導体やアミン付加体100質量部に対し、通常、還元が適切にされる観点から、0.1質量部以上であり、過剰な還元剤が残存しないようにする観点から、10質量部以下である。
また、式(1)で表される繰り返し単位を含むポリチオフェン誘導体は、市販品を用いても、チオフェン誘導体などを出発原料とした公知の方法によって重合したものを用いてもよいが、いずれの場合も再沈殿やイオン交換等の方法により精製されたものを用いることが好ましい。精製したものを用いることで、本発明の電荷輸送性ワニスから得られる薄膜を備えた有機EL素子の特性をより高めることができる。
被覆物(B)に用いられる金属酸化物は、Si、Al、Sn、Zr、Mo、SbおよびWからなる群から選ばれる少なくとも1種の金属の酸化物のコロイド粒子であることが好ましい。上記被覆物(B)は、金属酸化物の形態として、例えば、SiO2、Al2O3、SnO2、ZrO2、MoO3、Sb2O5、WO3等を例示することができる。そして、これらの金属酸化物は単独で用いることも組み合わせて用いることもできる。組み合わせる方法としては、上記金属酸化物を数種類混合する方法や、上記金属酸化物を複合化させる方法、または上記金属酸化物を原子レベルで固溶体化する方法が挙げられる。
核粒子(A)と上記被覆物(B)とを混合する際の加熱温度は、通常1~100℃であり、20~60℃が好ましい。そして、混合後の加熱温度は、70~350℃が好ましく、70~150℃がより好ましい。また、混合後の加熱時間は、通常10分間~5時間であり、30分間~4時間が好ましい。
本発明において、上記変性コロイド粒子(C)の溶媒分散液の全金属酸化物濃度は、10~60質量%が好ましく、20~50質量%がより好ましい。
核粒子(A)の一次粒子径は、1~60nmが好ましく、2~30nmが好ましく、2~20nmがより一層好ましい。
被覆物(B)の一次粒子径は、5nm以下が好ましく、1~5nmがより好ましく、1~4nmがより一層好ましい。
変性コロイド粒子(C)の一次粒子径は、2~100nmが好ましい。
表面修飾コロイド粒子(D)の一次粒子径は、2~100nmが好ましく、5~50nmがより好ましく、5~20nmがより一層好ましい。
本発明において、上記の一次粒子径は、透過型電子顕微鏡観察によって測定することができる。
なお、これらの有機溶媒は、それぞれ単独で、または2種以上混合して用いることができる。
特に、1種類のヘテロポリ酸のみを含む場合、その1種類のヘテロポリ酸は、タングステンを含むことが好ましい。すなわち、リンタングステン酸、ケイタングステン酸、リンタングストモリブデン酸等が好ましく、リンタングステン酸、ケイタングステン酸がより好ましい。
すなわち、例えば、一般的には、リンタングステン酸は化学式H3(PW12O40)・nH2Oで示されるが、定量分析において、この式中のP(リン)、O(酸素)またはW(タングステン)の数が多く、または少ないものであっても、それが市販品として入手したもの、あるいは、公知の合成方法に従い適切に合成したものである限り、本発明において用いることができる。この場合、本発明に規定されるヘテロポリ酸の質量とは、合成物や市販品中における純粋なリンタングステン酸の質量(リンタングステン酸含量)ではなく、市販品として入手可能な形態および公知の合成法にて単離可能な形態において、水和水やその他の不純物等を含んだ状態での全質量を意味する。
これら無機系および有機系のドーパント物質は、1種類単独で用いてもよく、2種類以上組み合わせて用いてもよい。
A2は、ナフタレン環またはアントラセン環を表すが、ナフタレン環が好ましい。
A3は、2~4価のパーフルオロビフェニル基を表し、sは、A1とA3との結合数を示し、2≦s≦4を満たす整数であるが、A3がパーフルオロビフェニルジイル基、好ましくはパーフルオロビフェニル-4,4’-ジイル基であり、かつ、sが2であることが好ましい。
qは、A2に結合するスルホン酸基数を表し、1≦q≦4を満たす整数であるが、2が最適である。
その他、ハロゲン原子、炭素数1~20のアルキル基の例としては上記と同様のものが挙げられるが、ハロゲン原子としては、フッ素原子が好ましい。
なお、パーフルオロアルキル基とは、アルキル基の水素原子全てがフッ素原子に置換された基であり、パーフルオロアルケニル基とは、アルケニル基の水素原子全てがフッ素原子に置換された基である。
特に、ドーパント物質として用いるアリールスルホン酸化合物の分子量は、特に限定されるものではないが、有機溶媒への溶解性を考慮すると、好ましくは2,000以下、より好ましくは1,500以下である。
このようなアミン化合物は、ワニスに使用する少なくとも一種の溶媒に溶解するものであれば特に限定されず、1種単独であっても、2種以上であってもよい。
有機シラン化合物としては、アルコキシシランが好ましく、トリアルコキシシランおよびテトラアルコキシシランがより好ましい。上記アルコキシシランとしては、テトラエトキシシラン、テトラメトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、フェニルトリエトキシシラン、フェニルトリメトキシシラン、メチルトリエトキシシラン、メチルトリメトキシシラン、3,3,3-トリフルオロプロピルトリメトキシシラン、ジメチルジエトキシシラン、ジメチルジメトキシシラン等を挙げることができる。本発明では、これらの中でも、TEOS(テトラエトキシシラン)、テトラメトキシシラン、テトライソプロポキシシラン、を好適に使用し得る。これらの有機シラン化合物は、1種単独でまたは2種以上を組み合わせて用いることができる。
ワニスの調製では、成分が分解したり変質したりしない範囲で、適宜加熱してもよい。
有機EL素子の代表的な構成としては、以下(a)~(f)が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。なお、下記構成において、必要に応じて、発光層と陽極の間に電子ブロック層等を、発光層と陰極の間にホール(正孔)ブロック層等を設けることもできる。また、正孔注入層、正孔輸送層あるいは正孔注入輸送層が電子ブロック層等としての機能を兼ね備えていてもよく、電子注入層、電子輸送層あるいは電子注入輸送層がホール(正孔)ブロック層等としての機能を兼ね備えていてもよい。更に、必要に応じて各層の間に任意の機能層を設けることも可能である。
(a)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
(b)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/電子注入輸送層/陰極
(c)陽極/正孔注入輸送層/発光層/電子輸送層/電子注入層/陰極
(d)陽極/正孔注入輸送層/発光層/電子注入輸送層/陰極
(e)陽極/正孔注入層/正孔輸送層/発光層/陰極
(f)陽極/正孔注入輸送層/発光層/陰極
「電子注入層」、「電子輸送層」および「電子注入輸送層」とは、発光層と陰極との間に形成される層であって、電子を陰極から発光層へ輸送する機能を有するものであり、発光層と陰極の間に、電子輸送性材料の層が1層のみ設けられる場合、それが「電子注入輸送層」であり、発光層と陰極の間に、電子輸送性材料の層が2層以上設けられる場合、陰極に近い層が「電子注入層」であり、それ以外の層が「電子輸送層」である。
「発光層」とは、発光機能を有する有機層であって、ドーピングシステムを採用する場合、ホスト材料とドーパント材料を含んでいる。このとき、ホスト材料は、主に電子と正孔の再結合を促し、励起子を発光層内に閉じ込める機能を有し、ドーパント材料は、再結合で得られた励起子を効率的に発光させる機能を有する。燐光素子の場合、ホスト材料は主にドーパントで生成された励起子を発光層内に閉じ込める機能を有する。
陽極基板上に、上記の方法により、上記電荷輸送性ワニスを用いて正孔注入層を形成する。これを真空蒸着装置内に導入し、正孔輸送層、発光層、電子輸送層/ホールブロック層、電子注入層、陰極金属を順次蒸着する。あるいは、当該方法において蒸着で正孔輸送層と発光層を形成する代わりに、正孔輸送性高分子を含む正孔輸送層形成用組成物と発光性高分子を含む発光層形成用組成物を用いてウェットプロセスによってこれらの層を形成する。なお、必要に応じて、発光層と正孔輸送層との間に電子ブロック層を設けてよい。
なお、金属陽極を構成するその他の金属としては、金、銀、銅、インジウムやこれらの合金等が挙げられるが、これらに限定されるわけではない。
また、蒸着で発光層を形成する場合、発光性ドーパントと共蒸着してもよく、発光性ドーパントとしては、トリス(2-フェニルピリジン)イリジウム(III)(Ir(ppy)3)等の金属錯体や、ルブレン等のナフタセン誘導体、キナクリドン誘導体、ペリレン等の縮合多環芳香族環等が挙げられるが、これらに限定されない。
陰極材料としては、アルミニウム、マグネシウム-銀合金、アルミニウム-リチウム合金等が挙げられるが、これらに限定されない。
電子ブロック層を形成する材料としては、トリス(フェニルピラゾール)イリジウム等が挙げられるが、これに限定されない。
通常、ボトムエミッション構造の素子では、基板側に透明陽極が用いられ、基板側から光が取り出されるのに対し、トップエミッション構造の素子では、金属からなる反射陽極が用いられ、基板と反対方向にある透明電極(陰極)側から光が取り出されることから、例えば陽極材料について言えば、ボトムエミッション構造の素子を製造する際はITO等の透明陽極を、トップエミッション構造の素子を製造する際はAl/Nd等の反射陽極を、それぞれ用いる。
(1)水分量:カールフィッシャー滴定法にて求めた。
(2)一次粒子径:分散液を銅メッシュ上で乾燥させ、透過型電子顕微鏡にて観察し、100個の粒子径を測定し、その平均値を一次粒子径として求めた。
(3)比重:浮き秤法にて求めた(50℃)。
(4)粘度:オストワルド粘度計にて求めた(50℃)。
(5)動的光散乱法による粒子径:Malvern製、Zetasizer Nanoで測定して求めた。
(6)固形分濃度:600℃で焼成した際の残存固形物より求めた。
(7)有機シラン化合物の結合量:変性金属酸化物コロイド粒子に結合した有機シラン化合物の量は、元素分析により求めた。
装置:PerkinElmer製、SeriesII CHNS/O Analyzer 2400
(1)基板洗浄:長州産業(株)製、基板洗浄装置(減圧プラズマ方式)
(2)ワニスの塗布:ミカサ(株)製、スピンコーターMS-A100
(3)膜厚の測定:(株)小坂研究所製、微細形状測定機サーフコーダET-4000
(4)膜の光学特性の測定:J.A.Woollam社製、多入射角回転補償子型高速分光エリプソメーターM-2000UI
(5)EL素子の作製:長州産業(株)製、多機能蒸着装置システムC-E2L1G1-N
(6)EL素子の輝度等の測定:(有)テック・ワールド製、I-V-L測定システム
[製造例1-1] 核粒子(A)の製造
1リットルの容器に純水126.2gを入れ、メタスズ酸17.8g(SnO2換算で15g含有、昭和化工(株)製)、チタンテトライソプロポキシド284g(TiO2換算で80g含有、日本曹達(株)製A-1)、シュウ酸二水和物98g(シュウ酸換算で70g含有、宇部興産(株)製)、35質量%水酸化テトラエチルアンモニウム水溶液438g(セイケムジャパン製)を攪拌下に添加した。得られた混合溶液は、シュウ酸/チタン原子のモル比0.78、水酸化テトラエチルアンモニウム/チタン原子のモル比1.04であった。該混合溶液950gを、80℃で2時間保持し、更に580Torrまで減圧して2時間保持し、チタン混合溶液を調製した。調製後のチタン混合溶液のpHは4.7、電導度は27.2mS/cm、金属酸化物濃度10.0質量%であった。3リットルのガラスライニングされたオートクレーブ容器に上記チタン混合溶液950g、純水950gを投入し、140℃で5時間水熱処理を行った。室温に冷却後、取り出された水熱処理後の溶液は淡い乳白色の酸化チタン含有コロイド粒子の水分散液であった。得られた分散液は、pH3.9、電導度19.7mS/cm、TiO2濃度4.2質量%、水酸化テトラエチルアンモニウム濃度8.0質量%、シュウ酸濃度3.7質量%、動的光散乱法粒子径16nm、透過型電子顕微鏡観察では、一次粒子径5~15nmの楕円粒子が観察された。得られた分散液を110℃で乾燥させた粉末のX線回折分析を行い、ルチル型結晶であることが確認された。得られた酸化チタン含有コロイド粒子を核粒子(A)とした。
珪酸ナトリウム水溶液(JIS3号珪酸ソーダ、SiO2として34質量%含有、富士化学(株)製)27.9gを純水27.9gにて希釈した後、スズ酸ナトリウム・3水和物(SnO2として55質量%含有、昭和化工(株)製)8.6gを添加し、攪拌下で溶解し、珪酸-スズ酸ナトリウム水溶液を得た。得られた珪酸-スズ酸ナトリウム水溶液64.4gを純水411gで希釈し、水素型陽イオン交換樹脂(アンバーライト(登録商標)IR-120B)を充填したカラムに通液することにより、二酸化ケイ素-二酸化スズ複合酸化物コロイド粒子の水分散液(pH2.7、SnO2として0.83質量%、SiO2として1.67質量%を含有、SiO2/SnO2質量比2.0)570gを得た。
撹拌下、25℃で上記核粒子(A)の水分散液1,900gに上記被覆物(B)570gを添加した後、温度95℃で3時間保持し、変性コロイド粒子(C)の水分散液を得た。その後、得られた水分散液を、水素型陽イオン交換樹脂(アンバーライトIR-120B)を充填したカラムに通し、酸性の変性酸化チタン複合コロイド粒子の水分散液2,730gを得た。得られた分散液はpH2.7、全金属酸化物濃度は4.0質量%、(B)/(A)で表される質量比(金属酸化物換算値)は0.15であった。得られた分散液にジイソブチルアミンを2.2g添加した。得られた分散液のpHは4.5であった。次いで、この分散液をナス型フラスコ付きエバポレータに投入して濃縮し、メタノールを添加しながら600Torrで水を留去することにより、変性コロイド粒子(C)のメタノール分散液533gを得た。得られたメタノール分散液は、比重0.949、粘度1.2mPa・s、pH4.8(分散液と同質量の水で希釈)、全金属酸化物濃度20.5質量%、水分量3.1質量%であった。
製造例1-3で得られた変性コロイド粒子(C)のメタノール分散液533gにポリエーテル変性シラン(信越化学工業(株)製、商品名:X-12-641)を5.5g添加し、70℃で還留加熱を5時間行い、ポリエーテル基を表面に結合させた変性コロイド粒子(C)のメタノール分散液を得た。次いで、エバポレータを用いて80Torrでプロピレングリコールモノメチルエーテルを添加しながらメタノールを留去することによりメタノールをプロピレングリコールモノメチルエーテルに置換して、ポリエーテル変性シランが表面に結合した表面修飾コロイド粒子(D)のプロピレングリコールモノメチルエーテル分散液(以下、分散液Xという)が270g得られた。得られた分散液Xは比重1.353、粘度7.0mPa・s、全金属酸化物濃度40.3質量%、透過型電子顕微鏡観察による一次粒子径は5~10nm、動的光散乱法粒子径は9nmであった。得られた表面修飾コロイド粒子(D)において、変性コロイド粒子(C)の表面に結合したポリエーテル変性シランは、変性コロイド粒子(C)の全金属酸化物に対して4.0質量%であった。
[製造例2-1]
繰り返し単位が式(1a)で表される繰り返し単位を含むポリマーであるポリチオフェン誘導体の水分散液(固形分濃度0.6質量%)500gをトリエチルアミン0.9gと混合し、得られた混合物を回転蒸発により乾固した。そして、得られた乾燥物を真空オーブン中、50℃で一晩更に乾燥し、スルホン酸基にアミンが付加したポリチオフェン誘導体Aを4g得た。
ポリチオフェン誘導体A2.00gを、28%アンモニア水(純正化学(株)製)100mLに溶解させ、得られた溶液を室温にて終夜撹拌した。得られた反応混合物を、アセトン1,500mLによる再沈殿処理に付し、析出物をろ過にて回収した。得られた析出物を、水20mLおよびトリエチルアミン(東京化成工業(株)製)7.59gに再度溶解させ、60℃で1時間撹拌した。得られた反応混合物を冷却後、イソプロピルアルコール1,000mLとアセトン500mLの混合溶媒による再沈殿処理を行い、析出物をろ過にて回収した。得られた析出物を、減圧下、50℃にて1時間真空乾燥し、アミン処理がされたポリチオフェン誘導体アミン付加体1.30gを得た。
[調製例1-1]
アリールスルホン酸化合物Bが10質量%含まれるジプロピレングリコール溶液を調製した。上記溶液は、ホットスターラーを用い、400rpm、50℃で1時間撹拌することで調製した。
リンタングステン酸(日本新金属(株)製、PWA)が10質量%含まれるプロピレンカーボネート溶液を調製した。上記溶液は、スターラーを用い、400rpm、室温で10分間撹拌することで調製した。
アリールスルホン酸化合物Bが10質量%含まれる1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン溶液を調製した。上記溶液は、ホットスターラーを用い、400rpm、50℃で1時間撹拌することで調製した。
アリールスルホン酸化合物Bが10質量%含まれるプロピレングリコール溶液を調製した。上記溶液は、ホットスターラーを用い、400rpm、50℃で1時間撹拌することで調製した。
[実施例1-1]
アミン処理がされたポリチオフェン誘導体アミン付加体0.050gを、ジプロピレングリコール(純正化学(株)製)0.49gおよび2-エチルヘキシルアミン(東京化成工業(株)製)0.080gに入れ、ホットスターラーを用いて80℃で3時間撹拌した。得られた混合物に、トリプロピレングリコール(東京化成工業(株)製)1.88g、プロピレンカーボネート(東京化成工業(株)製)0.51g、トリエチレングリコールモノブチルエーテル(東京化成工業(株)製)1.88g、およびマロン酸ジイソプロピル(東京化成工業(株)製)2.83gを加え、スターラーを用いて400rpm、室温で10分間撹拌した。次いで、得られた混合物に、アリールスルホン酸化合物Bの10質量%ジプロピレングリコール溶液0.50g、リンタングステン酸の10質量%プロピレンカーボネート溶液1.25g、製造例1-4で得られた分散液X0.50g、および3,3,3-トリフルオロプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM-7103)0.025gを加え撹拌した。最後に、得られた混合物を孔径0.2μmのPPシリンジフィルターでろ過して、電荷輸送性ワニスを得た。
アミン処理がされたポリチオフェン誘導体アミン付加体0.050gを、ジプロピレングリコール(純正化学(株)製)0.49gおよび2-エチルヘキシルアミン(東京化成工業(株)製)0.080gに入れ、ホットスターラーを用い、80℃で3時間撹拌した。得られた混合物に、トリプロピレングリコール(東京化成工業(株)製)1.88g、プロピレンカーボネート(東京化成工業(株)製)0.92g、トリエチレングリコールモノブチルエーテル(東京化成工業(株)製)1.88g、およびマロン酸ジイソプロピル(東京化成工業(株)製)2.83gを加え、スターラーを用いて400rpm、室温で10分間撹拌した。次いで、得られた混合物に、アリールスルホン酸化合物Bの10質量%ジプロピレングリコール溶液0.50g、リンタングステン酸の10質量%プロピレンカーボネート溶液0.75g、製造例1-4で得られた分散液X0.59g、および3,3,3-トリフルオロプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM-7103)0.025gを加え撹拌した。得られた混合物を孔径0.2μmのPPシリンジフィルターでろ過して、電荷輸送性ワニスを得た。
アミン処理がされたポリチオフェン誘導体アミン付加体0.050gを、1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン(関東化学(株)製)0.83g、ジプロピレングリコール(関東化学(株)製)1.28g、および2-エチルヘキシルアミン(東京化成工業(株)製)0.080gに入れ、ホットスターラーを用いて80℃で3時間撹拌した。得られた混合物に、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル(関東化学(株)製)1.89gを加え、スターラーを用いて400rpm、室温で10分間撹拌した。次いで、得られた混合物に、アリールスルホン酸化合物Bの1,3-ジメチル-2-イミダゾリジノン10質量%溶液0.63g、製造例1-4で得られた分散液X0.25g、および3,3,3-トリフルオロプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM-7103)0.013gを加え撹拌した。得られた混合物を孔径0.2μmのPPシリンジフィルターでろ過して、電荷輸送性ワニスを得た。
アミン処理がされたポリチオフェン誘導体アミン付加体0.050gを、プロピレングリコール(純正化学(株)製)0.49gおよび2-エチルヘキシルアミン(東京化成工業(株)製)0.080gに入れ、ホットスターラーを用いて80℃で3時間撹拌した。得られた混合物に、トリプロピレングリコール(東京化成工業(株)製)2.83g、プロピレンカーボネート(東京化成工業(株)製)2.46g、トリエチレングリコールモノブチルエーテル(東京化成工業(株)製)0.94g、およびマロン酸ジイソプロピル(東京化成工業(株)製)1.88gを入れ、スターラーを用いて400rpm、室温で10分間撹拌した。次いで、得られた混合物に、アリールスルホン酸化合物Bの10質量%プロピレングリコール溶液0.50g、製造例1-4で得られた分散液X0.74g、および3,3,3-トリフルオロプロピルトリメトキシシラン(信越化学工業(株)製、KBM-7103)0.025gを加え撹拌した。得られた混合物を孔径0.2μmのPPシリンジフィルターでろ過して、電荷輸送性ワニスを得た。
アミン処理がされたポリチオフェン誘導体アミン付加体0.050gを、プロピレングリコール(純正化学(株)製)0.66gおよび2-エチルヘキシルアミン(東京化成工業(株)製)0.080gに入れ、ホットスターラーを用いて80℃で3時間撹拌した。得られた混合物に、トリプロピレングリコール(東京化成工業(株)製)1.26g、プロピレンカーボネート(東京化成工業(株)製)2.83g、ジプロピレングリコールモノブチルエーテル(関東化学(株)製)0.27g、およびマロン酸ジイソプロピル(東京化成工業(株)製)1.88gを加え、スターラーを用いて400rpm、室温で10分間撹拌した。次いで、得られた混合物に、アリールスルホン酸化合物Bの10質量%プロピレングリコール溶液0.33g、リンタングステン酸の10質量%ジプロピレングリコールモノブチルエーテル溶液0.75gを入れ、撹拌した。次に、製造例1-3で得られた変性コロイド粒子(C)を10質量%トリプロピレングリコール分散液とし、3.0gを添加したところ、溶液が白濁し、電荷輸送性薄膜の形成に用い得るほど十分に均一な電荷輸送性ワニスを得られなかった。
実施例1-1および1-2で得られたワニスを、各々スピンコーターを用いて石英基板に塗布した後、120℃で1分間焼成した。次いで、230℃で15分間焼成し、基板上に膜厚35nmの薄膜を形成した。
得られた薄膜付き石英基板を用いて、多入射角回転補償子型高速分光エリプソメーターにて屈折率nおよび消衰係数kの測定を行った。結果を表1に示す。なお、表1には、波長400~800nmの範囲で測定されたn値およびk値の平均値を示した。
以下の実施例において、ITO基板としては、ITOが表面上に膜厚50nmでパターニングされた25mm×25mm×0.7tのガラス基板を用い、使用前にO2プラズマ洗浄装置(150W、30秒間)によって表面上の不純物を除去したものを使用した。
[実施例2-1]
実施例1-1で得られたワニスを、スピンコーターを用いてITO基板に塗布した後、120℃で1分間焼成した。次いで、230℃で15分間焼成し、基板上に35nmの薄膜を形成した。上記薄膜を形成したITO基板に対し、蒸着装置(真空度1.0×10-5Pa)を用いて、α-NPDを0.2nm/秒にて30nm成膜した。その上に、蒸着装置(真空度4.0×10-5Pa)を用いてアルミニウム薄膜を形成してHODを得た。蒸着は、蒸着レート0.2nm/秒の条件で行った。アルミニウム薄膜の膜厚は80nmとした。なお、空気中の酸素、水等の影響による特性劣化を防止するため、HODは封止基板により封止した後、その特性を評価した。封止は、以下の手順で行った。酸素濃度2ppm以下、露点-76℃以下の窒素雰囲気中で、HODを封止基板の間に収め、封止基板を接着剤((株)MORESCO製、モレスコモイスチャーカット WB90US(P))により貼り合わせた。この際、捕水剤(ダイニック(株)製、HD-071010W-40)を有機EL素子と共に封止基板内に収めた。貼り合わせた封止基板に対し、UV光を照射(波長:365nm、照射量:6,000mJ/cm2)した後、80℃で1時間、アニーリング処理して接着剤を硬化させた。
実施例1-1で得られたワニスの代わりに、それぞれ実施例1-2、1-4で得られたワニスを用いた以外は、実施例2-1と同様の方法でHODを作製した。
実施例1-1で得られたワニスの代わりに、実施例1-3で得られたワニスを用い、200℃で1分間の焼成に変更した以外は、実施例2-1と同様の方法でHODを作製した。
[実施例3-1]
実施例1-1で得られたワニスを、スピンコーターを用いてITO基板に塗布した後、120℃で1分間焼成した。次いで、230℃で15分間焼成し、基板上に35nmの薄膜を形成した。次いで、薄膜を形成したITO基板に対し、蒸着装置(真空度1.0×10-5Pa)を用いて、α-NPDを0.2nm/秒にて30nm成膜した。次に、関東化学(株)製の電子ブロック材料HTEB-01を10nm成膜した。次いで、新日鉄住金化学(株)製の発光層ホスト材料NS60と発光層ドーパント材料Ir(PPy)3を共蒸着した。共蒸着は、Ir(PPy)3の濃度が6%になるように蒸着レートをコントロールし、40nm積層させた。次いで、Alq3、フッ化リチウムおよびアルミニウムの薄膜を順次積層して、有機EL素子を得た。この際、蒸着レートは、Alq3およびアルミニウムについては0.2nm/秒、フッ化リチウムについては0.02nm/秒の条件でそれぞれ行い、膜厚は、それぞれ20nm、0.5nmおよび80nmとした。なお、実施例2-1と同様の方法で素子を封止した後、特性を評価した。
実施例1-1で得られたワニスの代わりに、実施例1-2で得られたワニスを用いた以外は、実施例3-1と同様の方法で有機EL素子を作製した。
それぞれ、実施例1-1で得られたワニスの代わりに、実施例1-3、1-4で得られたワニスを用い、120℃で1分間焼成する代わりに、200℃で1分間焼成した以外は、実施例3-1と同様の方法で有機EL素子を作製した。
Claims (16)
- 電荷輸送性物質と、表面処理剤で表面修飾された酸化チタン含有粒子と、有機溶媒と、ドーパント物質とを含み、
上記電荷輸送性物質が、式(1)で表される繰り返し単位を含むポリチオフェン誘導体またはそのアミン付加体である電荷輸送性ワニス。
(式中、R 1 は、スルホン酸基であり、
R 2 は、-O[C(R a R b )-C(R c R d )-O] p -R e または-OR f であり、
R a ~R d は、互いに独立して、水素原子、炭素数1~8のアルキル基、炭素数1~8のフルオロアルキル基、またはフェニル基であり、
R e は、水素原子、炭素数1~8のアルキル基、炭素数1~8のフルオロアルキル基、またはフェニル基であり、
pは、1~5であり、
R f は、水素原子、炭素数1~8のアルキル基、炭素数1~8のフルオロアルキル基、またはフェニル基である、
またはR 1 およびR 2 が結合して形成される下記式(Y1)および(Y2)で表される基である。)
[ただし、上記ドーパント物質は、下記式(a1)で表されるアニオンおよび下記式(a2)で表される1価または2価のアニオンからなる群より選択される少なくとも1種のアニオンと、対カチオンとからなるオニウムボレート塩(ただし、電気的中性な塩である)を含まない。
(式中、Arは、それぞれ独立して、置換基を有してもよいアリール基または置換基を有してもよいヘテロアリール基であり、Rは、炭素数1~10のアルキル基、炭素数3~20のシクロアルキル基、炭素数1~10のフルオロアルキル基、炭素数7~10のアラルキル基または炭素数7~10のフルオロアラルキル基であり、Lは、アルキレン基、-NH-、酸素原子、硫黄原子または-CN+-である。)] - 上記表面処理剤で表面修飾された酸化チタン含有粒子に含まれる酸化チタン含有粒子が、コロイド粒子である請求項1記載の電荷輸送性ワニス。
- 上記表面処理剤で表面修飾された酸化チタン含有粒子が、酸化チタンを含むコロイド粒子(A)を核(核粒子(A))として、その表面が金属酸化物コロイド粒子(B)(被覆物(B))で被覆された変性酸化チタン含有コロイド粒子(C)(変性コロイド粒子(C))の表面が両親媒性の表面処理剤で表面修飾されたコロイド粒子(D)(表面修飾コロイド粒子(D))である請求項2記載の電荷輸送性ワニス。
- 上記表面処理剤が、両親媒性の表面処理剤である請求項1または2記載の電荷輸送性ワニス。
- 上記両親媒性の表面処理剤が、有機ケイ素化合物、チタネートカップリング剤、アルミネートカップリング剤またはリン系界面活性剤である請求項3または4記載の電荷輸送性ワニス。
- さらに、ヘテロポリ酸を含む請求項1~5のいずれか1項記載の電荷輸送性ワニス。
- 上記ヘテロポリ酸が、リンタングステン酸である請求項6記載の電荷輸送性ワニス。
- 上記ドーパント物質が、アリールスルホン酸化合物を含む請求項1~7のいずれか1項記載の電荷輸送性ワニス。
- 上記アリールスルホン化合物が、下記式(H1)または(H2)で表されるアリールスルホン酸化合物である請求項8記載の電荷輸送性ワニス。
(式(1)中、A1は、OまたはSを表し、A2は、ナフタレン環またはアントラセン環を表し、A3は、2~4価のパーフルオロビフェニル基を表し、sは、2≦s≦4を満たす整数を表し、qは、1≦q≦4を満たす整数を表す。
式(2)中、A4~A8は、互いに独立して、水素原子、ハロゲン原子、シアノ基、炭素数1~20のアルキル基、炭素数1~20のハロゲン化アルキル基、または炭素数2~20のハロゲン化アルケニル基を表し、A4~A8のうち少なくとも3つは、ハロゲン原子であり、rは、1≦r≦4を満たす整数を表す。) - さらに、有機シラン化合物を含む請求項1~9のいずれか1項記載の電荷輸送性ワニス。
- 上記有機シラン化合物が、3,3,3-トリフルオロプロピルトリメトキシシランである請求項10記載の電荷輸送性ワニス。
- 請求項1~11のいずれか1項記載の電荷輸送性ワニスから得られる電荷輸送性薄膜。
- 請求項12記載の電荷輸送性薄膜を有する有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 上記電荷輸送性薄膜が、正孔注入層または正孔輸送層である請求項13記載の有機エレクトロルミネッセンス素子。
- 請求項1~11のいずれか1項記載の電荷輸送性ワニスを基材上に塗布し、溶媒を蒸発させることを特徴とする電荷輸送性薄膜の製造方法。
- 請求項15記載の電荷輸送性薄膜を用いることを特徴とする有機エレクトロルミネッセンス素子の製造方法。
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