[發明專利]含氮芳香族化合物、有機半導體材料及有機電子器件

有效

• 申請號: 201180049368.1
• 申請日: 2011-10-03
• 公開（公告）號: CN103154005A
• 公開（公告）日: 2013-06-12
• 發明（設計）人: 澤田雄一;堀田正則;松本惠
• 申請（專利權）人: 新日鐵住金化學株式會社
• 主分類號: C07D519/00
• 分類號: C07D519/00;H01L29/786;H01L51/05;H01L51/30;H01L51/42;H01L51/50
• 代理公司: 永新專利商標代理有限公司 72002
• 代理人: 周欣;陳建全

技術領域

本發明涉及新穎的含氮芳香族化合物及使用了其的有機電子器件，進而涉及利用該化合物作為有機半導體材料的發光元件、薄膜晶體管、光伏元件。

背景技術

近年來，使用有機化合物作為半導體材料的有機電子元件取得非常顯著的發展。作為其代表性的應用例，可列舉出被期待作為下一代的平板顯示器的有機電致發光元件（以下，有時也記為“有機EL元件”）、因能夠以印刷等低成本工藝制造在顯示器的像素驅動用途等中使用的薄膜晶體管或能夠對應于柔性的基板而受到注目的有機薄膜晶體管（以下有時也記為“有機TFT”）、輕量且柔性的作為電源的光伏元件（有機薄膜太陽能電池）。

一般，就使用無機半導體材料的硅的半導體元件而言，在其薄膜形成中，高溫工藝和高真空工藝是必須的。由于需要高溫工藝，所以無法將硅在塑料基板上等而形成薄膜，因此對于組裝有半導體元件的制品，很難賦予可撓性、或進行輕量化。此外，由于需要高真空工藝，所以組裝有半導體元件的制品的大面積化和低成本化很難。

有機化合物由于與無機物的硅相比較容易加工，所以通過使用有機化合物作為半導體材料，可期待實現低價格的器件。此外，關于使用了有機化合物的半導體器件，由于能夠在低溫下制造器件，所以能夠適用于包括塑料基板的多種多樣的基板。進而，有機化合物的半導體材料由于結構上柔軟，所以通過將塑料基板及有機化合物的半導體材料組合使用，可期待實現在有效利用了它們的特性的有機半導體制品中的應用，例如有機EL面板及電子紙等柔性的顯示器、液晶顯示器、信息標簽、電子人工皮膚薄片或薄片型掃描器等大面積傳感器等器件。

對于這樣的有機電子器件中使用的有機半導體材料，要求有機EL元件的發光效率的高效率化、長壽命化及低驅動電壓化、有機TFT元件的低閾值電壓化、用于提高開關速度等的電荷遷移率的提高、有機薄膜太陽能電池的光電轉換效率的提高。

例如，在有機EL元件用材料中，為了提高發光效率，發光層中的承擔電荷輸送的主體材料變得重要。作為被作為主體材料而提出的代表性的例子，可列舉出專利文獻1中介紹的咔唑化合物的4,4'-雙（9-咔唑基）聯苯（以下稱為CBP）、和非專利文獻1中介紹的1,3-二咔唑基苯（以下稱為mCP）。當CBP作為以三（2-苯基吡啶）銥絡合物（以下稱為Ir（ppy）₃）為代表的綠色磷光發光材料的主體材料使用時，由于使空穴容易流動而電子難以流動的特性，電荷注入平衡崩潰，過量的空穴流出到電子輸送層側，結果是來自Ir（ppy）₃的發光效率降低。另一方面，當mCP作為以雙[2-（4,6-二氟苯基）吡啶-N、C2']（吡啶甲酰）合銥絡合物（以下稱為FIrpic）為代表的藍色磷光發光材料的主體材料使用時，雖然顯示比較良好的發光特性，但特別是從耐久性的觀點出發，實用上不能令人滿意。

這樣，為了在有機EL元件中得到高的發光效率，需要在兩電荷（空穴·電子）注入輸送特性方面取得平衡的主體材料。進而，期望在電化學上穩定、具備高的耐熱性且具備優異的非晶穩定性的化合物，要求進一步的改良。

此外，在有機TFT元件用材料中，近年來，報道了具有與非晶硅相匹敵的電荷輸送性的有機半導體材料。例如，在使用非專利文獻2中介紹的5個苯環以直線狀稠合而成的烴系并苯型多環芳香族分子即并五苯作為有機半導體材料的有機TFT元件中，報道了與非晶硅同等的電荷遷移率。然而，當使用并五苯作為有機TFT元件的有機半導體材料時，由于有機半導體薄膜層通過超高真空下的蒸鍍法來形成，所以從大面積化、可撓性、輕量化及低成本化的觀點考慮是不利的。此外，在專利文獻2中，也提出了不使用真空蒸鍍法，而在鄰二氯苯的稀薄溶液中形成并五苯結晶的方法，但制造方法難，無法得到穩定的元件。并五苯那樣的烴系并苯型多環芳香族分子中還可列舉出氧化穩定性低作為課題。

此外，有機薄膜太陽能電池最初以使用了部花青色素等的單層膜開展了研究，但是發現，通過制成具有輸送空穴的p層和輸送電子的n層的多層膜，從光輸入向電輸出的轉換效率（光電轉換效率）得到提高，以后，多層膜逐漸成為主流。在開始進行多層膜的研究的時候使用的材料是作為p層的銅酞菁（CuPc）、作為n層的苝酰亞胺類（PTCBI）。另一方面，在使用了高分子的有機薄膜太陽能電池中，主要進行所謂的本體異質結構的研究，即，作為p層的材料使用導電性高分子，作為n層的材料使用富勒烯（C60）衍生物，將它們混合，并進行熱處理，由此誘發微相分離而增加異質界面，提高光電轉換效率。其中使用的材料系主要是作為p層的材料的聚-3-己基噻吩（P3HT）、作為n層的材料的C60衍生物（PCBM）。