专利名称：含氮芳香族化合物、有机半导体材料及有机电子器件的制作方法
技术领域：
本发明涉及新型的含氮芳香族化合物及使用了该化合物的有机电子器件，并且涉及将该化合物用作有机半导体材料的发光元件、薄膜晶体管、光生伏打元件。
背景技术：
近年来，将有机化合物用作半导体材料的有机电子元件取得了惊人的发展。作为其代表性的应用例，可举出:作为下一代平板显示器而令人期待的有机电致发光元件(以下记为有机EL元件)、因通过印刷等低成本工艺即可制造用于显示器的像素驱动用等的薄膜晶体管以及能够对应柔性基板而受到关注的有机薄膜晶体管(有机TFT)、作为轻量且柔性的电源的光生伏打元件(有机薄膜太阳电池)。通常，对于使用无机半导体材料硅的半导体元件而言，在其薄膜形成中需要高温工艺和高真空工艺。由于需要高温工艺，因而无法将硅在塑料基板上等形成薄膜，所以对组装有半导体元件的产品很难赋予挠性或进行轻量化。另外，由于需要高真空工艺，因此很难实现组装有半导体元件的产品的大面积化和低成本化。有机化合物由于与无机物的硅相比容易进行加工，因此期待通过使用作为半导体材料的有机化合物来实现低价格的器件。另外，对于使用了有机化合物的半导体器件而言，由于能够在低温下制造器件，因而可适用于包括塑料基板在内的多种多样的基板。此外，有机化合物的半导体材料由于结构上柔软，因此期待通过组合使用塑料基板和有机化合物的半导体材料，实现面向发挥了 上述特性的有机半导体产品的应用，例如实现有机EL面板及电子纸等的柔性显示器、液晶显示器、信息标签(information tag)、电子人工皮肤片或片型扫描仪等的大面积传感器等器件。对于在这样的有机电子器件中使用的有机半导体材料而言，要求有机EL元件的发光效率的高效率化、长寿命化及低驱动电压化、有机TFT元件的低阈值电压化、对提高切换速度等有益的电荷迁移率的提高、有机薄膜太阳电池的光电转换效率提高。例如，对于有机EL元件用材料而言，为了提高发光效率，负责发光层中的电荷传输的主体材料(host material)变得重要。关于作为主体材料提出的代表性的材料，可举出:专利文献I中介绍的咔唑化合物4，4’ -双(9-咔唑基)联苯(以下称为CBP)和非专利文献I中介绍的1，3- 二咔唑基苯(以下称为mCP)。当CBP作为以三(2-苯基吡啶)合铱络合物(以下称为Ir(ppy)3)为代表的绿色磷光发光材料的主体材料使用时，由于易流过空穴而不易流过电子的特性，电荷注入平衡被破坏，过剩的空穴从电子传输层侧流出，结果是来自Ir(ppy)3的发光效率降低。另一方面，当mCP作为以双[2-(4，6-二氟苯基)吡啶-N，C2’ ](吡啶甲酰)合铱络合物(以下称为FIrpic)为代表的蓝色磷光发光材料的主体材料使用时，虽然显示比较良好的发光特性，但特别是从耐久性的观点出发无法满足实际应用。如上所述，为了在有机EL元件中得到高发光效率，需要两电荷(空穴、电子)注入传输特性的平衡良好的主体材料。并且，希望有电化学稳定且具有高耐热性和优异的无定形稳定性的化合物，需要进一步的改良。另外，对于有机TFT元件用材料而言，近年来报道了具有与非晶硅匹敌的电荷传输性的有机半导体材料。例如，关于非专利文献2中介绍的将5个苯环以直线状稠合而成的烃系并苯型多环芳香族分子即并五苯用作有机半导体材料的有机TFT元件，报道了与非晶硅同等的电荷迁移率。但是，将并五苯作为有机TFT元件的有机半导体材料使用时，有机半导体薄膜层由于在超高真空下通过蒸镀法形成，因此从大面积化、挠性、轻量化及低成本化的观点出发是不利的。另外，在专利文献2中，还提出了不使用真空蒸镀法而在邻二氯苯的稀薄溶液中形成并五苯结晶的方法，但制造方法难，得不到稳定的元件。对于并五苯之类的烃系并苯型多环芳香族分子而言，还可举出氧化稳定性低的问题。另外，对于有机薄膜太阳电池而言，最初在使用了部花菁色素等的单层膜中进行了研究，但自从发现制成具有传输空穴的P层和传输电子的η层的多层膜会使从光输入到电输出的转换效率(光电转换效率)提高后，多层膜已成为了主流。关于刚开始进行多层膜的研究时使用的材料，P层为有酞菁铜(CuPc)，η层为茈酰亚胺类(PTCBI)。另一方面，对于使用了高分子的有机薄膜太阳电池，主要进行了如下的所谓的整块异质结(bulkheterojuncti on)结构的研究,即:使用导电性高分子作为P层的材料，使用富勒烯(C60)衍生物作为η层的材料，将它们混合，通过热处理诱发显微层分离而增加异质结界面，提高光电转换效率。关于这里所使用的材料系，P层的材料主要为聚-3-己基噻吩(Ρ3ΗΤ)，η层的材料主要为C60衍生物(PCBM)。如上所述，对于有机薄膜太阳电池而言，各层的材料从初期开始并没有太大变化，依然使用酞菁衍生物、茈酰亚胺衍生物、C60衍生物。因此，为了提高光电转换效率，渴望开发出可代替这些现有材料的新型材料。例如，在专利文献3中，公开了使用了具有荧蒽骨架的化合物的有机薄膜太阳电池，但不能赋予令人满意的光电转换效率。在专利文献4中，公开了以下所示的吲哚并吲哚(indoloindore)化合物。但是，它们仅公开了以[3， 2-b]稠合而成的吲哚并吲哚化合物和使用了这些化合物的有机晶体管。
权利要求
1.一种由通式(I)所示的含氮芳香族化合物，
2.根据权利要求1所述的含氮芳香族化合物，其特征在于，在通式(I)中，X是N-A’。
3.一种有机半导体材料，其特征在于，含有权利要求1或2所述的含氮芳香族化合物。
4.一种有机半导体薄膜，其特征在于，由权利要求3所述的有机半导体材料形成。
5.一种有机电子设备，其特征在于，使用了权利要求3所述的有机半导体材料。
6.根据权利要求5所述的有机电子设备，其中，有机电子设备是发光元件、薄膜晶体管或光生伏打元件。
7.根据权利要求6所述的有机电子设备，其中，发光元件是有机电致发光元件。
全文摘要
本发明提供作为有机半导体材料有用的含氮芳香族杂环化合物以及使用了该化合物的有机电子器件。本发明的含氮芳香族杂环化合物以及使用了该化合物的有机电子器件为具有下述式(1)所示的稠合吲哚骨架的含氮芳香族杂环化合物、含有该化合物的有机半导体材料、以及使用了该有机半导体材料的有机电子器件。式(1)中，X是N-A’、O、S或Se，A是烷基、环烷基、链烯基、炔基、芳香族烃基或不包括4环以上的稠合杂环在内的芳香族杂环基，R是氢、烷基、环烷基、链烯基、炔基、芳香族烃基或不包括4环以上的稠合杂环在内的芳香族杂环基。
文档编号C07D495/04GK103108875SQ201180043940
公开日2013年5月15日 申请日期2011年7月7日 优先权日2010年9月13日
发明者堀田正则, 泽田雄一, 川田敦志, 轴丸真名, 松本惠 申请人:新日铁住金化学株式会社