JP2000327664A - 正孔輸送性化合物およびそれを用いた有機薄膜発光素子 - Google Patents

正孔輸送性化合物およびそれを用いた有機薄膜発光素子

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JP2000327664A
JP2000327664A JP11135808A JP13580899A JP2000327664A JP 2000327664 A JP2000327664 A JP 2000327664A JP 11135808 A JP11135808 A JP 11135808A JP 13580899 A JP13580899 A JP 13580899A JP 2000327664 A JP2000327664 A JP 2000327664A
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Yuichi Ito
祐一 伊藤
Kenji Ogino
賢司 荻野
Hisaya Sato
壽彌 佐藤
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Abstract

(57)【要約】 【課題】耐熱性有機半導体薄膜およびそのための高ガラ
ス転移温度材料およびその膜を使用した耐熱性の高い有
機薄膜発光素子を提供する。 【解決手段】一般式[1]の構造で示す化合物を含む有
機半導体薄膜を有機薄膜発光素子の一対の電極間の一層
以上の有機半導体薄膜層に用いる。 【化1】

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、耐熱性を有し、低
抵抗の正孔輸送性化合物に関するものであり、有機半導
体薄膜の積層膜からなるダイオード特性を有する有機薄
膜発光素子や電子写真感光体等に利用することができ
る。
【0002】
【従来の技術】有機薄膜発光素子は、イーストマン・コ
ダック社のC.W.Tang等により記された特開昭5
9−194393号公報、特開昭63−264692号
公報、特開昭63−295695号公報、アプライド・
フィジックス・レター第51巻第12号第913頁(1
987年)、およびジャーナル・オブ・アプライドフィ
ジックス第65巻第9号第3610頁(1989年)、
アプライド・フィジックス・レター第69巻第15号第
2160頁(1996年)、アプライド・フィジックス
・レター第70巻第2号第152頁(1997年)、ア
プライド・フィジックス・レター第70巻第13号第1
665頁(1997年)や、大阪大学の城田等により記
されたアプライド・フィジックス・レター第65巻第7
号第807頁(1994年)等で述べられている。
【0003】有機薄膜発光素子の構成例を図1で示す。
まず、ガラスや樹脂フィルム等の透明絶縁性の基板
(1)上に、蒸着、イオンプレーティング又はスパッタ
リング法等でインジウムとスズの複合酸化物(以下IT
Oという)の透明導電性被膜の陽極(2)を形成する。
次にその上にイオン化ポテンシャルの順に2〜3層程度
積層した有機半導体薄膜層からなる正孔注入輸送層
(3)を形成する。
【0004】例えば、まず酸化に対して高安定な銅フタ
ロシアニン(以下CuPcと略す、イオン化ポテンシャ
ル5.2eV)を第1正孔注入輸送層(8)として真空
蒸着により10nmの厚さで形成する。
【0005】その上に、素子の短絡の原因となるピンホ
ールを防ぎためにアモルファス性が高く、可視光の透過
率が高い化学式[3]で示されるN,N' −ジ( 1−ナ
フチル) −N,N’−ジフェニル−1,1' −ビフェニ
ル−4,4' −ジアミン(以下NPDと略す。ガラス転
移温度96℃、イオン化ポテンシャル5.4eV)や化
学式[4]で示される構造の正孔輸送材料m−MTDA
TA(ガラス転移温度75℃、イオン化ポテンシャル
5.2eV)を第2正孔注入輸送層(9)として真空蒸
着により40〜100nm程度の厚さで形成する。
【0006】
【化3】
【0007】
【化4】
【0008】次に正孔注入輸送層(3)上に有機発光層
(4)としてトリス(8−キノリノラート)アルミニウ
ム(以下Alqと略す。イオン化ポテンシャル5.8e
V)等の有機蛍光体を40〜100nm程度の厚さで蒸
着法等で成膜する。
【0009】有機発光層(4)上に電子輸送能力の優れ
たビス(10−ヒドロキシベンゾ[h]キノリノラー
ト)ベリリウム錯体等の材料からなる電子輸送層(5)
を形成し駆動電圧を低減することもできる。
【0010】次に陰極(7)としてAlやAl:Li合
金、希土類合金等の低仕事関数合金を共蒸着法により2
00〜1000nm程度蒸着する。
【0011】陰極にAlを用いる場合は、より電子注入
効率を上げるために0.5nm程度のフッ化リチウムや
酸化リチウム等のアルカリ金属含有層(6)を有機発光
層(4)または電子輸送層(5)と陰極(7)間に形成
することも行われる。
【0012】以上のように作られた素子は、透明電極側
を陽極として3V程度以上の直流低電圧を印加すること
により発光層に正孔と電子が注入され、その再結合によ
り発光する。
【0013】以上のように形成した発光素子では、12
V程度の直流電圧印加で10000cd/m2 以上の輝
度が得られる。
【0014】有機発光層中にクマリン系、ピラン系、ジ
メチルキナクリドン等の蛍光量子収率の高い蛍光色素を
発光層ホスト材料との共蒸着や発光層ホスト材料との多
層成膜後の熱拡散等の方法でドーピングすれば、発光輝
度を高めたり、発光色を変えられる。
【0015】ところで、有機薄膜発光素子に用いる有機
材料は耐熱性が要求されている。駆動による発熱や、夏
の自動車のダッシュボード上でも有機材料の層が軟化し
混合することが無いようアモルファス材料では100℃
以上のガラス転移温度を有することが望まれる。
【0016】しかし、通常有機薄膜発光素子の正孔注入
輸送材料に用いられるm−MTDATAやNPDはガラ
ス転移温度が100℃以下であるため、陰極蒸着や封止
等の素子作製中の基板温度上昇や素子の駆動中の発熱や
高温になる場所での使用で素子が劣化しやすい問題があ
った。具体的には有機材料の層が混合し、電流−電圧の
特性が促進され電気的短絡やリークが発生し易くなる問
題があった。
【0017】そこで、ガラス転移温度が高く耐熱性が高
い新たな正孔注入輸送材料が求められている。
【0018】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、これらの問
題点を解決するためになされたものであり、その課題と
するところは、100℃以上の高いガラス転移温度を持
つ正孔注入輸送化合物を提供し、それを用いた耐熱性の
高い有機薄膜発光素子を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】本発明において、前記課
題を解決するため、一般式[1]で示した構造を有する
正孔輸送性化合物を提供する。
【0020】また、具体的に言えば、化学式[2]で示
される構造を有する正孔輸送性化合物が好適な材料とし
て挙げられる。
【0021】本発明における一般式[1]で表す正孔輸
送性化合物は、図1に示すような一対の電極間に一層以
上の有機半導体薄膜を介在して構成される有機薄膜発光
素子の有機半導体薄膜、すなわち、正孔注入輸送層
(3)、第1正孔注入輸送層(8)、第2正孔注入輸送
層(9)、有機発光層(4)、電子輸送層(5)等の有
機薄膜発光素子の対向する電極間のキャリア輸送機能ま
たは発光機能を有する層の少なくとも一層に用いること
ができる。
【0022】
【発明の実施の形態】一般式[1]で示される正孔輸送
性化合物の具体例としては、化学式[2]で示される化
合物が挙げられる。化学式[2]で示される化合物は、
剛直性が高く耐熱性が高いナフタレン環とフェナントリ
ジン環を有するため、130℃(DSCで20℃/mi
nの昇温速度で測定)の高いガラス転移温度を有し、結
晶化し難く平滑で透明なアモルファス蒸着膜となる。
【0023】また、膜はイオン化ポテンシャル5.3e
Vであり、正孔注入輸送性に優れ、またピーク波長49
4nm付近の緑色の蛍光を有し発光層としての使用も可
能である。
【0024】化学式[2]で示される化合物の合成法
は、まず、3、8−ジアミノ−6−フェニル−フェナン
トリジンを亜硝酸ナトリウムとヨウ化カリウムでヨウ素
化し3、8−ジヨード−6−フェナントリジンを合成す
る。次に、得られた3、8−ジヨード−6−フェナント
リジンとN−フェニル−1−ナフチルアミンとをウルマ
ン反応またはPd/ターシャリーブチルホスフィンを用
いた反応で得ることができる。
【0025】フェナントリジン環の6位の置換基R
1 は、フェニル基等のアリール基以外にはメチル基、エ
チル基、メトキシ基、ジアリールアミノ基を用いても良
く、Morgan- Wallsの方法やPictet-
Hubertの方法を応用し合成することができる。
【0026】置換基R2 はナフチル基以外に、フェニル
基、トリル基、ビフェニル基等とすることもでき、N−
フェニル−1−ナフチルアミンに代えて、例えばジフェ
ニルアミン、N−トリル−1−ナフチルアミン、N−ビ
フェニル−1−ナフチルアミン等の対応する2級アミン
を用いてそれぞれ合成することができる。
【0027】また、R2 がナフチル基でフェナントリジ
ンの3、8ージアミノ基に4つの同じナフチル基が導入
された化合物の場合は、アミノ基のハロゲン化を行わず
に、例えば1または2の位置をヨウ素化またはブロモ化
したナフタレンを使って直接アミノ基にウルマン反応ま
たはPd/ターシャリーブチルホスフィンによる反応を
行い導入することもできる。
【0028】一般式[1]で示される化合物は分子内に
2つ以上の剛直で耐熱性の高いナフタレン環を有し、さ
らに、剛直なフェナントリジン環が耐熱性を高めている
が、その6位に置換する立体障害の大きいフェニル基等
の置換基によりトルエン等の有機溶剤に対しても溶解性
が高まり、カラムクロマトグラフィーで精製することも
可能である。
【0029】本発明の有機半導体薄膜は、一般式[1]
の化合物を単独で、または他の有機または無機の半導体
材料と混合して成膜することができる。成膜方法は真空
蒸着法、または有機溶媒に溶かしてスピンコート法、デ
ィップコート法、ロールコート法、インクジェット法
等、基材の材料に応じて各種の製膜方法を適用し厚さ数
nm〜数μm程度の任意の厚さに薄膜化することができ
る。
【0030】また、本発明の有機半導体薄膜中にルイス
酸からなるアクセプターを添加し膜の電気抵抗をより小
さくすることも可能である。
【0031】
【実施例】<化学式[2]で示される正孔輸送性化合物
の合成> 3、8−ジヨード−6−フェニル−フェナントリジンの
合成 5.0g(17.52mmol)の3、8−ジアミノ−
6−フェナントリジンに濃塩酸(37%)22ml,水
22mlを加えた後、40gの氷を加え、系内の温度を
0−5℃に保った。2.89g(42mmol)の亜硝
酸ナトリウムを水15mlに溶解したものを氷冷し、系
の温度が5℃以上にならないように上記の混合物に滴下
した。滴下終了後、5℃以下に保ちつつ30分間撹拌し
た。10mlの水に溶解したヨウ化カリウム6.93g
(42mmol)を系の温度が10℃を越えないように
滴下した(滴下と同時に発泡する)。滴下終了後、一時
間かけて系の温度を室温とした。反応液に2N水酸化ナ
トリウム水溶液を加えることでアルカリ性とし、沈殿物
を濾取、水洗した。
【0032】シリカゲルカラムを用い、クロロホルムで
展開し、クロロホルム/ エタノール(2/8)で再結晶
し2.0g(収率23%)得た。
【0033】3、8−ビス(N−フェニル−1−ナフチ
ルアミノ)−6−フェニルフェナントリジンの合成 窒素導入管、リービッヒ冷却管、マグネチックスターラ
ーのついた50mlの3つ口フラスコに3.6g(7.
1mmol)の3、8−ジヨード−6−フェニル−フェ
ナントリジンと3.74g(17.0mmol)のN−
フェニル−1−ナフチルアミン、1.96g(20.4
mmol)のナトリウムt−ブトキシドを加え窒素置換
した。その後、3.8mg(0.017mmol)の酢
酸パラジウム及び脱水したキシレン20mlを加えた。
最後にトリ(t−ブチル)ホスフィンのトルエン溶液
(0.5mmol/ ml)を0.14ml(0.07m
mol)加え、120℃で3時間加熱撹拌した。反応終
了後、水洗しキシレンを留去した後、メタノールで生成
物を固化させた。カラムクロマトグラフィー(シリカゲ
ル/ トルエン)で精製し、黄色粉末(化学式[2]で示
される正孔輸送性材料)を2.3g(収率47%)得
た。化学式[2]の赤外線吸収スペクトルを図2に示す
(日本分光製フーリエ変換赤外分光光度計FT/ IR−
5MPでKBr法により測定)。
【0034】<有機薄膜発光素子の製造>透明絶縁性の
基板(1)として、厚さ1.1mmの青板ガラス板上に
スパッタリング法で成膜した170nmのITOをエッ
チングしパターニングした後、使用前に水洗し、イソプ
ロピルアルコール蒸気で乾燥し陽極(2)とした。
【0035】次に、第1正孔注入輸送層(8)としてC
uPcを10nm、第2正孔注入輸送層(9)として化
学式[2]で表す化合物を40nmそれぞれ順に真空蒸
着する。
【0036】次に、有機発光層(4)としてAlqを5
0nm蒸着し、その上面にアルカリ金属含有層(6)と
してLiFを0.5nm蒸着し、陰極(7)としてAl
を200nm蒸着する。
【0037】次に絶縁封止膜(10)として酸化ゲルマ
ニウムをArプラズマ下1μm蒸着し、さらにピンホー
ル防止膜(11)としてAlを200nm蒸着した。
【0038】最後に乾燥窒素下でプラズマ洗浄したカバ
ーガラス(13)を感光性接着剤(12)で貼り付け
た。
【0039】この素子は陽極と陰極を直流電源につない
で電圧印加すると3V以上の電圧で緑色発光し最高輝度
で10000cd/m2 以上得られる。120℃で30
分間加熱した後も素子は破壊せず同様に発光する。
【0040】<比較例>第1正孔注入輸送層(8)まで
は実施例と同様に作製した後、第2正孔注入輸送層
(9)としてNPDを40nm、真空蒸着する。
【0041】次に、有機発光層(4)としてAlqを5
0nm蒸着し、その上面に電子注入層(5)としてLi
Fを0.5nm蒸着し、陰極(7)としてAlを200
nm蒸着する。
【0042】この素子は3V以上の直流電圧で緑色発光
が観察されたが、120℃で30分間加熱すると、輝度
−電圧特性が高電圧シフトし、実施例と同電圧印加した
場合に半分以下の輝度に劣化した。
【0043】
【発明の効果】以上により本発明の一般式[1]に示す
正孔輸送性化合物は従来の化合物と比較しての耐熱性が
ある。よって、有機薄膜発光素子の有機半導体薄膜に一
般式[1]に示す正孔輸送性化合物を用いることにより
耐熱性を高めることができる。更に、本発明の正孔輸送
性化合物は電子写真感光体等にも利用することができ
る。
【0044】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の有機薄膜発光素子の断面の構造の一例
を示す説明図である。
【図2】本発明の一実施例による化学式[2]の赤外線
吸収スペクトル図である。
【符号の説明】
1 基板 2 陽極 3 正孔注入輸送層 4 有機発光層 5 電子輸送層 6 アルカリ金属含有層 7 陰極 8 第1正孔注入輸送層 9 第2正孔注入輸送層 10 絶縁封止膜 11 ピンホール防止膜 12 感光性接着剤層 13 カバーガラス 14 陰極取り出し口

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一般式[1]で示される構造を有する正孔
    輸送性化合物。 【化1】 (ここで、R1 はメチル基、エチル基、メトキシ基、フ
    ェニル基等のアリール基、ジアリールアミノ基、R2
    フェニル基、トリル基、ナフチル基、ビフェニル基等の
    アリール基から選ばれる。)
  2. 【請求項2】化学式[2]で示される構造を有する請求
    項1記載の正孔輸送性化合物。 【化2】
  3. 【請求項3】一対の電極間に一層以上の有機半導体薄膜
    を介在して構成される有機薄膜発光素子において、請求
    項1又は2に記載の正孔輸送性化合物を含む有機半導体
    薄膜を少なくともキャリア輸送機能または発光機能を有
    する層に用いた有機薄膜発光素子。
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