JP2004311182A

JP2004311182A - Organic electroluminescent element using conductive liquid crystal material, thin film transistor, and its manufacturing method

Info

Publication number: JP2004311182A
Application number: JP2003102298A
Authority: JP
Inventors: Yuichiro Haramoto; 雄一郎原本; Kosei Kato; 孝正加藤; Koki Hiroshima; 綱紀廣嶋
Original assignee: Yamanashi TLO Co Ltd
Current assignee: Yamanashi TLO Co Ltd
Priority date: 2003-04-04
Filing date: 2003-04-04
Publication date: 2004-11-04

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an organic EL element capable of remarkably increasing the thickness of an organic material layer, and allowing the organic material layer even in a liquid state to be formed under normal pressure. <P>SOLUTION: In this organic electroluminescent element, a plurality of layers including a luminescent layer and a charge transportation layer are formed between electrodes, and at least one layer out of them is formed of a conductive liquid crystalline compound having a luminescent property itself. The liquid crystalline compound having a long linear conjugate structure as the liquid crystalline compound and/or a viologen derivative are/is used in a smectic liquid crystal state or in a solid state generated by phase transition from it. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディスプレイ等に用いられる有機エレクトロルミネッセンス素子に関し、とくに導電性を有する液晶性化合物を用いた有機エレクトロルミネッセンス素子とその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ディスプレイのフラットパネル化が急速に進んでおり、フラットディスプレイとして、現在最も広範囲に用いられているのは、液晶ディスプレイである。
しかし、液晶ディスプレイには、自発光でないため明るさが十分でないこと、視野角依存性があること、高速応答に適さないこと等の本質的な問題がある。
【０００３】
そのため、各種の自発光式のフラットディスプレイが検討されているが、その中でもエレクトロルミネッセンスディスプレイの実用化へ向けて、活発な取組みがなされており、有機エレクトロルミネッセンス素子（以下、「有機ＥＬ素子」ということがある）について、多くの提案がなされている。
【０００４】
この有機ＥＬ素子は、有機物発光層を一対の電極で挟んだ構造で、陽極から注入された正孔と陰極から注入された電子とが、発光層内で再結合して光を発するものである。初期の有機ＥＬ素子は単層構造であったが、Ｔａｎｇらが電子注入電極、発光層、正孔輸送層及び正孔注入電極の順に積層した積層型有機ＥＬ素子を提案し、低駆動電圧化と発光効率の飛躍的改善が可能になった。
【０００５】
現在の有機ＥＬ素子の代表的なものは、上記のような積層型であり、正孔を注入する陽極として、透明基板上にＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）膜を形成し、正孔輸送層の材料としてトリフェニルジアミン誘導体（例えばＴＰＤ）等、発光層の材料としてアルミキノリノール錯体誘導体（例えばＡｌｑ３）等、陰極の材料として仕事関数の小さい金属が用いられることが多く、陽極と正孔輸送層の間及び／又は陰極と発光層の間にキャリアの移動をより容易にするためのバッファ層を設けることも一般的に行われている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の有機ＥＬ素子は、有機化合物層のキャリアの移動度が低いために、その膜厚は１００ｎｍ程度以下ときわめて薄くする必要があった。かかる薄膜は、高真空下の蒸着法で形成する必要があり、成膜装置が高価な上に生産性も低いため、
製造コストが大になることが問題である。
【０００７】
また、電極からのキャリアの注入効率も不十分で、これを改善するため多層構造にすることが多いが、これが製造コストを一層高める要因となっている。さらに、従来の有機ＥＬ素子は、上述のような薄膜に１０Ｖ前後の電圧が印加されるため、電位勾配は１０^６Ｖ／ｃｍ程度と非常に大きい。そのため、電極間にショートが生じやすく、吸湿等により性能が劣化し易いことなど、耐久性にも問題が残されている。
【０００８】
そこで本発明は、有機化合物層に導電性の高い液晶性化合物を用い、その導電率が高いため層厚を大幅に大にすることができ、キャリアの注入効率が良いため層構造を簡単にすることができ、かつこの有機物層を常圧下で液体状態でも成膜することができる有機ＥＬ素子を提供することを目的とする。これにより、成膜コストの大幅な低減と素子の耐用性向上を図ることのできる手段を提供することを目的とする。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、電界効果型の薄膜トランジスタであって、そのチャネル部に導電性の高い液晶性化合物を用い、その導電率が高いため層厚を大幅に大にすることができ、この液晶化合物層を常圧下で液体状態でも成膜することができる薄膜トランジスタを提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の第一は、
一対の電極の間に、発光層及び電荷輸送層を含む複数の層が形成され、少なくともそのうちの１層が、導電性の液晶性化合物からな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である。
【００１１】
この素子において、前記の液晶性化合物は、それ自体発光性を有するものであることが好ましい。このようにそれ自体が発光性を有する液晶性化合物を用いることにより、電荷輸送層と発光層を一つの層で構成することが可能になり、素子の構造を簡略化して、その製造コストを低減することができる。
【００１２】
また、上記の液晶性化合物は、下記一般式（１）〜（４）式のいずれかで表される長い直線的共役構造部分を持つ液晶性化合物の群及びそれから誘導される長い直線的共役構造部分を持つ液晶性化合物の群から選ばれた少なくとも１種であって、正孔輸送性に優れたものであることが好ましい（以下、これを化合物Ａという）
。
【化７】

【化８】

【化９】

【化１０】

ここで、Ａはベンゼン、ピリジン、ピリダジン、ピリミジン又はピラジンのいずれかの基、ＱはＣＨ＝ＣＨ、Ｃ≡Ｃ、Ｎ＝Ｎ、ＣＨ＝Ｎ又はＮ＝ＣＮなる基のいずれか、Ｒ^１又はＲ^２はアルキル基、アルコキシル基又は下記一般式（５）で表される基（式中、Ｒ^３は水素原子又はメチル基、Ｂは（ＣＨ_２）_ｍ、（ＣＨ_２）_ｍ−Ｏ、ＣＯ−Ｏ−（ＣＨ_２）_ｍ、ＣＯ−Ｏ−（ＣＨ_２）_ｍ−Ｏ、Ｃ_６Ｈ_４−ＣＨ_２−Ｏ又はＣＯなる基のいずれかを表す）のいずれかである。
【化１１】

さらに、上記の液晶性化合物は、下記一般式（６）式で表されるビオロゲン誘導体又はそれから誘導される液晶性化合物であって、電子輸送性に優れたものであることも同様に好ましい（以下、これを化合物Ｂという）。
【化１２】

ここで、Ｒ^３は水素原子又はメチル基、Ｒ^４は炭素数１〜２２の直鎖状又は分岐状のアルキル基、Ｚはアルキレン基、Ｃ_６Ｈ_４−ＣＨ_２、ＣＯ−Ｏ−（ＣＨ_２）_ｍ又はＣＯなる基のいずれか、Ｘ^１及びＸ^２はハロゲン原子を表す。
【００１３】
上記の化合物Ａ及び化合物Ｂは、ともにそれ自体が発光する。また、化合物Ａは正孔輸送性に優れ、化合物Ｂは電子輸送性に優れ、ともにキャリアの移動度は半導体に近い大きな値を示す。そのため、上記の液晶性化合物からなる層の層厚を０．０５〜５０μｍの範囲まで拡大することができる。したがって、この液晶性化合物の層は湿式法で低コストに成膜することができる。また、低電圧で作動するため、素子の耐久性を向上させることができる。
【００１４】
本発明の薄膜トランジスタは、
ゲート、ソース及びドレインの３電極と、ゲート電極を覆うように形成された絶縁膜と、該絶縁膜の外側に形成されソース及びドレイン電極間を導通せしめるチャネル部とを有し、該チャネル部が上記の化合物Ａ及び／又は化合物Ｂの液晶性化合物の層からなることを特徴とする薄膜トランジスタである。
【００１５】
また、この薄膜トランジスタにおいても、前記液晶性化合物からなる層の層厚は０．０５〜５０μｍの範囲まで拡大することができる。したがって、この液晶性化合物の層は湿式法により低コストで成膜することができる。
【００１６】
また、前記絶縁膜がポリイミドからなり、該絶縁膜にラビング処理を施して、その外層の液晶性化合物の配向性を高めるように構成されていることが好ましい。
さらに、前記ラビング処理のラビング方向がソースとドレイン間の電流流路と略直角であることがより好ましい。
【００１７】
上記の構成により、長い直線的共役構造部分を持つ液晶性化合物の鎖状部分がソースとドレイン間の電流流路と直角に配列し、共役コア部分が近接して配向されるため、キャリアの輸送性が著しく大になり、半導体レベルの導電性を示す。そのため、従来の導電性有機化合物では困難であった、薄膜トランジスタのチャネル部の構成材料としての使用が可能になった。
【００１８】
本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子の第二は、
一対の電極の間に、発光層及び電荷輸送層を含む複数の層が形成され、少なくともそのうちの１層が、導電性の液晶性化合物からなる有機エレクトロルミネッセンス素子であって、該有機エレクトロルミネッセンス素子が画素駆動用のスイッチング素子を備え、該スイッチング素子が本発明の上記いずれかの薄膜トランジスタからな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である。
【００１９】
この素子においては、前記チャネル部の液晶性化合物の層が、有機エレクトロルミネッセンス素子本体の液晶性化合物の層と一体に形成されていることが好ましい。これにより、上記チャネル部にＳｉを用いる場合よりも、製造工程の簡略化や素子のコンパクト化を図ることができる。
【００２０】
また、本発明は、上記のいずれかの有機エレクトロルミネッセンス素子又は薄膜トランジスタの製造方法であって、前記液晶性化合物の層を、スピンコート法、
ディップコート法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法等の湿式法により形成す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を含む。
【００２１】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第一の実施形態である有機ＥＬ素子の断面構造を示す模式図である。この素子は、透明な基板１上に陽極２、バッファ層３、液晶性化合物層４及び陰極５が順次積層されてなるものである。陽極２には、光を取り出すため透明な材料で、仕事関数が大きいものが用いられ、例えばＩＴＯ膜が好適である。
陰極５は、仕事関数の小さい金属例えばＡｌ，Ｃａ，ＦＬｉ（フッ化リチウム），Ｍｇやこれらの合金の薄膜により形成する。
【００２２】
液晶性化合物層４は、発光層でありかつキャリア輸送層の機能を有する。本実施形態では、この液晶性化合物層４には、それ自体発光性を有しかつキャリア輸送能の大な液晶性化合物を用いる。かかる化合物として、▲１▼前述の化合物Ａを単独で用いる、▲２▼化合物Ａ中に一部化合物Ｂを添加する、▲３▼化合物Ａ自体も発光性を有するが、さらに少量の発光材料を添加する等のケ−スを例示することができる。
【００２３】
上記のケ−ス▲１▼及び▲３▼では、液晶性化合物層４は主に正孔輸送層であり、それ自体青色に発光するため発光効率が高い。ケ−ス▲２▼では、液晶性化合物層４は電子輸送性と正孔輸送性を兼ね備え、陽極及び陰極双方から注入されたキャリアの層４内での発光再結合確率を高めることができる。また、ケ−ス▲１▼〜▲３▼のいずれの場合も、これらの化合物に電子受容性物質又は電子供与性物質をドープすることにより、正孔又は電子の移動度をより高めることができる。
【００２４】
バッファ層３は、陽極２からの正孔注入のエネルギー障壁を低下させることを目的とし、例えば銅フタロシアニン、ＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ（ｐｏｌｙ（ｅｔｈｙｌｅｎｅｄｉｏｘｙｔｈｉｐｈｅｎｅ）−ｐｏｌｙｓｔｙｌｅｎｅｓｕｌｐｈｏｎｉｃａｃｉｄ）等を用いる。なお、前述のケ−ス▲２▼や▲３▼では、バッファ層３を必要としない場合もあり、陰極５側に電子注入を目的とするバッファ層を設けてもよい。
【００２５】
図２は、本発明の第二の実施形態である有機ＥＬ素子の断面構造を示す模式図である。この素子の構造も図１の素子と同様であるが、液晶性化合物層４が２層に分かれ、陽極側の正孔輸送層４ａと陰極側の電子輸送層４ｂとから構成されていることが特徴である。正孔輸送層４ａには、前記の化合物Ａ又はこれに電子受容性物質をドープしたものを、電子輸送層４ｂには化合物Ｂ又はこれに電子供与性物質をドープしたものを好適に用いることができる。この場合は、液晶性化合物層４ａ，４ｂのいずれか一方が発光性を有すればよいが、双方が発光してもよい。このように、液晶性化合物層４を２層構造にすることにより、さらにキャリアの注入を容易にするとともに、発光スペクトルの選択の自由度を高めることができる。
【００２６】
図３は、本発明の第三の実施形態である有機ＥＬ素子の断面構造を示す模式図である。この素子は、透明基板１上に陽極２、バッファ層３、液晶性化合物層４、
有機物発光層６及び陰極５が順次積層されてなるもので、発光層６が液晶性化合物層でない点が、図１及び図２の実施形態と相違する。発光層６には従来の各種の有機発光材料、例えば各種の金属錯体、低分子蛍光色素や高分子蛍光材料を用いることができる。
【００２７】
この場合、液晶性化合物層４は主にキャリア輸送層として機能するが、従来のアモルファス型の有機化合物に比して、キャリア輸送性が高いため層厚を大にし得るとともに、キャリアの注入効率を高めて駆動電圧を低下させるという効果も期待できる。この実施形態においても、前述の化合物Ａ、化合物Ｂやこれらの混合物を好適に用いることができる（なお、化合物Ａや化合物Ｂのグループにおいて、発光性のない成分系を選択することも容易である）。
【００２８】
上記の各実施態様で用いられる液晶性化合物は、キャリアの移動度が１０^−２ｃｍ^２／Ｖ・ｓ以上で（電気伝導度は１０^−７Ｓ／ｃｍ以上で）、従来の有機物のキャリア輸送層に比して４〜６オーダー高い。したがって、キャリア輸送層や発光層の層厚を、従来の有機ＥＬ素子より大幅に大きく（例えば１０〜１００倍以上に）し得ることが特徴である。
【００２９】
この液晶性化合物は、所定の温度域でスメクチック相の液晶状態を呈する。またこの化合物は、長い直線的共役系構造部分を持つ高分子からなり、π電子共鳴構造面が電極面に平行に配列して、キャリアの移動を容易にするという自己組織性を有する。そのため、固体状態においてもキャリアの移動度は十分大きい。したがって、本発明においては、この化合物をスメクチック相の液晶状態で用いてもよく、これからの相転移で生じた固体状態で用いてもよい。
【００３０】
従来の有機ＥＬ素子では、有機物層の厚みが１００ｎｍのオーダーであり、通常は真空蒸着により成膜されるが、本発明の有機ＥＬ素子では、液晶性化合物層の厚みを数〜数十μｍのオーダーにすることができる。また、液体状態で成膜して、これを固体状態に相転移させても、キャリアの移動度は確保される。
【００３１】
したがって、この液晶性化合物層を、スピンコート法、ディップコート法、スクリーン印刷法、インクジェット印刷法等の湿式法により形成することが可能である。湿式法による成膜は、常圧下で簡易な設備で作業ができ生産性も大なため、
蒸着法に比して成膜コストが大幅に低減される。また、大型基板でも容易に成膜し得るという利点を有している。
【００３２】
図４は、本発明の実施例である薄膜トランジスタの断面模式図である。この薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）は、基板１上に、ゲート７を挟んでソース８及びドレイン９が対向して形成された電界効果型のＴＦＴであり、ゲート７を覆うように絶縁膜１０が形成され、絶縁膜１０の外側にソース８とドレイン９を導通させるチャネル部１１が形成されているが、このチャネル部１１に、前述のＡ化合物及び／又はＢ化合物の高導電性液晶性化合物を用いることが特徴である。
【００３３】
この液晶性化合物は半導体域に近い導電性を有し、かつ正孔輸送性又は電子輸送性のいずれかが高い物質であり、ｐ型又はｎ型の半導体の性質を有する。また、
この化合物に電子受容性物質や電子供与性物質をドープすることにより、ｐ型又はｎ型の性質をより強調することができる。かかる液晶性化合物からなるチャネル部１１にゲート７から電界をかけることにより、その内部の正孔又は電子の量を制御して、スイッチング素子としての機能を付与することができる。
【００３４】
また、絶縁膜１０の材料として、ポリイミドを用い、これにラビング処理を施した後、その外層の液晶性化合物層を形成することにより、この液晶性化合物層の配向性を一層高めることが可能になる。これにより、このＴＦＴの作動電圧の低下や高速作動化を図ることができる。
【００３５】
さらに、このラビング処理のラビングの方向は、ソース８とドレイン９間の電流流路の方向（例えば両者の中心間を結ぶ線の方向）と直角の方向であることが望ましい。これにより、長い直線的共役構造部分を持つ液晶性化合物の鎖状部分がソースとドレイン間の電流流路と直角に配列し、共役コア部分が近接して配向されるため、キャリアの輸送性が著しく大になり、シリコン等の半導体レベルの導電性を示すことになる。
【００３６】
図５は、本発明の第四の実施形態である有機ＥＬ素子の断面構造を示す模式図である。この素子は、ＥＬ素子本体と同じ基板１上に、スイッチング素子としてのＴＦＴが形成されていることが特徴であり、このＴＦＴに前述の本発明の薄膜トランジスタが用いられている。
【００３７】
すなわち、ＥＬ素子本体に隣接して、基板１上にゲート７を挟んでソース８及びドレイン９が対向して形成されている。ゲート７を覆うように絶縁膜１０が形成され、絶縁膜１０の外側にソース８とドレイン９を導通させるチャネル部１１が形成されているが、このチャネル部１１に、前述のような導電性の高い液晶性化合物を用いられている。マトリックス方式の画素駆動であるから、ゲート７およびソース８は、それぞれｘ，ｙの信号線に接続され、ドレイン９はＥＬ素子の一方の極（この例では陽極）に接続されている。
【００３８】
このチャネル部１１の液晶性化合物には、ＥＬ素子本体の液晶性化合物層４と同一の化合物を用いることができ、これと一体に形成することができる。これにより、アクティブマットリックス方式の有機ＥＬ素子において、素子本体とＴＦＴを同時に形成することができ、その製造コストの一層の低減を図ることができる。
【００３９】
【実施例】
図２に示すような構造のＥＬ素子を試作して、電圧−電流特性、発光スペクトル等を調査した。寸法２×２ｍｍ、厚さ約０．７ｍｍのガラス基板上に、スパッタリング法により厚さ約１６０ｎｍのＩＴＯ膜を形成した。その上の形成するバッファ層にはＰＥＤＯＴ−ＰＳＳ、正孔輸送層には前記の化合物Ａを、発光層には化合物Ａ又は化合物Ａに化合物Ｂを混ぜたものを用いた。
【００４０】
これらの化合物をそれぞれ溶媒に希釈し、スピンコート法により、バッファ層、
正孔輸送層、発光層の順に成膜した。各層の厚みはいずれもおおよそ０．１μｍであった。さらにその上にＡｌＬｉ合金の陰極を、真空蒸着法により形成した。陰極の厚さは約１００ｎｍであった。
【００４１】
上述のようにして作成したＥＬ素子を，２４℃でＶＩ特性を測定した結果、約５Ｖ以上で電流値が急増し、最大１０ｍＡ／ｃｍ^２以上の電流値が観測された。また、この素子の蛍光スペクトルを測定した結果、波長４３０〜４５０ｎｍの青色の発光が観察された。以上の結果から、本発明の有機ＥＬ素子は、層厚を大にしても十分な電流密度が得られ、スピンコート法のような湿式法で成膜できることが確かめられた。
【００４２】
【発明の効果】
本発明は、有機ＥＬ素子の有機物層に、導電性が高くそれ自体発光性を有する液晶性化合物を用いることにより、有機物層層厚の大幅な増大と層構造の簡略化を可能にし、かつこの有機物層を常圧下で液体状態でも成膜することを可能にしたものである。これにより、成膜コストの大幅な低減と素子の耐用性向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施形態である有機ＥＬ素子の断面構造を示す模式図である。
【図２】本発明の第二の実施形態である有機ＥＬ素子の断面構造を示す模式図である。
【図３】本発明の第三の実施形態である有機ＥＬ素子の断面構造を示す模式図である。
【図４】本発明の薄膜トランジスタの断面構造を示す模式図である。
【図５】本発明の第四の実施形態である有機ＥＬ素子の断面構造を示す模式図である。
【符号の説明】
１基板
２陽極
３バッファ層
４，４ａ，４ｂ液晶性化合物層
５陰極
６発光層
７ゲート
８ソース
９ドレイン
１０絶縁膜
１１チャネル部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an organic electroluminescence device used for a display or the like, and more particularly to an organic electroluminescence device using a liquid crystal compound having conductivity and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art In recent years, flat panel displays have been rapidly developed, and a liquid crystal display is currently most widely used as a flat display.
However, the liquid crystal display has essential problems such as insufficient brightness due to non-self-luminance, dependence on viewing angle, and unsuitability for high-speed response.
[0003]
For this reason, various self-luminous flat displays have been studied. Among them, active efforts have been made toward the practical use of electroluminescent displays, and organic electroluminescent devices (hereinafter referred to as “organic EL devices”). Has been proposed.
[0004]
This organic EL element has a structure in which an organic light emitting layer is sandwiched between a pair of electrodes, and holes injected from an anode and electrons injected from a cathode are recombined in the light emitting layer to emit light. . Although the early organic EL devices had a single-layer structure, Tang et al. Proposed a stacked organic EL device in which an electron injection electrode, a light emitting layer, a hole transport layer, and a hole injection electrode were stacked in this order, and reduced the driving voltage. And a dramatic improvement in luminous efficiency became possible.
[0005]
A typical organic EL element at present is the above-described stacked type, in which an ITO (Indium Tin Oxide) film is formed on a transparent substrate as an anode for injecting holes, and a material for a hole transport layer is formed. In many cases, a metal having a small work function is used as a material for a cathode, such as a triphenyldiamine derivative (for example, TPD), an aluminum quinolinol complex derivative (for example, Alq3) as a material for a light emitting layer, and a material between an anode and a hole transport layer It is also common practice to provide a buffer layer between the cathode and the light emitting layer to make carrier movement easier.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Since the mobility of carriers in the organic compound layer is low in the conventional organic EL device, the film thickness needs to be extremely thin, about 100 nm or less. Since such a thin film needs to be formed by a vapor deposition method under a high vacuum, the film forming apparatus is expensive and the productivity is low.
The problem is that the manufacturing cost increases.
[0007]
In addition, the carrier injection efficiency from the electrode is insufficient, and a multilayer structure is often used to improve the efficiency. However, this is a factor that further increases the manufacturing cost. Further, in the conventional organic EL element, a voltage of about 10 V is applied to the above-described thin film, and therefore, the potential gradient is as large as about 10 ⁶ V / cm. Therefore, there is still a problem in durability, such as short-circuiting between the electrodes is likely to occur, and the performance tends to deteriorate due to moisture absorption.
[0008]
Therefore, the present invention uses a highly conductive liquid crystal compound for the organic compound layer, and the conductivity is high, so that the layer thickness can be significantly increased, and the carrier injection efficiency is high, thereby simplifying the layer structure. It is an object of the present invention to provide an organic EL device capable of forming an organic layer in a liquid state under normal pressure even in a liquid state. Accordingly, it is an object of the present invention to provide means capable of significantly reducing the film formation cost and improving the durability of the device.
[0009]
Another object of the present invention is a field-effect thin film transistor, in which a highly conductive liquid crystal compound is used in a channel portion thereof, and the layer thickness can be significantly increased because of its high conductivity. It is another object of the present invention to provide a thin film transistor capable of forming the liquid crystal compound layer in a liquid state under normal pressure.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
The first of the organic electroluminescent devices of the present invention is:
A plurality of layers including a light-emitting layer and a charge transport layer are formed between a pair of electrodes, and at least one of the layers is formed of a conductive liquid crystal compound.
[0011]
In this device, it is preferable that the liquid crystal compound itself has a light emitting property. By using a liquid crystalline compound having a light emitting property in itself, the charge transport layer and the light emitting layer can be composed of one layer, which simplifies the structure of the device and reduces its manufacturing cost. can do.
[0012]
Further, the above-mentioned liquid crystalline compound is a group of liquid crystalline compounds having a long linear conjugated structure represented by any of the following formulas (1) to (4), and a long linear conjugated structure derived therefrom. It is preferably at least one selected from the group of liquid crystal compounds having a portion and having excellent hole transporting properties (hereinafter referred to as compound A).
.
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Here, A is any group of benzene, pyridine, pyridazine, pyrimidine or pyrazine, Q is any group of CH = CH, C≡C, N = N, CH = N or N = CN, R ¹ or R ² is an alkyl group, an alkoxyl group or a group represented by the following general formula (5) (wherein R ³ is a hydrogen atom or a methyl group, B is (CH ₂ ) _m , (CH ₂ ) _m —O, CO —O— (CH ₂ ) _m , CO—O— (CH ₂ ) _m —O, or a group represented by C ₆ H ₄ —CH ₂ —O or CO).
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Further, the above-mentioned liquid crystalline compound is a viologen derivative represented by the following general formula (6) or a liquid crystalline compound derived therefrom, and it is also preferable that the compound is excellent in electron transportability (hereinafter, referred to as the following). , Which is referred to as compound B).
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Here, R ³ is a hydrogen atom or a methyl group, R ⁴ is a linear or branched alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, Z is an alkylene group, C ₆ H ₄ —CH ₂ , CO—O— (CH ₂ ) Any of _m or CO, X ¹ and X ² represent a halogen atom.
[0013]
Both the compound A and the compound B emit light themselves. Compound A has an excellent hole transporting property, and compound B has an excellent electron transporting property, and both have a large carrier mobility close to that of a semiconductor. Therefore, the layer thickness of the layer made of the liquid crystal compound can be expanded to a range of 0.05 to 50 μm. Therefore, this liquid crystal compound layer can be formed at low cost by a wet method. Further, since the device operates at a low voltage, the durability of the element can be improved.
[0014]
The thin film transistor of the present invention,
A gate, a source and a drain, and an insulating film formed so as to cover the gate electrode; and a channel formed outside the insulating film to allow conduction between the source and drain electrodes. A thin film transistor comprising a layer of a liquid crystal compound of the above compound A and / or compound B.
[0015]
Also in this thin film transistor, the layer thickness of the layer made of the liquid crystal compound can be expanded to a range of 0.05 to 50 μm. Therefore, this liquid crystal compound layer can be formed at low cost by a wet method.
[0016]
Further, it is preferable that the insulating film is made of polyimide, and the insulating film is subjected to a rubbing treatment so as to enhance the orientation of the liquid crystal compound in the outer layer.
More preferably, the rubbing direction of the rubbing process is substantially perpendicular to the current flow path between the source and the drain.
[0017]
According to the above configuration, the chain portion of the liquid crystalline compound having a long linear conjugate structure is arranged at right angles to the current flow path between the source and the drain, and the conjugate core is oriented close to the carrier transport. The conductivity is remarkably large, and shows conductivity at a semiconductor level. For this reason, it has become possible to use as a constituent material of a channel portion of a thin film transistor, which has been difficult with a conventional conductive organic compound.
[0018]
The second of the organic electroluminescent device of the present invention is:
A plurality of layers including a light emitting layer and a charge transport layer are formed between a pair of electrodes, and at least one of the layers is an organic electroluminescence element made of a conductive liquid crystal compound, and the organic electroluminescence element Is an organic electroluminescence element comprising a switching element for driving a pixel, wherein the switching element comprises any one of the above-described thin film transistors of the present invention.
[0019]
In this device, it is preferable that the liquid crystal compound layer of the channel portion is formed integrally with the liquid crystal compound layer of the organic electroluminescence device body. Thereby, the manufacturing process can be simplified and the element can be made more compact than when Si is used for the channel portion.
[0020]
Further, the present invention is the method for producing any one of the above organic electroluminescent elements or thin film transistors, wherein the liquid crystal compound layer is formed by spin coating,
The method includes a method for manufacturing an organic electroluminescent element, which is formed by a wet method such as a dip coating method, a screen printing method, and an ink jet printing method.
[0021]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of an organic EL device according to a first embodiment of the present invention. In this device, an anode 2, a buffer layer 3, a liquid crystal compound layer 4, and a cathode 5 are sequentially laminated on a transparent substrate 1. As the anode 2, a transparent material having a large work function for extracting light is used, and for example, an ITO film is preferable.
The cathode 5 is formed of a metal having a small work function, for example, a thin film of Al, Ca, FLi (lithium fluoride), Mg, or an alloy thereof.
[0022]
The liquid crystal compound layer 4 is a light emitting layer and has a function of a carrier transport layer. In the present embodiment, the liquid crystal compound layer 4 is formed of a liquid crystal compound having a light emitting property and a large carrier transporting property. As such compounds, (1) the above-mentioned compound A is used alone, (2) a part of compound B is added to compound A, and (3) compound A itself has a light emitting property. Cases such as addition can be exemplified.
[0023]
In the above cases (1) and (3), the liquid crystal compound layer 4 is mainly a hole transporting layer, and emits blue light by itself, so that the luminous efficiency is high. In case (2), the liquid crystal compound layer 4 has both electron transporting properties and hole transporting properties, and can increase the probability of radiative recombination in the layer 4 of carriers injected from both the anode and the cathode. In any of the cases (1) to (3), the mobility of holes or electrons can be further increased by doping these compounds with an electron accepting substance or an electron donating substance. .
[0024]
The buffer layer 3 has a purpose of lowering the energy barrier of hole injection from the anode 2 and uses, for example, copper phthalocyanine, PEDOT-PSS (poly (ethylenedioxythiphenyl) -polystyrene sulphonic acid), or the like. In the above cases (2) and (3), the buffer layer 3 may not be necessary, and a buffer layer for electron injection may be provided on the cathode 5 side.
[0025]
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure of an organic EL device according to a second embodiment of the present invention. The structure of this device is the same as that of the device shown in FIG. 1, except that the liquid crystal compound layer 4 is divided into two layers and is composed of a hole transport layer 4a on the anode side and an electron transport layer 4b on the cathode side. It is a feature. It is preferable to use the compound A or a material obtained by doping it with an electron accepting substance for the hole transporting layer 4a, and use the compound B or a material obtained by doping it with an electron donating material for the electron transporting layer 4b. it can. In this case, one of the liquid crystal compound layers 4a and 4b only needs to have a light emitting property, but both may emit light. As described above, by forming the liquid crystal compound layer 4 into a two-layer structure, the injection of carriers can be further facilitated and the degree of freedom in selecting an emission spectrum can be increased.
[0026]
FIG. 3 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of an organic EL device according to a third embodiment of the present invention. This device comprises an anode 2, a buffer layer 3, a liquid crystal compound layer 4 on a transparent substrate 1.
The organic light emitting layer 6 and the cathode 5 are sequentially laminated, and the point that the light emitting layer 6 is not a liquid crystal compound layer is different from the embodiment of FIGS. 1 and 2. For the light-emitting layer 6, various conventional organic light-emitting materials, for example, various metal complexes, low-molecular fluorescent dyes and high-molecular fluorescent materials can be used.
[0027]
In this case, the liquid crystal compound layer 4 mainly functions as a carrier transporting layer. However, the liquid crystal compound layer 4 has a high carrier transporting property as compared with a conventional amorphous type organic compound, so that the layer thickness can be increased and the carrier injection efficiency can be improved. The effect of increasing the driving voltage and lowering the driving voltage can also be expected. Also in this embodiment, the above-mentioned compound A, compound B, and a mixture thereof can be suitably used (in addition, it is easy to select a component system having no light emission in the group of compound A and compound B). ).
[0028]
The liquid crystalline compound used in each of the above embodiments has a carrier mobility of 10 ⁻² cm ² / V · s or more (electric conductivity of 10 ⁻⁷ S / cm or more) and a conventional organic carrier transport. 4-6 orders higher than the layer. Therefore, the feature is that the layer thickness of the carrier transport layer and the light emitting layer can be significantly larger (for example, 10 to 100 times or more) than the conventional organic EL device.
[0029]
This liquid crystalline compound exhibits a smectic phase liquid crystal state in a predetermined temperature range. This compound is composed of a polymer having a long linear conjugated structure, and has a self-organizing property in which the π-electron resonance structure surface is arranged parallel to the electrode surface to facilitate carrier movement. Therefore, the mobility of carriers is sufficiently large even in a solid state. Therefore, in the present invention, this compound may be used in a liquid crystal state of a smectic phase, or may be used in a solid state generated by a subsequent phase transition.
[0030]
In the conventional organic EL device, the thickness of the organic material layer is on the order of 100 nm and is usually formed by vacuum deposition. However, in the organic EL device of the present invention, the thickness of the liquid crystal compound layer is several to several tens μm. Can be ordered. Further, even if a film is formed in a liquid state and the phase is changed to a solid state, the mobility of the carrier is secured.
[0031]
Therefore, the liquid crystal compound layer can be formed by a wet method such as a spin coating method, a dip coating method, a screen printing method, and an ink jet printing method. Film formation by the wet method can be performed with simple equipment under normal pressure and productivity is high.
The film formation cost is greatly reduced as compared with the vapor deposition method. In addition, there is an advantage that a large substrate can be easily formed into a film.
[0032]
FIG. 4 is a schematic sectional view of a thin film transistor according to an embodiment of the present invention. This thin film transistor (hereinafter, referred to as TFT) is a field-effect type TFT in which a source 8 and a drain 9 are formed on a substrate 1 with a gate 7 interposed therebetween, and an insulating film 10 is formed so as to cover the gate 7. A channel portion 11 for conducting the source 8 and the drain 9 is formed outside the insulating film 10. The highly conductive liquid crystal compound of the compound A and / or the compound B is formed in the channel portion 11. The feature is to use.
[0033]
This liquid crystalline compound has a conductivity close to that of a semiconductor region, is a substance having a high hole-transport property or a high electron-transport property, and has a property of a p-type or n-type semiconductor. Also,
By doping this compound with an electron-accepting substance or an electron-donating substance, p-type or n-type properties can be further emphasized. By applying an electric field from the gate 7 to the channel portion 11 made of such a liquid crystalline compound, the amount of holes or electrons inside the channel portion 11 can be controlled to provide a function as a switching element.
[0034]
Further, by using polyimide as a material of the insulating film 10 and subjecting it to rubbing treatment, and then forming an outer liquid crystal compound layer, the orientation of the liquid crystal compound layer can be further enhanced. Become. As a result, it is possible to reduce the operating voltage of the TFT and increase the operation speed.
[0035]
Further, the rubbing direction of the rubbing process is desirably a direction perpendicular to the direction of the current flow path between the source 8 and the drain 9 (for example, the direction of a line connecting the centers of the two). As a result, the chain portion of the liquid crystal compound having a long linear conjugate structure is arranged at right angles to the current flow path between the source and the drain, and the conjugate core portion is oriented close to each other. It becomes remarkably large, and shows conductivity of a semiconductor level such as silicon.
[0036]
FIG. 5 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of an organic EL device according to a fourth embodiment of the present invention. This element is characterized in that a TFT as a switching element is formed on the same substrate 1 as the EL element body, and the thin film transistor of the present invention is used for this TFT.
[0037]
That is, the source 8 and the drain 9 are formed on the substrate 1 so as to face each other with the gate 7 interposed therebetween, adjacent to the EL element body. An insulating film 10 is formed so as to cover the gate 7, and a channel portion 11 for electrically connecting the source 8 and the drain 9 is formed outside the insulating film 10. High liquid crystal compounds are used. Because of the matrix-type pixel drive, the gate 7 and the source 8 are connected to x and y signal lines, respectively, and the drain 9 is connected to one pole (anode in this example) of the EL element.
[0038]
As the liquid crystal compound of the channel portion 11, the same compound as the liquid crystal compound layer 4 of the EL element body can be used, and can be formed integrally therewith. Thereby, in the active matrix type organic EL element, the element body and the TFT can be formed simultaneously, and the manufacturing cost can be further reduced.
[0039]
【Example】
An EL device having a structure as shown in FIG. 2 was prototyped, and its voltage-current characteristics, emission spectrum, and the like were investigated. An ITO film having a thickness of about 160 nm was formed on a glass substrate having a size of 2 × 2 mm and a thickness of about 0.7 mm by a sputtering method. PEDOT-PSS was used for the buffer layer to be formed thereon, the compound A was used for the hole transport layer, and the compound A or a mixture of the compound A and the compound B was used for the light emitting layer.
[0040]
Each of these compounds is diluted in a solvent, and a buffer layer,
A hole transport layer and a light emitting layer were formed in this order. The thickness of each layer was approximately 0.1 μm. Further, an AlLi alloy cathode was formed thereon by a vacuum evaporation method. The thickness of the cathode was about 100 nm.
[0041]
As a result of measuring the VI characteristics of the EL device prepared as described above at 24 ° C., the current value rapidly increased at about 5 V or more, and a current value of 10 mA / cm ² or more was observed at the maximum. As a result of measuring the fluorescence spectrum of this device, blue light emission with a wavelength of 430 to 450 nm was observed. From the above results, it was confirmed that the organic EL element of the present invention could obtain a sufficient current density even when the layer thickness was increased, and could be formed by a wet method such as a spin coating method.
[0042]
【The invention's effect】
The present invention makes it possible to greatly increase the thickness of the organic material layer and simplify the layer structure by using a liquid crystal compound having a high conductivity and a luminous property for the organic material layer of the organic EL element, and This makes it possible to form an organic layer in a liquid state under normal pressure. As a result, the film formation cost can be significantly reduced and the durability of the element can be improved.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of an organic EL device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure of an organic EL device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic diagram illustrating a cross-sectional structure of an organic EL device according to a third embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of a thin film transistor of the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a cross-sectional structure of an organic EL device according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Substrate 2 Anode 3 Buffer layer 4, 4a, 4b Liquid crystalline compound layer 5 Cathode 6 Light emitting layer 7 Gate 8 Source 9 Drain 10 Insulating film 11 Channel part

Claims

An organic electroluminescent device, wherein a plurality of layers including a light emitting layer and a charge transport layer are formed between a pair of electrodes, and at least one of the layers is made of a conductive liquid crystal compound.

2. The organic electroluminescence device according to claim 1, wherein the liquid crystal compound has a light emitting property.

The liquid crystal compound having a long linear conjugated structure represented by any of the following formulas (1) to (4) or a liquid crystal having a long linear conjugated structure derived therefrom 3. The organic electroluminescent device according to claim 2, wherein the organic electroluminescent device is at least one compound selected from compounds and is a liquid crystal compound having excellent hole transport properties.

Here, A is any group of benzene, pyridine, pyridazine, pyrimidine or pyrazine, Q is any group of CH = CH, C≡C, N = N, CH = N or N = CN, R ¹ or R ² is an alkyl group, an alkoxyl group or a group represented by the following general formula (5) (wherein R ³ is a hydrogen atom or a methyl group, B is (CH ₂ ) _m , (CH ₂ ) _m —O, CO —O— (CH ₂ ) _m , CO—O— (CH ₂ ) _m —O, or a group represented by C ₆ H ₄ —CH ₂ —O or CO).

3. The organic electroluminescence according to claim 2, wherein the liquid crystal compound is a viologen derivative represented by the following general formula (6) or a liquid crystal compound derived therefrom, and is a liquid crystal compound excellent in electron transport properties. element.

Here, R ³ is a hydrogen atom or a methyl group, R ⁴ is a linear or branched alkyl group having 1 to 22 carbon atoms, Z is an alkylene group, C ₆ H ₄ —CH ₂ , CO—O— (CH ₂ ) Any of _m or CO, X ¹ and X ² represent a halogen atom.

The organic electroluminescence device according to any one of claims 1 to 4, wherein the layer made of the liquid crystal compound has a thickness of 0.05 to 50 m.

A gate, a source and a drain, and an insulating film formed so as to cover the gate electrode; and a channel formed outside the insulating film to allow conduction between the source and drain electrodes. A thin film transistor comprising a layer of the liquid crystalline compound according to claim 3.

7. The thin film transistor according to claim 6, wherein the layer made of the liquid crystalline compound has a thickness of 0.05 to 50 [mu] m.

8. The thin film transistor according to claim 6, wherein the insulating film is made of polyimide, and the insulating film is subjected to a rubbing treatment so as to enhance the orientation of a liquid crystal compound in an outer layer.

10. The thin film transistor according to claim 9, wherein a rubbing direction of the rubbing process is substantially perpendicular to a current flow path between the source and the drain.

A plurality of layers including a light-emitting layer and a charge transport layer are formed between a pair of electrodes, and at least one of the layers is an organic electroluminescence element made of a conductive liquid crystal compound, and the organic electroluminescence element An organic electroluminescence element comprising a pixel driving switching element, wherein the switching element comprises the thin film transistor according to any one of claims 6 to 9.

The organic electroluminescence device according to claim 10, wherein the liquid crystal compound layer in the channel portion is formed integrally with the liquid crystal compound layer of the organic electroluminescence device body.

When manufacturing the organic electroluminescence device according to any one of claims 1 to 5, the liquid crystal compound layer is formed by a wet method such as a spin coating method, a dip coating method, a screen printing method, and an ink jet printing method. A method for producing an organic electroluminescent device, comprising:

In producing the organic electroluminescence device according to any one of claims 6 to 9, the liquid crystal compound layer is formed by a wet method such as a spin coating method, a dip coating method, a screen printing method, and an inkjet printing method. A method for manufacturing a thin film transistor, comprising:

12. A method for manufacturing an organic electroluminescence device according to claim 11, wherein a liquid crystal compound layer of the device body and a liquid crystal compound layer of a channel portion of the thin film transistor are simultaneously formed when the organic electroluminescence device is manufactured. .