JP2006135146A - Display element and organic material therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、カラーディスプレイなどに用いられる表示素子に好適に用いられる有機材料、およびこれを用いた自発光型の表示素子に関する。 The present invention relates to an organic material suitably used for a display element used in a color display or the like, and a self-luminous display element using the organic material.
近年、マルチメディア指向の商品を初めとし、人間と機械とのインターフェースの重要性が高まってきている。人間がより快適に効率良く機械操作するためには、操作される機械からの情報を誤りなく、簡潔に、そして瞬時に、充分な量を取り出す必要があり、その為にディスプレイを初めとする様々な表示素子について研究が行われている。 In recent years, the importance of human-machine interfaces has been increasing, including multimedia-oriented products. In order for humans to operate the machine more comfortably and efficiently, it is necessary to extract a sufficient amount of information from the machine being operated in a concise and instantaneous manner without any errors. Research has been conducted on such display elements.
また、機械の小型化に伴い、表示素子の小型化、薄型化に対する要求も日々、高まっているのが現状である。例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、ノート型ワードプロセッサなどの、表示素子一体型であるラップトップ型情報処理機器の小型化には目を見張る進歩があり、それに伴い、その表示素子である液晶ディスプレイに関しての技術革新も素晴らしいものがある。液晶ディスプレイは、様々な製品のインターフェースとして用いられており、ラップトップ型情報処理機器はもちろんのこと、小型テレビや時計、電卓を初めとし、我々の日常使用する製品に多く用いられている。 In addition, with the miniaturization of machines, the demand for miniaturization and thinning of display elements is increasing day by day. For example, downsizing of laptop information processing devices that are integrated with display elements, such as notebook personal computers and notebook word processors, has made remarkable progress, and as a result, technologies related to liquid crystal displays that are display elements Innovation is also great. Liquid crystal displays are used as interfaces for various products, and are often used in products we use daily, such as laptop TVs, watches, and calculators, as well as laptop information processing equipment.
ところが、液晶ディスプレイは、自発光性でないためバックライトを必要とし、このバックライト駆動に液晶を駆動するよりも電力を必要する。また、視野角が狭いため、大型ディスプレイ等の大型表示素子には適していない。さらに、液晶分子の配向状態による表示方法なので、視野角の中においても、角度によりコントラストが変化してしまう。しかも、液晶は基底状態における分子のコンフォメーションの変化を利用して表示を行っているので、ダイナミックレンジが広くとれない。これは、液晶ディスプレイが動画表示には向かない理由の一つになっている。 However, since a liquid crystal display is not self-luminous, it requires a backlight, and this backlight drive requires more power than driving a liquid crystal. Further, since the viewing angle is narrow, it is not suitable for a large display element such as a large display. Furthermore, since the display method is based on the alignment state of the liquid crystal molecules, the contrast changes depending on the angle even within the viewing angle. In addition, since the liquid crystal displays using the change in the molecular conformation in the ground state, the dynamic range cannot be widened. This is one of the reasons why the liquid crystal display is not suitable for displaying moving images.
これに対し、自発光性表示素子は、プラズマ表示素子、無機電界発光素子、有機電界発光素子等が研究されている。 On the other hand, plasma display elements, inorganic electroluminescent elements, organic electroluminescent elements and the like have been studied as self-luminous display elements.
また、有機電界発光素子については、有機半導体と組み合わせた研究も精力的に行われており、発明はもちろん、表示素子として当概発明を用いるのであれば、この有機半導体についても特許請求項の範囲に含まれる。 In addition, as for organic electroluminescent elements, research in combination with organic semiconductors has been energetically performed. If the present invention is used as a display element as well as an invention, this organic semiconductor is also covered by the claims. include.
プラズマ表示素子は低圧ガス中でのプラズマ発光を表示に用いたもので、大型化、大容量化に適しているものの、薄型化、コストの面での問題を抱えている。また、駆動に高電圧の交流バイアスを必要とし、携帯用デバイスには適していない。 A plasma display element uses plasma light emission in a low-pressure gas for display and is suitable for an increase in size and capacity, but has problems in terms of thickness reduction and cost. In addition, a high voltage AC bias is required for driving, which is not suitable for portable devices.
無機電界発光素子は、緑色発光ディスプレイ等が商品化されたが、プラズマ表示素子と同様に、交流バイアス駆動であり駆動には数百V必要であり、ユーザーに受け入れられなかった。しかし、技術的な発展により、今日ではカラーディスプレイ表示に必要なRGB三原色の発光には成功しているが、青色発光材料が高輝度、長寿命で発光可能なものが無く、また、無機材料のために、分子設計などによる発光波長等の制御は困難である。 As for the inorganic electroluminescent element, a green light emitting display or the like has been commercialized. However, like the plasma display element, it is an AC bias drive and requires several hundred volts for the drive, and is not accepted by the user. However, due to technological development, the three primary colors of RGB required for color display display have been successfully emitted today, but no blue light-emitting material can emit light with high brightness and long life. Therefore, it is difficult to control the emission wavelength by molecular design.
2000年には、無機電界発光素子を用いたフルカラーディスプレイが発表されたが、色変換方式を用いており、理想的な独立三原色駆動方式でのデバイス化は難しい。 In 2000, a full-color display using inorganic electroluminescent elements was announced, but it uses a color conversion method, and it is difficult to make a device with an ideal independent three-primary-color driving method.
一方、有機化合物による電界発光現象は、1960年代前半にHelfrichらにより強く蛍光を発生するアントラセン単結晶への、キャリア注入による発光現象が発見されて以来、長い期間、研究されてきたが、低輝度、単色で、しかも単結晶であった為、有機材料へのキャリア注入という基礎的研究として行われていた。 On the other hand, electroluminescence due to organic compounds has been studied for a long time since the discovery of light emission due to carrier injection into anthracene single crystals that generate strong fluorescence by Helfrich et al. In the early 1960s. Since it was monochromatic and single crystal, it was conducted as a basic study of carrier injection into organic materials.
しかし、1978年にEastman Kodak社のTangらが低電圧駆動、高輝度発光が可能なアモルファス発光層を有する積層構造の有機電界発光素子を発表して以来、各方面でRGB三原色の発光、安定性、輝度上昇、積層構造、作製法等の研究開発が盛んに行なわれている。C. Adachi 、S. Tokito 、T. Tsutsui、S. Saito等の Japanese Journal of Applied Physics第27巻2号L269〜L271頁(1988年)掲載の研究報告に記載されているように、正孔輸送材料、発光材料、電子輸送材料の3層構造(ダブルヘテロ構造の有機EL素子)が開発され、更に、C. W. Tang、S. A. VanSlyke、C. H. Chen等の Journal of Applied Physics 第65巻9号3610〜3616頁(1989年)掲載の研究報告に記載されているように、電子輸送材料中に発光材料を含ませた素子構造などが開発されてきた。 However, since Tang et al. Of Eastman Kodak in 1978 announced an organic electroluminescent device with a laminated structure having an amorphous light emitting layer that can drive at low voltage and emit high brightness, light emission and stability of RGB primary colors in various directions Research and development on brightness increase, laminated structure, manufacturing method, etc. are actively conducted. Hole transport as described in a research report published in Japanese Journal of Applied Physics Vol. 27, No. 2, pages L269-L271 (1988) by C. Adachi, S. Tokito, T. Tsutsui, S. Saito, etc. A three-layer structure (double heterostructure organic EL device) of materials, light-emitting materials, and electron transport materials has been developed. Furthermore, Journal of Applied Physics Vol. 65, No. 9, pages 3610-3616, such as CW Tang, SA Van Slyke, and CH Chen. As described in a research report published in (1989), an element structure in which a light emitting material is included in an electron transport material has been developed.
また、有機材料の特徴である分子設計等により様々な新規材料が発明され、直流低電圧駆動、薄型、自発光性等の優れた特徴を有する有機電界発光素子のカラーディスプレイへの応用研究も盛んに行われ始めている。 In addition, various new materials have been invented by molecular design, which is a characteristic of organic materials, and application research for color displays of organic electroluminescent elements having excellent characteristics such as direct current low voltage driving, thinness, and self-luminous properties has also been actively conducted. Has begun to be done.
図4には、このような表示素子(有機電界発光素子)の一構成例を示す。この図に示す表示素子1は、例えばガラス等からなる透明な基板2上に設けられている。この表示素子1は、基板2上に設けられたITO(Indium Tin Oxide:透明電極)からなる陽極3、この陽極3上に設けられた有機層4、さらにこの上部に設けられた陰極5とで構成されている。有機層4は、陽極側から、例えば正孔注入層4a、正孔輸送層4bおよび電子輸送性の発光層4cを順次積層させた構成となっている。このように構成された表示素子1では、陰極から注入された電子と陽極から注入された正孔とが発光層4cにて再結合する際に生じる光が基板2側から取り出される。
FIG. 4 shows a configuration example of such a display element (organic electroluminescent element). The display element 1 shown in this figure is provided on a
またこのような構成の他にも、基板2側から順に、陰極5、有機層4、陽極3を順次積層した構成や、さらには上方に位置する電極(上部電極)を透明材料で構成することで、基板2と反対側から光を取り出すようにした、いわゆる上面発光型の表示素子もある。そして特に、基板上に薄膜トランジスタ(thin film transistor:以下TFTと記す)を設けて成るアクティブマトリックス型の表示装置においては、TFTが形成された基板上に上面発光型の表示素子を設けた、いわゆる上面発光素子構造とすることが、発光部の開口率を向上させる上で有利になる。
In addition to such a configuration, the cathode 5, the organic layer 4, and the
このような上面発光素子構造の表示装置において、上部電極が陰極である場合、この上部電極は、例えばLiF、Li2Oや、CsO等の金属フッ化物或いは酸化物層を用いて注入電極が構成される。また、これらの注入電極上にMgAg層を積層させる場合もある。 In the display device having such a top light emitting element structure, when the upper electrode is a cathode, the upper electrode is constituted by an injection electrode using a metal fluoride or oxide layer such as LiF, Li 2 O, or CsO. Is done. In some cases, an MgAg layer is laminated on these injection electrodes.
また、上面発光素子構造では、陽極としてITO等の透明電極を用いることで両サイドからの光の取り出しも可能であるが、一般的には不透明電極が用いられ、キャビティ構造を形成する。キャビティ構造の有機層膜厚は、発光波長によって規定され、多重干渉の計算から導くことが可能である。上面発光素子構造では、このキャビティ構造を積極的に用いることにより、外部への光取り出し効率の改善や発光スペクトルの制御を行うことが可能である。 In addition, in the top light emitting element structure, light can be extracted from both sides by using a transparent electrode such as ITO as an anode, but generally an opaque electrode is used to form a cavity structure. The organic layer thickness of the cavity structure is defined by the emission wavelength and can be derived from multiple interference calculations. In the top surface light emitting element structure, it is possible to improve the light extraction efficiency to the outside and control the emission spectrum by actively using the cavity structure.
ところで、有機電界発光素子の実用化については、主にカーオーディオ、携帯電話、デジタルカメラを中心に年々、参入メーカーが増えてきているのが実状である。 By the way, with regard to the practical application of organic electroluminescent elements, the actual number of manufacturers entering the market is increasing year by year, mainly in car audio, mobile phones, and digital cameras.
用いている有機材料も、年々改良が加えられ、蛍光発光材料でも外部量子効率が5%を超えるものも報告され、りん光材料に至っては20%近い値も報告されている。一般的に内部量子効率は外部量子効率の約5倍近いと見積もることが出来、りん光材料に至っては限界に近い値になってきている。 The organic materials used have been improved year by year, and some fluorescent materials with external quantum efficiencies exceeding 5% have been reported, and values close to 20% for phosphorescent materials have also been reported. In general, the internal quantum efficiency can be estimated to be about 5 times that of the external quantum efficiency, and the phosphorescent material has reached a value close to the limit.
しかしながら、効率が改善されているのに比べ、信頼性の一つの指針である連続駆動寿命に至っては、発光色にもよるが、初期輝度が数百〜数千cd/m2からの半減寿命が1〜4万時間程度と開きが大きく、思ったほど延びていないのが実状である。 However, compared to the improved efficiency, the half life from the initial luminance of several hundred to several thousand cd / m 2 is reached, depending on the emission color, until the continuous driving life is one of the guidelines for reliability. Is 1 to 40,000 hours, and the actual situation is that it does not extend as expected.
この事が、有機電界発光素子が次世代テレビの有力候補と言われながら、なかなか大型化ができず、また寿命が厳しく要求される製品として実用化に至っていない要因の一つに挙げられる。 This is one of the reasons why organic electroluminescent devices are said to be promising candidates for next-generation televisions, but cannot be increased in size and have not yet been put into practical use as products that require strict lifetimes.
有機電界発光素子の寿命は、一般的には注入された電荷によって決まっており、この事は駆動における初期輝度を落すことで解決することはできる。しかしながら、初期輝度を落すことは、実用化におけるアプリケーションが制限され、有機電界発光素子の潜在的な可能性を自ら否定することになり、次世代テレビの実現は不可能になる。 The lifetime of the organic electroluminescent device is generally determined by the injected electric charge, and this can be solved by reducing the initial luminance in driving. However, lowering the initial luminance limits applications in practical use and denies the potential of organic electroluminescence devices, making it impossible to realize next-generation television.
この問題を解決するためには、用いる有機材料をより耐久性があり、電荷を効率良く輸送する発光材料または周辺材料を用いることが手段の一つとして挙げられる。 In order to solve this problem, one of the means is to use a light emitting material or a peripheral material that has a more durable organic material and efficiently transports charges.
ここで重要なことは、これらの有機電界発光素子に用いられているOPC(Organic PhotoConductor=有機光伝導体)材料や有機半導体材料に用いられている有機導電性材料の正孔ドリフト移動度はせいぜい10-6〜10-3cm2V-1s-1程度であり、導電体というよりはむしろ絶縁体に近いことである。 What is important here is that the hole drift mobility of OPC (Organic PhotoConductor = organic photoconductor) materials used in these organic electroluminescent devices and organic conductive materials used in organic semiconductor materials is at most. It is about 10 −6 to 10 −3 cm 2 V −1 s −1 , which is closer to an insulator than a conductor.
この様な絶縁体に近い有機材料を用い、有機電界発光素子が、大量の電流を流すことが可能である理由は、伝導電流が空間電荷制限電流(SCLC)機構によって説明できることによる。 The reason why the organic electroluminescent device can use a large amount of current using such an organic material close to an insulator is that the conduction current can be explained by a space charge limited current (SCLC) mechanism.
有機薄膜中を流れる電流の大きさを決める主要因子は、薄膜中の平衡キャリア密度ではなく、キャリア移動度である。SCLCはチャイルド則に従い、J=9/8・(εε0・μV2)/L3で記述される。チャイルド則ではキャリア移動度μのみが関与し、従って、μが大きくなれば、Jを大きくすることができる。Jが大きくなるということは、駆動電圧を下げることができ、高効率の素子を得ることができる。 The main factor that determines the magnitude of the current flowing in the organic thin film is not the equilibrium carrier density in the thin film but the carrier mobility. SCLC is described by J = 9/8 · (εε 0 · μV 2 ) / L 3 according to the child rule. In the child rule, only the carrier mobility μ is involved. Therefore, if μ increases, J can be increased. When J becomes large, the driving voltage can be lowered and a highly efficient element can be obtained.
キャリア移動度μとしてアモルファス有機色素薄膜の典型値であるμ=10-3を用いると厚さL=100nmの薄膜に1.0Vの電圧を印可した場合、約300mAcm-2もの大きな電流が流れることになる。実際の有機電界発光素子は、有機層の膜厚を合計数十nm程度にすることで電荷の注入効率を上げ、実用に耐えるデバイスを作製している。 When μ = 10 −3 , which is a typical value of amorphous organic dye thin film, is used as carrier mobility μ, a large current of about 300 mAcm −2 flows when a voltage of 1.0 V is applied to a thin film with a thickness L = 100 nm. Become. In an actual organic electroluminescence device, the total thickness of the organic layer is set to about several tens of nanometers to increase the charge injection efficiency and to produce a device that can withstand practical use.
従って、キャリア(電荷)を効率良く輸送することのできる材料を用いることは、有機電界発光素子の特性を改善し、長寿命化を達成するには極めて重要なことである。 Therefore, it is extremely important to use a material that can efficiently transport carriers (charges) in order to improve the characteristics of the organic electroluminescence device and achieve a long life.
材料そのもののキャリア移動度を改善することも手段の一つであるが、キャリアのホッピングサイトを別途ドーピング等の手法を用いて形成することでも改善することは可能である。 Although improving the carrier mobility of the material itself is one of the means, it can also be improved by separately forming a carrier hopping site using a technique such as doping.
また、一方の手段としては、素子に対しての負荷を減らすことにより、長寿命化を達成することも可能である。その為には、駆動電流を変えずに輝度を上げる、即ち効率を改善するか、或いは駆動電流を下げても同様の輝度を得ることができる素子構成を実現する必要がある。 Further, as one means, it is possible to achieve a long life by reducing the load on the element. For this purpose, it is necessary to increase the luminance without changing the driving current, that is, to improve the efficiency, or to realize an element configuration that can obtain the same luminance even if the driving current is decreased.
駆動電流を変えずに輝度を上げる、即ち効率を改善する手法には、発光材料にりん光発光材料を用いることが精力的に研究開発されているが、原理的に青色の色度の良いりん光発光材料を開発することは極めて困難であり、現実的ではない。 In order to increase the luminance without changing the drive current, that is, to improve the efficiency, the use of phosphorescent materials as the light emitting materials has been intensively researched and developed. Developing a light-emitting material is extremely difficult and impractical.
駆動電流を下げても同様の輝度が得られる手法としては、複数の有機発光素子を重ねて配置したスタック型のマルチフォトンエミッション素子(MPE素子)が提案されている。この場合、例えば、複数の有機発光素子のユニットが中間導電層を介して電気的に直列に接合されている素子が提案されている(下記特許文献1参照)。公報では、複数の有機発光素子が中間導電層を介して電気的に直列に接合されていることを特徴とする素子について述べられている。 As a technique for obtaining the same luminance even when the drive current is lowered, a stack type multi-photon emission element (MPE element) in which a plurality of organic light emitting elements are arranged in an overlapping manner has been proposed. In this case, for example, an element in which units of a plurality of organic light emitting elements are electrically connected in series via an intermediate conductive layer has been proposed (see Patent Document 1 below). The publication describes an element characterized in that a plurality of organic light emitting elements are electrically connected in series via an intermediate conductive layer.
しかしながら、中間導電層を介して有機発光素子を重ねた素子構成では、複数の素子を平面的に配列して表示装置を構成する場合の中間導電層からの漏れ電流が懸念され、特にパッシブマトリックスにとっては、画像表示を行う上では致命的な欠陥となりかねない。そこで、図5に示すように、陽極3と陰極5との間に、少なくとも発光層4cを有する有機層からなる複数の発光ユニット4-1,4-2,…を、絶縁性の電荷発生層6を介して重ねて配置したMPE素子(表示素子1’)の構成が提案されている。
However, in an element configuration in which organic light emitting elements are stacked via an intermediate conductive layer, there is a concern about leakage current from the intermediate conductive layer when a display device is configured by arranging a plurality of elements in a plane, particularly for a passive matrix. May be a fatal defect in displaying images. Therefore, as shown in FIG. 5, a plurality of light emitting units 4-1, 4-2,... Made of an organic layer having at least a
ここで、電荷発生層6とは、電圧印加時において、電荷発生層6の陰極5側に配置された発光ユニット4-2に対して正孔を注入する一方、電荷発生層6の陽極3側に配置された発光ユニット4-1に対して電子を注入する役割を果たす層であり、酸化バナジウム(V2O5)や7酸化レニウム(Re2O7)のような金属酸化物を用いて構成されている。
Here, the charge generation layer 6 injects holes into the light emitting unit 4-2 disposed on the cathode 5 side of the charge generation layer 6 when a voltage is applied, while the
また、このような電荷発生層6から陽極3側の発光ユニット4への電子注入効率を上げるために、「その場反応生成層」となる電子注入層7を電荷発光層6の陽極3側に設けることが好ましい。このような「その場反応生成層」となる電子注入層7としては、例えばバソクプロイン(BCP)と金属セシウム(Cs)との混合層や、(8−キノリノラト)リチウム錯体とアルミニウムとの積層膜が用いられる。
Further, in order to increase the electron injection efficiency from the charge generation layer 6 to the light emitting unit 4 on the
以上のような電荷発生層6を介して発光ユニット4-1,4-2,…を積層させたスタック型の有機電界発光素子では、2つの発光ユニットを積層した場合には、理想的には発光効率[lm/W]は変ること無しに輝度[cd/A]を2倍に、3つの発光ユニットを積層した場合には、理想的には[lm/W]は変ること無しに[cd/A]を3倍にすることが可能であるとされている(以上、下記特許文献2,3参照)。
In the stack type organic electroluminescence device in which the light emitting units 4-1, 4-2,... Are stacked through the charge generation layer 6 as described above, when two light emitting units are stacked, ideally, When the luminous efficiency [lm / W] does not change and the luminance [cd / A] is doubled and three light emitting units are stacked, ideally [lm / W] does not change [cd] / A] can be tripled (see the following
そして、このようなスタック型の有機電界発光素子においては、キャリア移動度の高い有機材料と共に、電荷発生層を構成する材料においての電荷注入効率の向上が図られる有機材料が求められている。 In such a stack type organic electroluminescence device, there is a demand for an organic material capable of improving the charge injection efficiency in the material constituting the charge generation layer, in addition to the organic material having a high carrier mobility.
このような中1994年には、Haarerらによって、トリフェニレン誘導体に置換基としてヘキシルチオ基を導入することによって、10−1cm2/Vsという高い正孔移動度を発現することが報告された(非特許文献1参照)。このトリフェニレン誘導体は、アザトリフェニレン誘導体と共に、その分子構造対称性から主にディスコティック液晶材料として検討されてきた。それ以来、ディスコティック液晶材料に対して高い電荷移動性を持たせる研究が展開されている(非特許文献2参照)。そして近年では,ディスコティック液晶のメスゲンとなるトルクセン(truxene)類化合物の光学的な機能材料への応用が展開されつつある(非特許文献3)。発明報告書の非特許文献1を削除し、非特許文献の番号をずらしました。文献名と文献内容の対応確認をお願いします。
In such a situation, in 1994, Haarer et al. Reported that by introducing a hexylthio group as a substituent into a triphenylene derivative, high hole mobility of 10-1
ところで、有機電界発光素子や有機半導体に用いられている電荷輸送層には、正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層等が挙げられる。一般的に、有機電界発光素子にいては、これらの電荷輸送層におけるキャリア移動度を上げることで発光効率が改善されて低電圧駆動が可能になる。一方、発光層については、ホスト材料とゲスト材料との組み合わせが重要であり、発光に関わる生成した励起子を閉じ込めるためには、必ずしも電荷輸送性のみに着目して移動度を上げれば発光効率が改善されるというものではなく、正孔と電子とのバランスが重要である。 By the way, examples of the charge transport layer used in the organic electroluminescence device and the organic semiconductor include a hole injection layer, a hole transport layer, an electron transport layer, and an electron injection layer. In general, in an organic electroluminescent device, by increasing the carrier mobility in these charge transport layers, the light emission efficiency is improved and low voltage driving becomes possible. On the other hand, for the light emitting layer, the combination of the host material and the guest material is important. In order to confine the generated excitons related to light emission, it is not always necessary to increase the mobility by focusing only on the charge transport property. It is not an improvement, but the balance between holes and electrons is important.
有機電界発光素子の開発経緯が、OPC材料を用いることから始まっているように、正孔注入材料、正孔輸送材料に関しては、様々なバリエーションや特徴を持った材料が多くあるのに対し電子輸送材料、電子注入材料の種類は少なく、開発が遅れているのが現状である。しかしながら、正孔注入材料、正孔輸送材料の移動度を高くすることは、有機電界発光素子の低電圧駆動に繋がる重要な改善項目である。本発明の一部は、この様な問題を考えて成されたものである。 As the development of organic electroluminescent devices began with the use of OPC materials, there are many materials with various variations and characteristics regarding hole injection materials and hole transport materials, whereas electron transport There are few types of materials and electron injection materials, and the current situation is that development is delayed. However, increasing the mobility of the hole injection material and the hole transport material is an important improvement item that leads to low voltage driving of the organic electroluminescent device. Part of the present invention has been made in view of such problems.
また、上記特許文献2,3に開示されているスタック型の有機電界発光素子では、図5に示した電荷発生層6から発光ユニット4-1への電子注入効率を上げるために、例えばバソクプロイン(BCP)と金属セシウム(Cs)との混合層や、(8−キノリノラト)リチウム錯体とアルミニウムとの積層膜からなる「その場反応生成層(電子注入層7)」を電荷発光層6の陽極3側に設ける構成が開示されている。しかしながら、これらの材料によって構成される電子注入層7は、層を構成するそれぞれの材料の化学量論比が重要であり、このバランスが崩れると層として不安定になると考えられる。
Further, in the stack type organic electroluminescent device disclosed in
例えば、BCPは錯形成能に富み、フリーな成分が合った場合には、周辺材料と錯体を形成する可能性が大きく、素子の安定性といった点を考慮すれば用いるのには困難である。加えて、BCPを用いた素子では、耐環境性に対して信頼性が乏しい事も問題点として考えられる。 For example, BCP is rich in complex-forming ability, and when free components are matched, there is a high possibility of forming a complex with a peripheral material, and it is difficult to use it in consideration of the stability of the element. In addition, it is considered that the element using the BCP has poor reliability with respect to environmental resistance.
そして、このようなスタック型の有機電界発光素子においては、上記特許文献2,3に開示されているように、V2O5やRe2O7のような金属酸化物を用いて電荷発生層6を構成した場合、一般的なAlq3の様な電子輸送層を直接、電荷発生層6にコンタクトすることにより注入される電子の効率は極めて低い。そして、スタック型の有機電界発光素子においては、電荷発生層6から発光ユニット4-1への電子の注入、および発光ユニット4-2への正孔の注入が効率良く行われることが、長寿命化において極めて重要なポイントとなる。
In such a stack type organic electroluminescent element, as disclosed in
そこで本発明の目的は、長寿命化に効果があり、効率も向上することができる素子構成に必要な、キャリア移動度の高い有機材料を提供することであり、また繰り返し型(スタック型)素子を構成する上で極めて重要な、電荷発生層を構成することができる性質を持つ材料を提供すること、さらにはこの材料を用いることで長時間の安定した発光を与えることが可能な表示素子を提供することを目的としている。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an organic material having a high carrier mobility, which is necessary for an element structure that is effective in extending the life and can improve efficiency, and is a repetitive (stacked) element. A display element capable of forming a charge generation layer, which is extremely important in constructing a display device, and capable of providing stable light emission for a long time by using this material is provided. It is intended to provide.
以上のような目的を達成するための本発明の表示素子用有機材料は、下記一般式(1)で示される。
ただし、一般式(1)中において、R1〜R6それぞれ独立に、水素、ハロゲン化合物基、ヒドロキシル基、アミノ基、アリールアミノ基、炭素数20以下の置換あるいは無置換のカルボニル基、炭素数20以下の置換あるいは無置換のカルボニルエステル基、炭素数20以下の置換あるいは無置換のアルキル基、炭素数20以下の置換あるいは無置換のアルケニル基、炭素数20以下の置換あるいは無置換のアルコキシル基、炭素数30以下の置換あるいは無置換のアリール基、炭素数30以下の置換あるいは無置換の複素環基、シアノ基、ニトロ基、またはシリル基から選ばれる置換基である。また、隣接するRm(m=1〜6)は環状構造を通じて互いに結合しても良い。そして、X1〜X6はそれぞれ独立に炭素もしくは窒素原子である。Y1〜Y3の結合部位はそれぞれ独立に下記一般式(2)〜(5)の何れかである。 However, in General Formula (1), R 1 to R 6 are each independently hydrogen, halogen compound group, hydroxyl group, amino group, arylamino group, substituted or unsubstituted carbonyl group having 20 or less carbon atoms, carbon number A substituted or unsubstituted carbonyl ester group having 20 or less carbon atoms, a substituted or unsubstituted alkyl group having 20 or less carbon atoms, a substituted or unsubstituted alkenyl group having 20 or less carbon atoms, a substituted or unsubstituted alkoxyl group having 20 or less carbon atoms , A substituted or unsubstituted aryl group having 30 or less carbon atoms, a substituted or unsubstituted heterocyclic group having 30 or less carbon atoms, a cyano group, a nitro group, or a silyl group. Further, adjacent R m (m = 1 to 6) may be bonded to each other through a ring structure. X 1 to X 6 are each independently a carbon or nitrogen atom. The binding sites of Y 1 to Y 3 are each independently any of the following general formulas (2) to (5).
そして本発明の第1の表示素子は、陰極と陽極との間に、少なくとも有機発光層を含む発光ユニットを狭持してなり、この発光ユニットが一般式(1)で示される有機材料を含む層を少なくとも一層用いて構成されていることを特徴としている。 In the first display element of the present invention, a light emitting unit including at least an organic light emitting layer is sandwiched between a cathode and an anode, and the light emitting unit includes an organic material represented by the general formula (1). It is characterized by comprising at least one layer.
さらに本発明の第2の表示素子は、陰極と陽極との間に、電荷発生層を介して上記発光ユニットが複数積層されており、特に電荷発生層が一般式(1)で示される有機材料を用いて構成されていることを特徴としている。 Further, in the second display element of the present invention, a plurality of the light emitting units are laminated between the cathode and the anode via the charge generation layer, and in particular, the charge generation layer is an organic material represented by the general formula (1). It is characterized by comprising.
このような一般式(1)に示される構成のトルクセン類骨格を有する化合物は、キャリア移動度が非常に良好である。 The compound having a torquesen skeleton having the structure represented by the general formula (1) has very good carrier mobility.
このため、上記一般式(1)に示される有機材料は、陰極−陽極間に発光ユニットとして有機発光層や電荷輸送層を狭持してなる表示素子において、電荷輸送層として好適に用いられる。また、骨格、特に側鎖の性質により、一般式(1)の有機材料の特性は異なるが、本有機材料の多くは正孔輸送特性に優れ、多くは電荷輸送層のうちの正孔注入層または正孔輸送層として優れた性質を有する。 For this reason, the organic material represented by the general formula (1) is suitably used as a charge transport layer in a display device in which an organic light emitting layer or a charge transport layer is sandwiched as a light emitting unit between a cathode and an anode. Moreover, although the characteristics of the organic material of the general formula (1) vary depending on the nature of the skeleton, particularly the side chain, many of the organic materials have excellent hole transport characteristics, and many of them are hole injection layers in the charge transport layer. Or, it has excellent properties as a hole transport layer.
さらに、一般式(1)の有機材料は、陰極−陽極間に有機材料からなる複数の発光ユニットを電荷発生層を介して積層させたスタック型の表示素子において、非常に安定で電荷の注入効率に優れた電荷発生層を構成できることがわかった。つまり、本発明の有機材料は、トルクセン類骨格を分子内に有するため、分子が三次元状に重なるスタッキング(柱状配列)あるいはネマティック構造(平面方向にランダムにスタッキング)を取り得る。このため、電場印加下では、形成された電荷が容易に分子間で移動でき、これにより有効な電荷発生層として機能すると考えられる。そして、X1〜X6やY1〜Y3に窒素を有するトルクセン類骨格では、その窒素部位が電荷発生を司る部位ともなっているため、分子骨格内において、その数や配置を適宜に調整することによって、素子に応じた所望の電荷発生層を形成させることができる。 Furthermore, the organic material of the general formula (1) is very stable and has a charge injection efficiency in a stack type display element in which a plurality of light emitting units made of an organic material are stacked between a cathode and an anode via a charge generation layer. It was found that an excellent charge generation layer can be formed. In other words, since the organic material of the present invention has a torquesen skeleton in the molecule, it can take a stacking (columnar arrangement) in which the molecules overlap three-dimensionally or a nematic structure (random stacking in the plane direction). For this reason, it is considered that the formed charge can easily move between molecules under the application of an electric field, thereby functioning as an effective charge generation layer. In the Torquecene skeleton having nitrogen in X 1 to X 6 or Y 1 to Y 3 , the nitrogen portion is also a portion that controls charge generation. Therefore, the number and arrangement are appropriately adjusted in the molecular skeleton. Thus, a desired charge generation layer corresponding to the element can be formed.
また上述したように、一般式(1)の有機材料の多くは、主に正孔輸送性能を持つ。そして、その骨格によっては、分子内キャリアは正孔のみである場合も測定されている。このため、この有機材料を用いて構成された電荷発生層を狭持する状態で発光ユニットを積層させた場合でも、これらの光ユニット間で発光に寄与しない電荷の漏れや、生成した励起子からのエネルギ拡散を生じさせることが無い。したがって、重ね合わせた光ユニットを、効率的にかつ効果的に独立して機能させてそれぞれを発光させることができる。これにより、スタック型の表示素子における低電圧駆動が可能になる。 As described above, many of the organic materials of the general formula (1) mainly have hole transport performance. Depending on the skeleton, it is also measured when the intramolecular carrier is only holes. For this reason, even when the light emitting units are stacked in a state where the charge generation layer composed of this organic material is sandwiched, the leakage of charges that do not contribute to light emission between these optical units and the generated excitons Energy diffusion is not caused. Therefore, the superposed optical units can function efficiently and effectively independently to emit light. Thereby, low voltage driving in the stack type display element becomes possible.
以上説明したように本発明の一般式(1)に示す有機材料は、キャリア移動度(特に正孔輸送性)に優れていることから、このような有機材料を用いた発光ユニットを陰極−陽極間に狭持させた表示素子を構成することにより、以降に表示素子の実施例でも示すように、発光効率が改善されて低電圧駆動が可能になる。具体的には、従来と遜色の無い有機電界発光素子を作製することができ、駆動電圧は一般的な正孔注入材料を用いた時と比較して、実用領域で1V以上の低電圧化が可能になり、表示素子としての消費電力の低減も行うことが出来た。また低電圧駆動が可能となったことにより、このような有機材料を用いた発光ユニットを陰極−陽極間に狭持させた表示素子の長寿命化を図ることが可能になる。 As described above, the organic material represented by the general formula (1) of the present invention is excellent in carrier mobility (particularly, hole transportability). Therefore, a light-emitting unit using such an organic material is used as a cathode-anode. By constructing the display element sandwiched between them, the light emission efficiency is improved and low-voltage driving is possible, as will be described later in the examples of the display element. Specifically, an organic electroluminescence device comparable to the conventional one can be produced, and the driving voltage is reduced to 1 V or more in a practical region as compared with the case of using a general hole injection material. As a result, power consumption as a display element can be reduced. In addition, since low voltage driving is possible, it is possible to extend the life of a display element in which a light emitting unit using such an organic material is sandwiched between a cathode and an anode.
また、陰極−陽極間に発光ユニットとて有機発光層や電荷輸送層を狭持してなるスタック型の表示素子における電荷輸送層として一般式(1)の有機材料を用いることにより、上述したように、スタック型の表示素子における低電圧駆動が可能になる。 Further, as described above, the organic material of the general formula (1) is used as a charge transport layer in a stack type display element in which an organic light emitting layer or a charge transport layer is sandwiched between a cathode and an anode as a light emitting unit. In addition, the stack type display element can be driven at a low voltage.
以下、本発明の実施の形態を、表示素子用有機材料、合成方法、表示素子の順に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in the order of an organic material for a display element, a synthesis method, and a display element.
<表示素子用有機材料>
本発明の表示素子用有機材料(以下、単に有機材料と記す)は、上記一般式(1)に示されるトルクセン類骨格を有する有機化合物である。上述した一般式(1)中におけるR1〜R8は、上述した置換基の中でも、互いに結合する部位を除いた位置が、電子吸引性の置換基であることが好ましい。ここで電子吸引性の置換基とは、アリール核から電子を引き抜く効果を示す置換基であり、一般にハメット則における置換基定数(σ+)が指標となる。
<Organic materials for display elements>
The organic material for display elements of the present invention (hereinafter simply referred to as organic material) is an organic compound having a torquesen skeleton represented by the general formula (1). In the above-described general formula (1), R 1 to R 8 are preferably electron-withdrawing substituents at positions other than the above-described substituents, excluding the sites where they are bonded to each other. Here, the electron-withdrawing substituent is a substituent having an effect of extracting an electron from the aryl nucleus, and the substituent constant (σ + ) in Hammett's rule is generally used as an index.
本化合物では原子Zに対してメタ位の置換基効果,すなわちメタ位の求電子置換基定数σm +が正の値を持つ置換基が配置することが好ましい。なお,代表的なメタ位の求電子置換基定数σm +は,例えば「有機電子論解説(第4版),東京化学同人,1992年,291ページ」にある数値を用いることができる。そのような置換基としては、ハロゲン化合物基、カルボニル基、カルボニルエステル基、シアノ基、ニトロ基、アリール基、もしくはアルコキシ基が挙げられる。 In the present compound, it is preferable that a substituent having a positive value for the substituent effect at the meta position relative to the atom Z, that is, the electrophilic substituent constant σ m + at the meta position is arranged. As the representative electrophilic substituent constant σ m + at the meta position, for example, a numerical value described in “Explanation of Organic Electronics (4th edition), Tokyo Chemical Dojin, 1992, page 291” can be used. Examples of such a substituent include a halogen compound group, a carbonyl group, a carbonyl ester group, a cyano group, a nitro group, an aryl group, or an alkoxy group.
このような電子吸引性の置換基の中でも、シアノ基、フッ素化合物基(ハロゲン化合物基)、メトキシ基(アルコキシ基)が、さらに好ましく用いられる。このうち、フッ素化合物基の具体例としては、フッ素の他に,トリフルオロメチル基、ペンタフルオロエチル基、ペンタフルオロフェニル基などが挙げられる。 Among such electron-withdrawing substituents, a cyano group, a fluorine compound group (halogen compound group), and a methoxy group (alkoxy group) are more preferably used. Among these, specific examples of the fluorine compound group include, in addition to fluorine, a trifluoromethyl group, a pentafluoroethyl group, a pentafluorophenyl group, and the like.
このように一般式(1)における有機材料において、トルクセン類似骨格に上述したような電子吸引性の置換基を導入することによって、柱状配列を制御する分子間相互作用を調整することが可能となる。このため、さらにキャリア移動度を高めることが可能になる。またこの効果は、上記置換基としてシアノ基、フッ素化合物基、メトキシ基を用いることでさらに顕著になる。 As described above, in the organic material in the general formula (1), it is possible to adjust the intermolecular interaction that controls the columnar arrangement by introducing the electron-withdrawing substituent as described above into the Torquesen-like skeleton. . For this reason, carrier mobility can be further increased. Further, this effect becomes more remarkable by using a cyano group, a fluorine compound group, or a methoxy group as the substituent.
次に、上記一般式(1)で表される本発明の有機材料のさらに代表的な例示構造を示すが、本発明の有機材料はこれらの分子骨格に限定されるものではない。 Next, more typical exemplary structures of the organic material of the present invention represented by the general formula (1) will be shown, but the organic material of the present invention is not limited to these molecular skeletons.
A)一般式(1)において、Y1〜Y3の結合部位が一般式(2)である構造として下記一般式(6)が示される。
このうち、下記表1〜表2には、上記一般式(6)のうち、X1〜X6が炭素からなる代表的な構造例を示す。尚、構造式(1)-2に代表して示される置換基は非環状の炭化水素基の分岐構造を示す。
下記表3〜表4には、一般式(6)のうち、X1〜X6の一つが窒素からなる代表的な構造例を示す。
下記表5〜表6には、一般式(6)のうち、X1〜X6の全てが窒素である代表的な構造例を示す。
B)一般式(1)において、Y1〜Y3の結合部位が一般式(3)である構造として、下記一般式(7)が示される。
このうち、下記表7〜表8には、一般式(7)のうち、X1〜X6が炭素からなる代表的な構造例を示す。
下記表9〜表10には、一般式(7)のうち、X1〜X6の一つが窒素からなる代表的な構造例を示す。
下記表11〜表12には、一般式(7)のうち、X1〜X6の全てが窒素である代表的な構造例を示す。
C)一般式(1)において、Y1〜Y3の結合部位が一般式(4)の酸素または一般式(5)の硫黄からなる構造を、下記表13〜表14に示す。
<合成方法>
以上で一例を示した本発明の有機材料は、種々の方法によって合成が可能である。
<Synthesis method>
The organic material of the present invention shown as an example above can be synthesized by various methods.
例えば、表1〜表6および表13〜表14に示した化合物の代表的な合成方法としては、アリールプロピオン酸をポリリン酸と接触せる方法(米国特許第3504044号,特開平10−29143)やインダノン化合物類の反応(特開平10−324648,Synthetic Communications,第27巻,p.2021,1997年)がある。 For example, as a typical method for synthesizing the compounds shown in Tables 1 to 6 and Tables 13 to 14, a method of contacting arylpropionic acid with polyphosphoric acid (US Pat. No. 3,504,044, JP-A-10-29143), There is a reaction of indanone compounds (Japanese Patent Laid-Open No. 10-324648, Synthetic Communications, Vol. 27, p. 2021, 1997).
また、表7〜表12に示した化合物の代表的な合成方法としては,例えばN. Robertsonらによって示されているインドール誘導体を臭素存在下で環化三量体を形成させる方法などを応用することができる(Journal of Material Chemistry, 第10巻,p.2043−2047,2000年)。この方法を下記スキーム(1)に示す。 Moreover, as a typical synthesis method of the compounds shown in Tables 7 to 12, for example, a method of forming a cyclized trimer in the presence of bromine from an indole derivative shown by N. Robertson et al. (Journal of Material Chemistry, Vol. 10, p.2043-2047, 2000). This method is shown in the following scheme (1).
このようにして得られた臭素化された環化三量体からはスキーム(1)で示した諸条件において置換基を導入することが可能となる。 From the brominated cyclized trimer thus obtained, substituents can be introduced under the conditions shown in Scheme (1).
例えば,シアノ基を導入するニトリル化反応においてはシアン化銅を用いたザンドマイヤー反応によって六シアノ化した環化三量体を合成することができる(Organic Synthesis, Collection Volume 3,p.631)。
For example, in a nitrification reaction in which a cyano group is introduced, a hexacyanolated cyclized trimer can be synthesized by a Sandmeyer reaction using copper cyanide (Organic Synthesis,
また,アリールボロン酸を用いた場合には鈴木・宮浦反応によって六アリール化した環化三量体を得ることができる。 When arylboronic acid is used, a cyclized trimer that is hexa-arylated by the Suzuki-Miyaura reaction can be obtained.
さらに、環化三量体部位におけるアミンに対する置換反応としては、例えばAXとしてハロゲン化アルキルをナトリウムアミド存在下で反応することによりアルキル化することができる(Organic Synthesis, Collection Volume 5,p.769)。 Furthermore, as a substitution reaction for the amine at the cyclized trimer site, for example, alkyl can be alkylated by reacting an alkyl halide as AX in the presence of sodium amide (Organic Synthesis, Collection Volume 5, p.769). .
本発明のトルクセン類骨格を有する有機材料は、表示素子、特に、有機電界発光素子の有機層を構成する材料として用いられるものであり、有機電界発光素子の製造プロセスに供する前に純度を高めておくことが好ましく、該純度が95%以上、より好ましくは99%以上とするのがよい。かかる高純度の有機化合物を得る方法としては有機化合物の合成後の精製である再結晶法、再沈殿法、もしくはシリカやアルミナを用いたカラム精製のほかに、昇華精製やゾーンメルト法による公知の高純度化方法を用いることができる。 The organic material having a torquesen skeleton of the present invention is used as a material constituting the organic layer of a display element, in particular, an organic electroluminescent element, and increases the purity before being subjected to the manufacturing process of the organic electroluminescent element. The purity is preferably 95% or more, more preferably 99% or more. As a method for obtaining such a high-purity organic compound, in addition to a recrystallization method, a reprecipitation method, which is a purification after the synthesis of the organic compound, or a column purification using silica or alumina, a known method by a sublimation purification or a zone melt method is used. High purity methods can be used.
また、これらの精製方法を繰り返し行うことや異なる精製法を組み合わせて行うことで本発明における有機発光材料中の未反応物、反応副生成物、触媒残渣、もしくは残存溶媒などの混合物を低減することができ、その結果、より良いデバイス特性の優れた有機電界発光素子を得ることが可能となる。 Further, by repeating these purification methods or combining different purification methods, the mixture of unreacted substances, reaction by-products, catalyst residues, or residual solvents in the organic light-emitting material in the present invention is reduced. As a result, it is possible to obtain an organic electroluminescent element having better device characteristics.
さらに本化合物は、光や酸素といった外因から以下に掲げるa)〜c)の保管方法をとることによって、その酸化、分解からの劣化反応を抑制し、特にこの有機発光材料を用いて構成される有機電界発光素子において、より優れた発光特性をもたらすことだけでなく、製造装置の負荷の軽減などに効果を発揮する。
a)有機発光材料を合成した後、速やかに冷所に静置させる。その保管温度は−100℃から100℃の範囲が好ましく、より好ましくは−50℃から50℃の温度範囲で保管させる。
b)有機発光材料を合成した後、速やかに遮光性を有する容器に保管する。
c)有機発光材料を合成した後、合成した有機発光材料を窒素、二酸化炭素、アルゴンなどの不活性ガス雰囲気下で保管する。
Further, this compound is composed of the organic light-emitting material, particularly by suppressing the deterioration reaction from the oxidation and decomposition by taking the following storage methods a) to c) from the external factors such as light and oxygen. In the organic electroluminescence device, not only provides superior light emission characteristics, but also exhibits an effect in reducing the load on the manufacturing apparatus.
a) After synthesizing the organic light emitting material, immediately leave it in a cool place. The storage temperature is preferably in the range of -100 ° C to 100 ° C, more preferably in the temperature range of -50 ° C to 50 ° C.
b) After synthesizing the organic light emitting material, immediately store it in a light-shielding container.
c) After synthesizing the organic light emitting material, the synthesized organic light emitting material is stored in an inert gas atmosphere such as nitrogen, carbon dioxide, argon or the like.
<表示素子−1>
次に、本発明の表示素子用有機材料を用いた第1の表示素子の実施形態を図1に基づいて詳細に説明する。
<Display element-1>
Next, an embodiment of the first display element using the organic material for display element of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
この図に示す表示素子10は、基板12上に設けられた陽極13、この陽極13上に重ねて設けられた有機材料層からなる発光ユニット14、この発光ユニット14上に設けられた陰極15を備えた有機電界発光素子である。
The display element 10 shown in this figure includes an anode 13 provided on a
以下の説明においては、陽極13から注入された正孔と陰極15から注入された電子とが発光ユニット14内で結合する際に生じた発光とを、基板2と反対側の陰極15側から取り出す上面発光方式の表示素子の構成を説明する。
In the following description, the light emitted when the holes injected from the anode 13 and the electrons injected from the cathode 15 are combined in the light emitting unit 14 is extracted from the cathode 15 side opposite to the
先ず、表示素子10が設けられる基板12は、ガラスのような透明基板や、シリコン基板、さらにはフィルム状のフレキシブル基板等の中から適宜選択して用いられることとする。また、この表示素子10を用いて構成される表示装置の駆動方式がアクティブマトリックス方式である場合、基板12として、画素毎にTFTを設けてなるTFT基板が用いられる。この場合、この表示装置は、上面発光方式の表示素子10をTFTを用いて駆動する構造となる。
First, the
そして、この基板12上に下部電極として設けられる陽極13は、効率良く正孔を注入するために電極材料の真空準位からの仕事関数が大きいもの、例えばクロム(Cr)、金(Au)、酸化スズ(SnO2)とアンチモン(Sb)との合金、酸化亜鉛(ZnO)とアルミニウム(Al)との合金、さらにはこれらの金属や合金の酸化物等を、単独または混在させた状態で用いることができる。
The anode 13 provided as the lower electrode on the
表示素子10が上面発光方式の場合は、陽極13を高反射率材料で構成することで、干渉効果及び高反射率効果で外部への光取り出し効率を改善することが可能であり、この様な電極材料には、例えばAl、Ag等を主成分とする電極を用いることが好ましい。これらの高反射率材料層上に、例えばITOのような仕事関数が大きい透明電極材料層を設けることで電荷注入効率を高めることも可能である。 In the case where the display element 10 is a top emission type, it is possible to improve the light extraction efficiency to the outside by the interference effect and the high reflectance effect by configuring the anode 13 with a high reflectance material. As the electrode material, it is preferable to use an electrode mainly composed of Al, Ag, or the like. It is also possible to increase the charge injection efficiency by providing a transparent electrode material layer having a large work function such as ITO on these high reflectivity material layers.
尚、この表示素子10を用いて構成される表示装置の駆動方式がアクティブマトリックス方式である場合、陽極13は、TFTが設けられている画素毎にパターニングされていることとする。そして、陽極13の上層には、ここでの図示を省略した絶縁膜が設けられ、この絶縁膜の開口部から、各画素の陽極13表面を露出させていることとする。 When the driving method of the display device configured using the display element 10 is an active matrix method, the anode 13 is patterned for each pixel provided with a TFT. An insulating film (not shown) is provided on the upper layer of the anode 13, and the surface of the anode 13 of each pixel is exposed from the opening of the insulating film.
また、発光ユニット14は、陽極13側から順に、正孔注入層14a、正孔輸送層14b、発光層14c及び電子輸送層14dを積層してなる。これらの各層は、例えば真空蒸着法や、例えばスピンコート法などの他の方法によって形成された有機層からなる。そして、これらの層14a〜14dの何れかに、本発明の一般式(1)を用いて説明した有機材料が用いられている。
The light emitting unit 14 is formed by laminating a
そして特に、正孔注入層14aおよび正孔輸送層14bの少なくとも一方が、上記の一般式(1)を用いて示される有機材料を用いて構成されていることが好ましい。この場合、一般式(1)の有機材料の単一材料からなる層として正孔注入層14aまたは正孔輸送層14bが構成されるか、または、一般式(1)の有機材料と、ベンジジン誘導体、スチリルアミン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、およびヒドラゾン誘導体等の例えば三級アミン骨格を有する材料のうちから少なくとも1種類の材料を選択して用いた混合層として正孔輸送層14bや正孔注入層14aが構成される。尚、正孔輸送層14bや正孔注入層14aを混合層とする場合には、一般式(1)の有機材料と、他の材料とを共蒸着することによってこれらの層が形成される。
In particular, it is preferable that at least one of the
そして、等の例えば三級アミン骨格を有する材料を共蒸着して用いることにより、表示素子10の駆動電圧を下げることも可能であり、厚膜化した素子を構成することも可能である。この厚膜化が可能な点は、非発光点による欠陥、ショート等を防ぐことができる点で極めて有利であり、パッシブ素子、アクティブ素子のどの場合に於いても、信頼性の高い素子を構成することができる。 For example, by using a material having a tertiary amine skeleton such as co-evaporation, the driving voltage of the display element 10 can be lowered, and an element having a thick film can be formed. This increase in film thickness is extremely advantageous in that it can prevent defects and short-circuits caused by non-light emitting points, and constitutes a highly reliable element in both passive and active elements. can do.
また、発光層14cは、微量分子の共蒸着を行うことで構成される場合が多く、例えば、ベリレン誘導体、クマリン誘導体、ピラン系色素、トリフェニルアミン誘導体等の有機物質を微量含む有機薄膜として構成される。特に正孔輸送の特徴を持つ三級アミンを分子構造中に有する発光中心は、分子間相互作用が小さく、濃度消光しにくい特徴を有するものであれば、発光層14cへの高濃度のドーピングが可能になり、最適なドーパントの1つとして機能する。 In addition, the light emitting layer 14c is often configured by co-evaporation of trace molecules, and is configured as an organic thin film containing a trace amount of organic substances such as berylene derivatives, coumarin derivatives, pyran dyes, and triphenylamine derivatives. Is done. In particular, a luminescent center having a tertiary amine having a hole transporting characteristic in its molecular structure has a low intermolecular interaction and is difficult to quench the concentration, so that the luminescent layer 14c is highly doped. It becomes possible and functions as one of the optimal dopants.
以上の各有機層、例えば正孔注入層14a、正孔輸送層14bは、それぞれが複数層からなる積層構造であっても良い。
Each of the above organic layers, for example, the
さらに、各層14a〜14dが他の要件を備えることは、これを妨げず、例えば発光層14cが電子輸送層14dを兼ねた電子輸送性発光層であることも可能であり、発光層14cは、正孔輸送性の発光層14cであっても良く、また、各層が積層構造になることも可能である。例えば発光層14cが、さらに青色発光部と緑色発光部と赤色発光部から形成される白色発光素子であっても良い。
Furthermore, it does not prevent that each
次に、陰極15は、陽極13側から順に第1層15a、第2層15b、場合によっては第3層15cを積層させた3層構造で構成されている。
Next, the cathode 15 has a three-layer structure in which a
第1層15aは、仕事関数が小さく、かつ光透過性の良好な材料を用いて構成される。このような材料として、例えばリチウム(Li)の酸化物であるLi2Oや炭酸化物であるLi2SiO3、セシウム(Cs)の炭酸化物であるCs2CO3、さらにはこれらの酸化物の混合物を用いることができる。また、第1層15aはこのような材料に限定されることはなく、例えば、カルシウム(Ca)、バリウム(Ba)等のアルカリ土類金属、リチウム(Li),セシウム(Cs)等のアルカリ金属、さらにはインジウム(In)、マグネシウム(Mg)、銀(Ag)等の仕事関数の小さい金属、さらにはこれらの金属のフッ化物、酸化物等を、単体でまたはこれらの金属およびフッ化物、酸化物の混合物や合金として安定性を高めて使用しても良い。
The
また、第2層15bは、MgAg等のアルカリ土類金属で構成される電極或いはAl等の電極で構成される。上面発光素子の様に半透過性電極で陰極15を構成する場合には、薄膜のMgAg電極やCa電極を用いることで光を取り出すことが可能である。光透過性を有しかつ導電性が良好な材料で構成することで、この表示素子10が、特に陽極13と陰極15との間で発光光を共振させて取り出すキャビティ構造で構成される上面発光素子の場合には、例えばMg−Agのような半透過性反射材料を用いて第2層15bを構成する。これにより、この第2層15bの界面と、光反射性を有する陽極13の界面で発光を反射させてキャビティ効果を得る。
The
さらに第3層15cは、電極の劣化抑制のために透明なランタノイド系酸化物を設けることで、発光を取り出すこともできる封止電極として形成することも可能である。尚、この表示素子10が、基板12側から発光光を取り出す「透過型」である場合、第3層15cとしてAuGeやAu、Pt等の封止電極を付けても良い。
Furthermore, the
尚、以上の第1層15a、第2層15b、および第3層15cは、真空蒸着法、スパッタリング法、さらにはプラズマCVD法などの手法によって形成される。また、この表示素子を用いて構成される表示装置の駆動方式がアクティブマトリックス方式である場合、陰極15は、ここでの図示を省略した陽極13の周縁を覆う絶縁膜および発光ユニット14の積層膜によって、陽極13に対して絶縁された状態で基板12上にベタ膜状で形成され、各画素に共通電極として用いても良い。
The
また、ここに示した陰極15の電極構造は3層構造である。しかしながら、陰極15は、陰極15を構成する各層の機能分離を行った際に必要な積層構造であれば、第2層15bのみで構成したり、第1層15aと第2層15bとの間にさらにITOなどの透明電極を形成したりすることも可能であり、作製されるデバイスの構造に最適な組み合わせ、積層構造を取れば良いことは言うまでもない。
The electrode structure of the cathode 15 shown here is a three-layer structure. However, the cathode 15 may be formed of only the
以上のような構成の表示素子10においては、正孔注入層14aおよび正孔輸送層14bの少なくとも一方が、上記一般式(1)で示される有機材料を用いて構成されているため、正孔注入層14aや正孔輸送層14の正孔輸送性の向上を図ることが可能になる。
In the display element 10 having the above-described configuration, at least one of the
そして特に、一般式(1)の有機材料において、置換部位の一つ以上を電子吸引性の置換基とすることにより、有機材料における柱状配列を制御する分子間相互作用を調整することが可能となってキャリア移動度を高められ、発光効率と寿命特性の向上を図ることが可能になる。 In particular, in the organic material of the general formula (1), it is possible to adjust the intermolecular interaction that controls the columnar arrangement in the organic material by using one or more substitution sites as electron-withdrawing substituents. Thus, the carrier mobility can be increased, and the light emission efficiency and life characteristics can be improved.
<表示素子−2>
次に、本発明の表示素子用有機材料を用いた第2の表示素子の実施形態を図2に基づいて詳細に説明する。尚、図1に示す表示素子と同一の構成要素には、同一の符号を付して説明を行う。
<Display element-2>
Next, an embodiment of the second display element using the organic material for display element of the present invention will be described in detail with reference to FIG. It should be noted that the same components as those of the display element shown in FIG.
この図に示す表示素子11は、発光ユニットを積層してなるスタック型の表示素子11であり、基板12上に設けられた陽極13、この陽極13上に重ねて設けられた複数の発光ユニット14-1、14-2、…(ここでは2個)、最上層の発光ユニット14-2上に設けられた陰極15、さらには発光ユニット14-1,14-2間に設けられた電荷発生層16を備えている。
A display element 11 shown in this figure is a stack type display element 11 formed by stacking light emitting units, and includes an anode 13 provided on a
このような構成の表示素子11において基板12、陽極13、陰極15は、第1実施形態の表示素子10と同一のものが用いられる。
In the display element 11 having such a configuration, the
また、各発光ユニット14-1、14-2は、第1実施形態の表示素子10における発光ユニット14と同一に、すなわち一般式(1)で示される有機材料を用いた正孔注入層14aや正孔輸送層14bを設けて構成されても良い。ただし、以上の各発光ユニット14-1、14-2は、全く同一の構造でも良いが、他の構造にすることも可能である。例えば、発光ユニット14-1を橙色発光素子用の有機層構造、発光ユニット14-2を青緑色発光素子用の有機層構造として形成することにより、発光色は白色となる。
Each of the light emitting units 14-1 and 14-2 is the same as the light emitting unit 14 in the display element 10 of the first embodiment, that is, the
そして、発光ユニット14-1と発光ユニット14-2との間に設けられた電荷発生層16に、本発明の一般式(1)の有機材料が用いられている。 The organic material of the general formula (1) of the present invention is used for the charge generation layer 16 provided between the light emitting unit 14-1 and the light emitting unit 14-2.
ここで、電荷発生層16は、例えば陽極13側から順に、界面層16aと真性電荷発生層16bとを積層させた構造となっていることが好ましい。尚、この界面層16aは、陽極13に接して設けられた発光ユニット14-1に対して陰極として作用することになる。このため、以下においては、この界面層16aを中間陰極層16aと記す。
Here, the charge generation layer 16 preferably has a structure in which, for example, an
このうち、この中間陰極層16aは、アルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物の少なくとも一方で構成されていることが好ましい。中間陰極層16aを構成するアルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物としては、一般的な酸化物及び複合酸化物が用いられ、具体的にはメタ硼酸化物、テトラ硼酸化物、ゲルマン酸化物、モリブデン酸化物、ニオブ酸化物、珪酸化物、タンタル酸化物、チタン酸化物、バナジン酸化物、タングステン酸化物、ジルコン酸化物、炭酸化物、蓚酸化物、亜クロム酸化物、クロム酸化物、重クロム酸化物、フェライト、亜セレン酸化物、セレン酸化物、スズ酸化物、亜テルル酸化物、テルル酸化物、ビスマス酸化物、テトラホウ酸化物、メタホウ酸化物の内から少なくとも1種類以上選ばれる。
Of these, the
この中でも特に、中間陰極層16aは、Li2SiO3からなることが好ましい。
Among these, in particular, the
このように、中間陰極層16aを構成する材料としてアルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物の少なくとも一方を含んでいることにより、電荷発生層16から陽極13側の発光ユニット14-1への電子の注入効率が向上する。そして特に、電荷発生層16における中間陰極層16aを構成するアルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物と言った材料は、成膜段階から安定的な材料として供給される。このため、これを用いた中間陰極層16a、すなわち荷電発生層15の安定化が図られる。中間陰極層16aが、を構成する材料としてアルカリ金属酸化物およびアルカリ土類金属酸化物の単一材料によって構成されるため、また、特許文献3に示されているように、従来のバソクプロイン(BCP)+Cs、Liq+Alと言った複数材料からなる中間陰極層16a(中間電子注入層)と比較して、プロセス上、また、製品の歩留まりを考えても有利である。
Thus, by including at least one of an alkali metal oxide and an alkaline earth metal oxide as a material constituting the
そして、発光ユニット14-2に接して設けられた真性電荷発生層16bとして、本発明の一般式(1)の有機材料が好ましく用いられる。この場合、真性電荷発生層16bは、一般式(1)の有機材料のみで構成されて良い。
The organic material of the general formula (1) of the present invention is preferably used as the intrinsic
そして、以上の中間陰極層16aと真性電荷発生層16bとは、必ずしも明確に分離されている構成に限定されることはなく、中間陰極層16a内に真性電荷発生層16bを構成する材料が含有されていたり、またこの逆であっても良い。
The
尚、電荷発生層16は、上述した中間陰極層16aと真性電荷発生層16bとの2層構造に限定されることはなく、必要に応じて3層以上の積層構造であっても良い。ただし、この電荷発生層16には、本発明の一般式(1)の有機材料が含有されていることとし、好ましい形態としては、陰極15側に配置された発光ユニット14-2に接する層が、本発明の一般式(1)の有機材料を用いて構成されていることとする。
The charge generation layer 16 is not limited to the above-described two-layer structure of the
そして、電荷発生層16のうちの真性電荷発生層16bが上記一般式(1)で示される有機材料を用いて構成されている場合、この真性電荷発生層16bが正孔注入層14aを兼ねても良い。この場合、電荷発生層16よりも陰極15側に設けられた発光ユニット14-2には、正孔注入層14aを必ずしも設ける必要はない。
When the intrinsic
また、以上のように電荷発生層16に一般式(1)の有機材料を用いる構成と、図1を用いて説明した表示素子のように発光ユニット内に一般式(1)の有機材料を用いる構成とを組み合わせることも可能である。この場合、図1を用いて説明した表示素子における発光ユニットと同様に、発光ユニット14-1,14-2内の各層に一般式(1)の有機材料が用いられる。 Further, as described above, the organic material of the general formula (1) is used for the charge generation layer 16 and the organic material of the general formula (1) is used in the light emitting unit like the display element described with reference to FIG. It is also possible to combine the configuration. In this case, the organic material of the general formula (1) is used for each layer in the light emitting units 14-1 and 14-2 in the same manner as the light emitting unit in the display element described with reference to FIG.
特に発光ユニット14-1,14-2内における正孔輸送層14bまたは正孔注入層14aとして、一般式(1)で示される有機材料とベンジジン誘導体、スチリルアミン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、およびヒドラゾン誘導体のうちから選ばれる少なくとも1種類の材料との混合膜が用いられることが好ましい。また特に好ましくは、一般式(1)を用いて構成された真性電荷発生層16bに接する、発光ユニット14-2の正孔注入層14aとして、上記混合層が好適に用いられる。
In particular, as the
以上説明した構成の第2実施形態の表示素子11においては、電荷発生層16に上述した一般式(1)に示す有機化合物を用いたことにより、発光ユニット14-1、14-2を積層させたことによる高電圧化を抑えることが可能になった。これは、一般式(1)の有機材料の多くは、主に正孔輸送性能を持つ。そして、その骨格によっては、分子内キャリアは正孔のみである場合も測定されており、この有機材料を用いて構成された電荷発生層を狭持する状態で発光ユニットを積層させた場合でも、これらの光ユニット間で発光に寄与しない電荷の漏れや、生成した励起子からのエネルギ拡散を生じさせることが無い。したがって、重ね合わせた光ユニットを、効率的にかつ効果的に独立して機能させてそれぞれを発光させることができる。これにより、スタック型の表示素子における低電圧駆動が可能になったためと考える。 In the display element 11 of the second embodiment having the configuration described above, the light emitting units 14-1 and 14-2 are stacked by using the organic compound represented by the general formula (1) described above for the charge generation layer 16. It has become possible to suppress the increase in voltage due to this. This is because most of the organic material of the general formula (1) mainly has hole transport performance. And depending on the skeleton, even when the intramolecular carrier is measured only as a hole, even when the light emitting unit is stacked in a state of sandwiching the charge generation layer configured using this organic material, There is no charge leakage that does not contribute to light emission between these optical units, nor energy diffusion from the generated excitons. Therefore, the superposed optical units can function efficiently and effectively independently to emit light. This is considered to be due to the fact that the stack type display element can be driven at a low voltage.
この結果、例えば発光ユニット14-1、14-2を2ユニット積層させた場合に、従来は駆動電圧が2倍以上に上昇したが、本発明により、この駆動電圧の上昇を抑えることが可能になり、理想的なスタック型の表示素子11を得ることが可能になった。 As a result, for example, when two units of the light emitting units 14-1 and 14-2 are stacked, the driving voltage has increased more than twice in the past, but the present invention makes it possible to suppress the increase of the driving voltage. Thus, an ideal stack type display element 11 can be obtained.
また特に、一般式(1)の有機材料において、置換部位の一つ以上を電子吸引性の置換基とすることにより、有機材料における柱状配列を制御する分子間相互作用を調整することが可能となり、電荷発生層16に係わる電荷移動に対して効果を発揮し、発光効率と寿命特性の向上を図ることが可能になる。 In particular, in the organic material of the general formula (1), it is possible to adjust the intermolecular interaction that controls the columnar arrangement in the organic material by using one or more substitution sites as electron-withdrawing substituents. It is possible to achieve an effect on the charge transfer related to the charge generation layer 16 and to improve the light emission efficiency and the life characteristics.
また、従来、電荷発生層16における、発光ユニット14-2側に接する層(真性電荷発生層16b)としてV2O5を用いた場合と同程度の電荷注入効率を得ることが可能である。この場合には、真性電荷発生層16bが正孔注入層を兼ねるものとすることができるため、電荷発生層16よりも陰極15側に配置された発光ユニット14-2に特別に正孔注入層14aを設けなくても良く、層構造の簡略化を図ることが可能になる。
Further, conventionally, it is possible to obtain a charge injection efficiency comparable to that in the case where V 2 O 5 is used as the layer (intrinsic
さらに、従来用いていたV2O5は、吸湿性が激しく、金属種との反応性も高く、活性であることから、扱いにくく、安定して電荷発生層として用いることは困難であった。しかしながら、これに替えて一般式(1)の有機材料を用いる構成としたことで、電荷発生層16の化学的安定性の向上を図ることが可能になった。 Furthermore, V 2 O 5 that has been used heretofore has a high hygroscopic property, has a high reactivity with metal species, and is active, so that it is difficult to handle and it is difficult to stably use as a charge generation layer. However, the chemical stability of the charge generation layer 16 can be improved by using the organic material of the general formula (1) instead.
尚、以上の各実施形態で説明した本発明の表示素子は、TFT基板を用いたアクティブマトリックス方式の表示装置に用いる表示素子に限定されることはなく、パッシブ方式の表示装置に用いる表示素子としても適用可能であり、同様の効果(長期信頼性の向上)を得ることができる。 Note that the display element of the present invention described in each of the above embodiments is not limited to a display element used for an active matrix type display device using a TFT substrate, but as a display element used for a passive type display device. Can be applied, and the same effect (improvement of long-term reliability) can be obtained.
また、以上各実施形態においては、基板12と反対側に設けた陰極15側から発光を取り出す「上面発光型」の場合を説明した。しかし本発明は、基板12を透明材料で構成することで、発光を基板12側から取り出す「透過型」の表示素子にも適用される。この場合、図2を用いて説明した積層構造において、透明材料からなる基板12上の陽極13を、例えばITOのような仕事関数が大きい透明電極材料を用いて構成する。これにより、基板12側および基板12と反対側の両方から発光光が取り出される。また、このような構成において、陰極15を反射材料で構成することにより、基板12側からのみ発光光が取り出される。この場合、陰極6の最上層にAuGeやAu、Pt等の封止電極を付けても良い。
In each of the embodiments described above, the case of the “top emission type” in which light emission is extracted from the cathode 15 side provided on the side opposite to the
さらに、図2を用いて説明した積層構造を、透明材料からなる基板12側から逆に積み上げて陽極13を上部電極とした構成であっても、基板12側から発光光を取り出す「透過型」の表示素子を構成することができる。この場合においても、上部電極となる陽極13を透明電極に変更することで、基板12側および基板12と反対側の両方から発光光が取り出される。
Furthermore, the “transmission type” in which emitted light is extracted from the
≪有機材料の合成≫
本発明の有機材料の合成例を説明する。
≪Synthesis of organic materials≫
A synthesis example of the organic material of the present invention will be described.
<合成例1> 構造式(1)−18の合成
先ず、メカニカルスターラーを装着させた1000mlの三口フラスコを窒素で十分に置換した後に、3−(3,4−ジシアノフェニル)プロピオン酸(20g,100mmol)にポリリン酸(500g)を入れ十分に攪拌しながら140℃で2時間反応させた。冷却後、脱イオン水1000mLを加え室温で2時間攪拌した。得られた固体をろ過にて取り出し,アセトンおよびエタノールで十分に洗浄し、収率、その後にアセトンおよびエタノールで洗浄し構造式(1)−18を15.2g(収率31%)で得た。この反応物が構造式(1)−18であることは固体を1H−NMR、13C−NMR、およびFD−MSにて測定した結果から確認された。
<Synthesis Example 1> Synthesis of Structural Formula (1) -18 First, after a 1000-ml three-necked flask equipped with a mechanical stirrer was sufficiently substituted with nitrogen, 3- (3,4-dicyanophenyl) propionic acid (20 g, 100 mmol) was added with polyphosphoric acid (500 g) and allowed to react at 140 ° C. for 2 hours with sufficient stirring. After cooling, 1000 mL of deionized water was added and stirred at room temperature for 2 hours. The obtained solid was removed by filtration, washed thoroughly with acetone and ethanol, yield, and then washed with acetone and ethanol to obtain 15.2 g (yield 31%) of the structural formula (1) -18. . It was confirmed from the result of measuring the solid by 1 H-NMR, 13 C-NMR, and FD-MS that the reaction product was structural formula (1) -18.
<合成例2> 構造式(2)−10の合成
合成例1において3−(3,4−ジシアノフェニル)プロピオン酸の代わりに3−(5,6−ジメトキシピリジン−2−イル)プロピロン酸を用いた以外は合成例1と同様に反応を行った。得られた固体を1H−NMR、13C−NMR、およびFD−MSにて測定した結果、目的物である構造式(2)−10であることを確認した。
<Synthesis Example 2> Synthesis of Structural Formula (2) -10 In Synthesis Example 1, 3- (5,6-dimethoxypyridin-2-yl) propionic acid was used instead of 3- (3,4-dicyanophenyl) propionic acid. The reaction was performed in the same manner as in Synthesis Example 1 except that it was used. The obtained solid was measured by 1 H-NMR, 13 C-NMR, and FD-MS, and as a result, it was confirmed that it was the structural formula (2) -10 which was the target product.
<合成例3> 構造式(3)−18の合成
合成例1において3−(3,4−ジシアノフェニル)プロピオン酸の代わりに3−(5,6−ジシアノピラジン−2−イル)ブタン酸を用いた以外は合成例1と同様に反応を行った。得られた固体を1H−NMR、13C−NMR、およびFD−MSにて測定した結果、目的物である構造式(3)−18であることを確認した。
Synthesis Example 3 Synthesis of Structural Formula (3) -18 In Synthesis Example 1, 3- (5,6-dicyanopyrazin-2-yl) butanoic acid was used instead of 3- (3,4-dicyanophenyl) propionic acid. The reaction was performed in the same manner as in Synthesis Example 1 except that it was used. The obtained solid was measured by 1 H-NMR, 13 C-NMR, and FD-MS, and as a result, it was confirmed to be the structural formula (3) -18 which is the target product.
<合成例4> 構造式(4)−18の合成
構造式(4)−18で示した化合物を、下記合成式(1)に示す手順で次のように合成した。
先ず、メカニカルスターラーを装着させた500mlの三口フラスコを窒素で十分に置換した後に、1−メチルインドール(13.1g,100mmol)を250mlのアセトニロリルに溶解させ臭素(48g,300mmol)を滴下して加え、室温で24時間攪拌した。反応後、析出した固体をろ過し、アセトニトリルで洗浄した後、DMSO/アセトン混合溶媒から再結晶させて中間体(C1)を10.1g(収率12%)を得た。 First, after thoroughly replacing a 500 ml three-necked flask equipped with a mechanical stirrer with nitrogen, 1-methylindole (13.1 g, 100 mmol) was dissolved in 250 ml of acetonitrile and bromine (48 g, 300 mmol) was added dropwise. And stirred for 24 hours at room temperature. After the reaction, the precipitated solid was filtered, washed with acetonitrile, and recrystallized from a DMSO / acetone mixed solvent to obtain 10.1 g of intermediate (C1) (yield 12%).
続いて、メカニカルスターラーを装着させた100mlの三口フラスコを窒素で十分に置換した後に、上記で得た中間体(C1)(5.8g,6.7mmol)とシアン化銅(3.9g,44mmol)を加え、溶媒として50mlのDMFを注いだ.反応は還流温度で8時間行った。反応終了後、エチレンジアミン水溶液(エチレンジアミン100ml,水200ml)に加えて振とうさせ、続いてトルエンを加えて有機層側へ抽出させた。溶媒を真空条件下で蒸留にて除去、その後にアセトン、エタノールで洗浄し、褐色固体3.9g(収率58%)を得た。得られた固体を1H−NMR、13C−NMR、およびFD−MSにて測定した結果、目的物である構造式(4)−18であることを確認した。 Subsequently, a 100 ml three-necked flask equipped with a mechanical stirrer was sufficiently replaced with nitrogen, and then the intermediate (C1) obtained above (5.8 g, 6.7 mmol) and copper cyanide (3.9 g, 44 mmol) were obtained. ) And 50 ml of DMF was poured as a solvent. The reaction was carried out at reflux temperature for 8 hours. After completion of the reaction, the mixture was added to an ethylenediamine aqueous solution (ethylenediamine 100 ml, water 200 ml) and shaken, and then toluene was added to extract the organic layer. The solvent was removed by distillation under vacuum conditions, and then washed with acetone and ethanol to obtain 3.9 g of brown solid (yield 58%). As a result of measuring the obtained solid with 1 H-NMR, 13 C-NMR, and FD-MS, it was confirmed that it was the structural formula (4) -18 which was the target product.
<合成例5> 構造式(5)−18の合成
合成例4において第一反応で用いた1−メチルインドールの代わりに1−メチル−1H−ピロロ[2,3−b]ピリジンを用いた以外は合成例1と同様に反応を行った。得られた固体を1H−NMR、13C−NMR、およびFD−MSにて測定した結果、目的物である構造式(5)−18であることを確認した。
<Synthesis Example 5> Synthesis of Structural Formula (5) -18 Except that 1-methyl-1H-pyrrolo [2,3-b] pyridine was used instead of 1-methylindole used in the first reaction in Synthesis Example 4. Reacted in the same manner as in Synthesis Example 1. The obtained solid was measured by 1 H-NMR, 13 C-NMR, and FD-MS, and as a result, it was confirmed to be the structural formula (5) -18 which is the target product.
<合成例6> 構造式(6)−18の合成
合成例4において第一反応で用いた1−メチルインドールの代わりに5−メチル−5H−ピロロ[3,2−b]ピラジンを用いた以外は合成例1と同様に反応を行った。得られた固体を1H−NMR、13C−NMR、およびFD−MSにて測定した結果、目的物である構造式(6)−18であることを確認した。
<Synthesis Example 6> Synthesis of Structural Formula (6) -18 Except that 5-methyl-5H-pyrrolo [3,2-b] pyrazine was used instead of 1-methylindole used in the first reaction in Synthesis Example 4. Reacted in the same manner as in Synthesis Example 1. As a result of measuring the obtained solid by 1 H-NMR, 13 C-NMR, and FD-MS, it was confirmed that it was the structural formula (6) -18, which was the target product.
<合成例7> 構造式(4)−7の合成
合成例4において第一反応で用いた1−メチルインドールに代わりに5−フルオ−1−メチルインドールを用いた以外は合成例4と同様に反応を行った。得られた固体を1H−NMR、13C−NMR、およびFD−MSにて測定した結果、目的物である構造式(4)−7であることを確認した。
<Synthesis Example 7> Synthesis of Structural Formula (4) -7 As in Synthesis Example 4, except that 5-fluor-1-methylindole was used instead of 1-methylindole used in the first reaction in Synthesis Example 4. Reaction was performed. As a result of measuring the obtained solid by 1 H-NMR, 13 C-NMR, and FD-MS, it was confirmed that it was the structural formula (4) -7, which was the target product.
≪表示素子≫
次に、実施例の表示素子における製造手順と、その比較例の表示素子における製造手順、さらにこれらの評価結果を説明する。
≪Display element≫
Next, the manufacturing procedure in the display element of the example, the manufacturing procedure in the display element of the comparative example, and the evaluation results thereof will be described.
<実施例1〜7>
各実施例1〜7においては、上述した実施の形態において、図1を用いて説明した構成の表示素子10を形成した。ただし、各実施例においては、正孔注入層14aとして、一般式(1)で示されるそれぞれの材料を用いた。以下に実施例1〜7の表示素子10の製造手順を説明する。
<Examples 1-7>
In each of Examples 1 to 7, the display element 10 having the configuration described with reference to FIG. 1 in the above-described embodiment was formed. However, in each Example, each material shown by General formula (1) was used as the
30mm×30mmのガラス板からなる基板12上に、陽極13としてAg合金(膜厚約100nm)を形成し、さらにSiO2蒸着により2mm×2mmの発光領域以外を絶縁膜(図示省略)でマスクした有機電界発光素子用のセルを作製した。
An Ag alloy (film thickness of about 100 nm) was formed as the anode 13 on the
次に、正孔注入層14aとして、下記表15に示す各材料を、それぞれ真空蒸着法により10nm(蒸着速度0.2〜0.4nm/sec)の膜厚で形成した。
次いで、正孔輸送層14bとして、下記構造式1に示すα-NPDを、それぞれ真空蒸着法により10nm(蒸着速度0.2〜0.4nm/sec)の膜厚で形成した。
さらに、発光層14cとして、下記構造式2に示すADNをホストにし、ドーパントとしてBD−052x(出光興産株式会社:商品名、青色ドーパント)を用い、ドーパント濃度が膜厚比で5%になるように、これらの材料を真空蒸着法により28nmの合計膜厚で成膜した。
最後に、電子輸送層14dとして、下記構造式3に示すAlq3(8-hydroxy quinorine alminum)を、真空蒸着法により12nmの膜厚で蒸着成膜した。
以上のようにして正孔注入層14a〜電子輸送層14dまでの有機層14を形成した後、陰極15の第1層15aとして、Li2CO2を真空蒸着法により約0.3nm(蒸着速度〜0.01nm/sec)の膜厚で形成し、次いで、第2層15bとしてMgAgを真空蒸着法により10nmの膜厚で形成し、2層構造の陰極15を設けた。
After forming the organic layer 14 from the
<比較例1>
正孔注入層14aとして、アリールアミン系材料であるHI−406(出光興産株式会社製、正孔注入材料商品名)を10nm(蒸着速度0.2〜0.4nm/sec)形成したこと以外は、実施例1〜7と全く同じ構成とした。
<Comparative Example 1>
Except for forming HI-406 (made by Idemitsu Kosan Co., Ltd., trade name of hole injection material) as the
≪評価結果−1≫
表15に示す通り、本発明による新規構造を有する有機材料(非アリールアミン系)を用いて正孔注入層14aが構成された実施例1〜7の有機電界発光素子では、アリールアミン系正孔注入材料を用いて正孔注入層14aが構成された比較例1の有機電界発光素子に対して遜色のない同等の発光効率[cd/A]を得ることができ、本発明の効果が確認できた。
≪Evaluation result-1≫
As shown in Table 15, in the organic electroluminescent elements of Examples 1 to 7 in which the
尚、実施例1〜7において正孔注入層14aに用いた非アリールアミン系の各有機材料に、比較例1の正孔注入層14aとして用いたアリールアミン系材料を膜厚比で5〜10%ドーピングを施すと、駆動電圧は実用領域で0.5V以上低電圧化することが可能であった。これにより、本発明における非アリールアミン系の有機材料にアリールアミン系材料を微量ドーピングして用いることにより、本発明の新規骨格を有する有機材料を用いた有機電界発光素子の、さらなる長寿命化を達成できることが確認された。
In addition, in each of the non-arylamine organic materials used for the
<実施例8〜14>
各実施例8〜14においては、上述した実施の形態において、図2を用いて説明した構成の表示素子11を形成した。ただし、各実施例においては、真性電荷発生層16bとして、一般式(1)で示されるそれぞれの材料を用いた。以下に実施例8〜14の表示素子11の製造手順を説明する。
<Examples 8 to 14>
In each of Examples 8 to 14, the display element 11 having the configuration described with reference to FIG. 2 in the above-described embodiment was formed. However, in each Example, each material shown by General formula (1) was used as the intrinsic
30mm×30mmのガラス板からなる基板12上に、陽極13としてAg合金(膜厚約100nm)を形成し、さらにSiO2蒸着により2mm×2mmの発光領域以外を絶縁膜(図示省略)でマスクした有機電界発光素子用のセルを作製した。
An Ag alloy (film thickness of about 100 nm) was formed as the anode 13 on the
次に第1層目の発光ユニット14-1における正孔注入層14aとして、下記構造式4に示すアザトリフェニレン系材料を真空蒸着法により10nm(蒸着速度0.2〜0.4nm/sec)の膜厚で形成した。
次いで、正孔輸送層14b〜電子輸送層14dまでは、実施例1〜7と同様の構成とした。すなわち、構造式1のα-NPDを、それぞれ真空蒸着法により10nm(蒸着速度0.2〜0.4nm/sec)の膜厚で形成した。
Next, the structure from the
さらに、発光層14cとして、構造式2のADNをホストにし、ドーパントとしてBD−052x(出光興産株式会社:商品名、青色ドーパント)を用い、ドーパント濃度が膜厚比で5%になるように、これらの材料を真空蒸着法により28nmの合計膜厚で成膜した。
Furthermore, as the light emitting layer 14c, ADN of
次に、電子輸送層14dとして、構造式3のAlq3(8-hydroxy quinorine alminum)を、真空蒸着法により12nmの膜厚で蒸着成膜した。
Next, as the
以上のようにして正孔注入層14a〜電子輸送層14dまでの第1層目の発光ユニット14-1を形成した後、電荷発生層16の中間陰極層(界面層)16aとしてLi2CO3を15Å蒸着し、次に真性電荷発生層16bとして下記表16に示す各材料を30Åの膜厚で蒸着した。
その後さらに、第2層目の発光ユニット14-2における正孔注入層14aとして、構造式4のアザトリフェニレン系材料を真空蒸着法により50nm(蒸着速度0.2〜0.4nm/sec)の膜厚で形成した。第1層目の発光ユニット14-1における正孔注入層14aと膜厚が違う理由は、光学的に光取出しを最大にするためである。
Thereafter, as the
以降、正孔輸送層14b〜電子輸送層14dまでを、第1層目と同様の構成(つまり実施例1〜7と同様の構成)として第2層目の発光ユニット14-2を形成した。
Thereafter, the second layer light emitting unit 14-2 was formed with the same structure as the first layer (that is, the same structure as in Examples 1 to 7) from the
次に、第2層目の発光ユニット14-2上に、陰極15の第1層15aとして、LiFを真空蒸着法により約0.3nm(蒸着速度〜0.01nm/sec)形成した。次いで、第2層15bとしてMgAgを真空蒸着法により10nm形成した。
Next, about 0.3 nm (deposition rate: 0.01 nm / sec) of LiF was formed as a
<比較例2>
実施例8〜14において形成した第1層目の発光ユニット14-1上に、電荷発生層16および第2層目の発光ユニット14-2を設けることなく、陰極15を設けた単層構造の発光素子を作製した。
≪評価結果−2≫
<Comparative example 2>
A single layer structure in which the cathode 15 is provided without providing the charge generation layer 16 and the second light emitting unit 14-2 on the first light emitting unit 14-1 formed in Examples 8-14. A light emitting element was manufactured.
≪Evaluation result-2≫
表16に示すように、本発明による新規構造を有する有機材料を用いて電荷発生層16が構成された実施例8〜14のスタック型の有機電界発光素子では、比較例2に示した1ユニット素子の約2倍の発光効率[cd/A]を得ることが、本発明の効果が確認できた。 As shown in Table 16, in the stack type organic electroluminescent elements of Examples 8 to 14 in which the charge generation layer 16 is configured using an organic material having a novel structure according to the present invention, one unit shown in Comparative Example 2 is used. The effect of the present invention was confirmed to obtain a luminous efficiency [cd / A] that is about twice that of the device.
図3には、実施例14と比較例2を初期輝度2500cd/m2、のDuty比50%の駆動条件で寿命測定した結果である。この結果から、初期輝度を同一にした場合、スタックすることによる長寿命効果があり、本発明における新規構造を有する有機材料の電荷発生層への応用による効果が確認された。 FIG. 3 shows the results of life measurement of Example 14 and Comparative Example 2 under the driving conditions of an initial luminance of 2500 cd / m 2 and a duty ratio of 50%. From this result, when the initial luminance was made the same, there was a long life effect by stacking, and the effect by applying the organic material having a novel structure in the present invention to the charge generation layer was confirmed.
さらに、上述した実施例8〜14の構成において、第2層の発光ユニット14-2における正孔注入層14aの構成を、真性電荷発生層16bに用いたと同様の一般式(1)で示される有機材料に、正孔輸送層14bに用いた材料を膜厚比で5〜10%ドーピングした構成とすることにより、実用領域での駆動電圧は約1V低電圧化することが出来た。これにより、一般式(1)で示されるそれぞれの有機材料を用いた電荷発生層16を用いた場合に、正孔注入層14aを、一般式(1)の有機材料と他の材料(ここではα−NPD)との混合層による長寿命化効果も確認できた。
Further, in the configurations of Examples 8 to 14 described above, the configuration of the
10,11…表示素子、13…陽極、14,14-1,14-2…発光ユニット、14a…正孔注入層、14b…正孔輸送層、14c…発光層(有機発光層)、15…陰極、16…電荷発生層 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10,11 ... Display element, 13 ... Anode, 14, 14-1, 14-2 ... Light emitting unit, 14a ... Hole injection layer, 14b ... Hole transport layer, 14c ... Light emitting layer (organic light emitting layer), 15 ... Cathode, 16 ... charge generation layer
Claims (18)
前記一般式(1)中のX1〜X8の少なくとも一つが窒素である
ことを特徴とする表示素子用有機材料。 The organic material for a display element according to claim 1,
The organic material for display elements, wherein at least one of X 1 to X 8 in the general formula (1) is nitrogen.
前記一般式(1)中のY1〜Y3は、一般式(2)または一般式(3)である
ことを特徴とする表示素子用有機材料。 The organic material for a display element according to claim 1,
Y < 1 > -Y < 3 > in the said General formula (1) is General formula (2) or General formula (3). The organic material for display elements characterized by the above-mentioned.
前記一般式(1)中のR1〜R8うちの少なくとも一つが、電子吸引性の置換基である
ことを特徴とする表示素子用有機材料。 The organic material for a display element according to claim 1,
An organic material for a display element, wherein at least one of R 1 to R 8 in the general formula (1) is an electron-withdrawing substituent.
前記電子吸引性の置換基が、シアノ基、フッ素化合物基、またはメトキシ基である
ことを特徴とする表示素子用有機材料。 In the organic material for display elements according to claim 4,
The organic material for a display element, wherein the electron-withdrawing substituent is a cyano group, a fluorine compound group, or a methoxy group.
前記発光ユニットは、下記一般式(1)で示される有機材料を含む層を少なくとも一層用いて構成されている
ことを特徴とする表示素子。
The light emitting unit is configured by using at least one layer containing an organic material represented by the following general formula (1).
前記一般式(1)中のX1〜X8の少なくとも一つが窒素である
ことを特徴とする表示素子。 The display element according to claim 6.
A display element, wherein at least one of X 1 to X 8 in the general formula (1) is nitrogen.
前記一般式(1)中のY1〜Y3は、一般式(2)または一般式(3)である
ことを特徴とする表示素子。 The display element according to claim 6.
Y < 1 > -Y < 3 > in the said General formula (1) is General formula (2) or General formula (3). The display element characterized by the above-mentioned.
前記一般式(1)中のR1〜R8うちの少なくとも一つが、電子吸引性の置換基である
ことを特徴とする表示素子。 The display element according to claim 6.
A display element, wherein at least one of R 1 to R 8 in the general formula (1) is an electron-withdrawing substituent.
前記電子吸引性の置換基が、シアノ基、フッ素化合物基、またはメトキシ基である
ことを特徴とする表示素子。 The display element according to claim 9, wherein
The display element, wherein the electron-withdrawing substituent is a cyano group, a fluorine compound group, or a methoxy group.
前記発光ユニット内には、前記一般式(1)で示される有機材料を用いた正孔輸送層および正孔注入層のうちの少なくとも一方が配置されている
ことを特徴とする表示素子。 The display element according to claim 6.
In the light emitting unit, at least one of a hole transport layer and a hole injection layer using the organic material represented by the general formula (1) is disposed.
前記発光ユニット内には、前記一般式(1)で示される有機材料と、ベンジジン誘導体、スチリルアミン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、およびヒドラゾン誘導体のうちから選ばれる少なくとも1種類の材料との混合膜が、前記正孔輸送層および正孔注入層の少なくとも一方として配置されている
ことを特徴とする表示素子。 The display element according to claim 11, wherein
In the light emitting unit, there is a mixed film of the organic material represented by the general formula (1) and at least one material selected from a benzidine derivative, a styrylamine derivative, a triphenylmethane derivative, and a hydrazone derivative. The display element is arranged as at least one of the hole transport layer and the hole injection layer.
前記電荷発生層が、下記一般式(1)で示される有機材料を用いて構成されている
ことを特徴とする表示素子。
The charge generation layer is configured using an organic material represented by the following general formula (1).
前記一般式(1)中のX1〜X8の少なくとも一つが窒素である
ことを特徴とする表示素子。 The display element according to claim 13, wherein
A display element, wherein at least one of X 1 to X 8 in the general formula (1) is nitrogen.
前記一般式(1)中のY1〜Y3は、一般式(2)または一般式(3)である
ことを特徴とする表示素子。 The display element according to claim 13, wherein
Y < 1 > -Y < 3 > in the said General formula (1) is General formula (2) or General formula (3). The display element characterized by the above-mentioned.
前記一般式(1)中のR1〜R8うちの少なくとも一つが、電子吸引性の置換基である
ことを特徴とする表示素子。 The display element according to claim 13, wherein
A display element, wherein at least one of R 1 to R 8 in the general formula (1) is an electron-withdrawing substituent.
前記電子吸引性の置換基が、シアノ基、フッ素化合物基、またはメトキシ基である
ことを特徴とする表示素子。 The display element according to claim 16, wherein
The display element, wherein the electron-withdrawing substituent is a cyano group, a fluorine compound group, or a methoxy group.
前記発光ユニット内には、前記一般式(1)で示される有機材料と、ベンジジン誘導体、スチリルアミン誘導体、トリフェニルメタン誘導体、およびヒドラゾン誘導体のうちから選ばれる少なくとも1種類の材料との混合膜が、前記正孔輸送層および正孔注入層の少なくとも一方として配置されている
ことを特徴とする表示素子。
The display element according to claim 13, wherein
In the light emitting unit, there is a mixed film of the organic material represented by the general formula (1) and at least one material selected from a benzidine derivative, a styrylamine derivative, a triphenylmethane derivative, and a hydrazone derivative. The display element is arranged as at least one of the hole transport layer and the hole injection layer.
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