JP2013030674A - Charge transporting organic thin film and organic electroluminescent element - Google Patents

Charge transporting organic thin film and organic electroluminescent element Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charge transporting organic thin film having excellent charge transporting property, and to provide an organic electroluminescent element including the charge transporting organic thin film.SOLUTION: A charge transporting organic thin film of the present invention is a charge transporting amorphous thin film that is formed on a base and comprises a charge transporting π-conjugated compound including a plurality of π-electron conjugated structural surfaces not parallel with each other. If the π-conjugated compound has electron transporting property then a π-electron conjugated structural surface thereof on which a lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) is mainly distributed, is determined as a first π-electron conjugated structural surface, or if the π-conjugated compound has hole transporting property then a π-electron conjugated structural surface thereof on which a highest occupied molecular orbital (HOMO) is mainly distributed, is determined as the first π-electron conjugated structural surface. In such a situation, the first π-electron conjugated structural surface is oriented substantially in parallel with a surface of the base.

Description

本発明は、電荷輸送性有機薄膜および有機エレクトロルミネッセンス素子に関する。   The present invention relates to a charge transporting organic thin film and an organic electroluminescence device.

近年、高度情報化に伴い、フラットパネルディスプレイのニーズが高まっている。フラットパネルディスプレイとしては、非自発光型の液晶ディスプレイ(LCD)、自発光型のプラズマディスプレイ(PDP)、無機エレクトロルミネセンス(無機EL)ディスプレイ、有機エレクトロルミネセンス(有機EL)ディスプレイ等が知られているが、これらのフラットパネルディスプレイの中でも、有機ELディスプレイは、自発光の点で特に注目されている。   In recent years, the need for flat panel displays has increased with the advancement of information technology. As a flat panel display, a non-self-luminous liquid crystal display (LCD), a self-luminous plasma display (PDP), an inorganic electroluminescence (inorganic EL) display, an organic electroluminescence (organic EL) display, etc. are known. However, among these flat panel displays, the organic EL display is particularly attracting attention in terms of self-light emission.

有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、「有機EL素子」と略称することがある。)としては、1960年代にアントラセン単結晶などの有機固体でのキャリア注入型EL素子が詳しく研究されていた。これらの素子は単層型のものであったが、その後、Tang等は一対の電極間に発光層と正孔輸送層を有する積層型有機EL素子を提案した。これらの注入型EL素子の発光メカニズムは、[1]陰極からの電子注入と陽極からの正孔注入、[2]電子と正孔の固体中の移動、[3]電子と正孔の再結合、[4]生成された一重項励起子からの発光、という段階を経る点で共通する。   As an organic electroluminescence element (hereinafter sometimes abbreviated as “organic EL element”), a carrier injection type EL element in an organic solid such as an anthracene single crystal has been studied in detail in the 1960s. Although these elements were of a single layer type, Tang et al. Proposed a stacked organic EL element having a light emitting layer and a hole transport layer between a pair of electrodes. The emission mechanism of these injection-type EL devices is [1] electron injection from the cathode and hole injection from the anode, [2] movement of electrons and holes in the solid, and [3] recombination of electrons and holes. [4] Emission from the generated singlet excitons is common.

積層型有機EL素子の代表例としては、陽極としてガラス基板上にITO(IndiumTin Oxide)膜を形成し、その上にTPD(N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(3−メチルフェニル)−1,1’−ビフェニル−4,4’−ジアミン)を約50nmの厚さで形成し、その上部にAlq(トリス(8−キノラリト)アルミニウム)を約50nmの厚さで形成し、さらに陰極としてAl、Li合金を蒸着することで素子を構成する例が挙げられる。
陽極に用いるITOの仕事関数を4.4〜5.0eVとすることで、TPDに対して正孔を注入し易くし、陰極には仕事関数のできるだけ小さな金属で安定なものを選ぶ。例えば、AlとLiの合金やMgとAgの合金などである。この構成によると、例えば、5V〜10Vの直流電圧の印加により緑色の発光が得られる。
As a typical example of the stacked organic EL element, an ITO (Indium Tin Oxide) film is formed on a glass substrate as an anode, and TPD (N, N′-diphenyl-N, N′-di (3-methylphenyl) is formed thereon. ) -1,1′-biphenyl-4,4′-diamine) with a thickness of about 50 nm, and Alq 3 (tris (8-quinolalite) aluminum) with a thickness of about 50 nm on top of it, Furthermore, the example which comprises an element by vapor-depositing Al and Li alloy as a cathode is mentioned.
By setting the work function of ITO used for the anode to 4.4 to 5.0 eV, holes can be easily injected into the TPD, and a stable metal with a work function as small as possible is selected for the cathode. For example, an alloy of Al and Li or an alloy of Mg and Ag. According to this configuration, green light emission can be obtained by applying a DC voltage of 5 V to 10 V, for example.

また、キャリア輸送層として導電性液晶を用いた例も知られている。例えば、非特許文献1には、長鎖トリフェニレン系化合物である、ディスコティック液晶の液晶相(Dh相)の移動度が10−3〜10−2cm/Vsecであり、メゾフェーズ(中間相、液晶相ではない)での移動度が10-1cm/Vsecであることが開示されている。さらに、非特許文献2には、棒状液晶においても、フェニルナフタレン系のスメクチックB相における移動度が10−3cm/Vsec以上であることが開示されている。
上記したような従来の有機EL素子では、有機化合物層の厚さは2層或いは3層の膜厚総計で50〜500nm前後である。
An example using conductive liquid crystal as a carrier transport layer is also known. For example, Non-Patent Document 1 discloses that the mobility of a liquid crystal phase (Dh phase) of a discotic liquid crystal that is a long-chain triphenylene compound is 10 −3 to 10 −2 cm 2 / Vsec, and a mesophase (intermediate phase). , Not a liquid crystal phase) is disclosed to be 10-1 cm 2 / Vsec. Further, Non-Patent Document 2 discloses that a mobility in a phenyl naphthalene-based smectic B phase is 10 −3 cm 2 / Vsec or more even in a rod-like liquid crystal.
In the conventional organic EL element as described above, the thickness of the organic compound layer is about 50 to 500 nm in total of two or three layers.

特開平6−330018号公報JP-A-6-330018 特開2001−167887号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2001-167887 特開2001−167888号公報JP 2001-167888 A

Nature,Vol.371,p.141Nature, Vol. 371, p. 141 半那純一、応用物理、第68巻、第1号、p.26,Junichi Hanna, Applied Physics, Vol. 68, No. 1, p. 26, Organic Electronics,10,2009,127−137Organic Electronics, 10, 2009, 127-137 Applied Physics Letters,93,2008,173302Applied Physics Letters, 93, 2008, 173302.

従来の有機EL素子は、厚さが100nm前後の薄層に100MV/cm程度の高電圧を印加するため、電極間ショートが起こりやすいという問題があった。この問題は、有機層各層の膜厚を厚くする、あるいは、有機層を多層にすることで多少軽減されるが、生産性が低下する、さらに駆動電圧が上昇するといった問題が生じる。100MV/cm程度の電界を印加する理由は、有機層のキャリア移動度が小さいためであり、高移動度の有機層を形成できれば印加電界を低減することができる。現在、一般に有機EL素子に用いられているキャリア輸送層の移動度は10−5〜10−3cm/Vsecであり、アモルファス材料でも10−3cm/Vsec程度が限界といわれている。
そのため、高移動度を有する導電性液晶化合物を用いた新しいキャリア輸送層や発光層が期待されている。例えば、キャリア輸送性の高い導電性液晶としては、ディスコティック液晶や高い秩序度を有するスメクチック液晶が挙げられる。
The conventional organic EL element has a problem that a short-circuit between electrodes tends to occur because a high voltage of about 100 MV / cm is applied to a thin layer having a thickness of about 100 nm. This problem is somewhat alleviated by increasing the thickness of each organic layer or by making the organic layer multi-layered, but there are problems that productivity is lowered and drive voltage is increased. The reason for applying an electric field of about 100 MV / cm is that the carrier mobility of the organic layer is small, and the applied electric field can be reduced if an organic layer with a high mobility can be formed. At present, the mobility of a carrier transport layer generally used in an organic EL element is 10 −5 to 10 −3 cm 2 / Vsec, and it is said that the limit is about 10 −3 cm 2 / Vsec even for an amorphous material.
Therefore, new carrier transport layers and light emitting layers using conductive liquid crystal compounds having high mobility are expected. For example, the conductive liquid crystal having a high carrier transport property includes a discotic liquid crystal and a smectic liquid crystal having a high degree of order.

このような問題点を解決するために、強電界条件下で低分子有機材料をスピンコート製膜することによる分子配向方向が制御された有機非晶質薄膜の製造が提案されている(特許文献1参照)。しかしながら、特許文献1では、得られる有機薄膜の分子配向状態に関する情報が開示されておらず、その得られた薄膜が与える特性としては2次の非線形光学効果が明らかにされているのみであった。また、有機EL素子において、そのキャリア輸送層に導電性液晶化合物を用いることによる配向制御された薄膜を用いる試みもなされているが(特許文献2、3参照)、非晶質薄膜を得る方法は開示されておらず、また、有機EL素子としての特性も十分ではなかった。最近、π共役材料としてスチリル系化合物の蒸着製膜を行った場合、基板に対して水平方向の配向が優先することが報告されたが、水平配向が優先することによる電荷輸送特性の変化や、水平配向が優先することを利用した具体的な有機半導体素子については示されていない(非特許文献3、4参照)。   In order to solve such problems, it has been proposed to produce an organic amorphous thin film with controlled molecular orientation by spin coating a low molecular weight organic material under strong electric field conditions (Patent Document). 1). However, Patent Document 1 does not disclose information on the molecular orientation state of the obtained organic thin film, and only the second-order nonlinear optical effect has been clarified as the characteristics given by the obtained thin film. . In addition, in an organic EL element, an attempt has been made to use an alignment-controlled thin film by using a conductive liquid crystal compound for the carrier transport layer (see Patent Documents 2 and 3). It was not disclosed, and the characteristics as an organic EL element were not sufficient. Recently, when vapor deposition of a styryl-based compound as a π-conjugated material was performed, it was reported that the orientation in the horizontal direction has priority over the substrate, but the change in charge transport characteristics due to the priority in the horizontal orientation, There is no specific organic semiconductor element utilizing the priority of horizontal alignment (see Non-Patent Documents 3 and 4).

本発明は、このような従来の実情に鑑みてなされたものであり、優れた電荷輸送性を有する電荷輸送性有機薄膜、および該電荷輸送性有機薄膜を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子を提供するものである。   The present invention has been made in view of such conventional circumstances, and provides a charge transporting organic thin film having excellent charge transporting properties, and an organic electroluminescence device including the charge transporting organic thin film. It is.

本発明者らは、上記課題を解決するため、電荷輸送性の有機薄膜を構成するπ共役化合物の最高占有分子軌道(HOMO)および最低非占有分子軌道(LUMO)に着目し、鋭意研究を重ねた。その結果、有機層のπ共役化合物において、HOMOまたはLUMOが主に分布しているπ電子共役面の配向を制御することにより、有機層の電荷輸送性を高めることができることを見出し、本発明を完成するに至った。すなわち、本発明は、以下の構成を採用した。   In order to solve the above-mentioned problems, the present inventors have made extensive studies focusing on the highest occupied molecular orbital (HOMO) and lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) of the π-conjugated compound constituting the charge transporting organic thin film. It was. As a result, in the π-conjugated compound of the organic layer, it was found that the charge transportability of the organic layer can be improved by controlling the orientation of the π-electron conjugated surface in which HOMO or LUMO is mainly distributed. It came to be completed. That is, the present invention employs the following configuration.

本発明の電荷輸送性有機薄膜は、基材上に形成され、互いに平行でない複数のπ電子共役構造面を有する電荷輸送性のπ共役化合物を含んでなる電荷輸送性の非晶質薄膜であって、前記π共役化合物が電子輸送性である場合は最低非占有分子軌道(LUMO)が主に分布しているπ電子共役構造面を、前記π共役化合物が正孔輸送性である場合は最高占有分子軌道(HOMO)が主に分布しているπ電子共役構造面を、それぞれ第1のπ電子共役構造面としたとき、前記第1のπ電子共役構造面が前記基材の表面に対して実質的に平行に配向していることを特徴とする。   The charge transporting organic thin film of the present invention is a charge transporting amorphous thin film formed on a substrate and comprising a charge transporting π conjugated compound having a plurality of π electron conjugated structure surfaces that are not parallel to each other. When the π-conjugated compound is electron-transporting, the π-electron conjugated structure surface in which the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) is mainly distributed is shown. When the π-conjugated compound is hole-transporting, the highest When the π-electron conjugated structure surface in which occupied molecular orbitals (HOMO) are mainly distributed is the first π-electron conjugated structure surface, the first π-electron conjugated structure surface is in relation to the surface of the substrate. And are substantially parallel.

本発明の電荷輸送性有機薄膜は、前記HOMOおよび前記LUMOが、Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法により導出されることが好ましい。
本発明の電荷輸送性有機薄膜は、前記第1のπ電子共役構造面に平行な遷移双極子モーメントの方向に対する2次の配向パラメータSが、−0.1〜−0.5の範囲にあることができる。
本発明の電荷輸送性有機薄膜は、前記第1のπ電子共役構造面が長軸および短軸を有し、前記第1のπ電子共役構造面の長軸方向に対する2次の配向パラメータSが、−0.1〜−0.5の範囲にあることもできる。
本発明の電荷輸送性有機薄膜は、前記第1のπ共役構造面が、前記π共役化合物において最も面積の広いπ電子共役構造面であることもできる。
In the charge transporting organic thin film of the present invention, it is preferable that the HOMO and the LUMO are derived by an ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W.
In the charge transporting organic thin film of the present invention, the secondary orientation parameter S with respect to the direction of the transition dipole moment parallel to the first π-electron conjugated structure surface is in the range of −0.1 to −0.5. be able to.
In the charge transporting organic thin film of the present invention, the first π-electron conjugated structure surface has a major axis and a minor axis, and the secondary orientation parameter S with respect to the major axis direction of the first π-electron conjugated structure surface is , -0.1 to -0.5.
In the charge transporting organic thin film of the present invention, the first π-conjugated structure surface may be a π-electron conjugated structure surface having the widest area in the π-conjugated compound.

本発明の有機エレクトロルミネッセンス素子は、発光材料を含む少なくとも1層の有機層が2枚の対向する電極間に配置された有機エレクトロルミネッセンス素子であって、前記有機層が、上記本発明の電荷輸送性有機薄膜を含んでなることを特徴とする。   The organic electroluminescence device of the present invention is an organic electroluminescence device in which at least one organic layer containing a light emitting material is disposed between two opposing electrodes, and the organic layer is the charge transport device of the present invention. It is characterized by comprising a conductive organic thin film.

本発明によれば、優れた電荷輸送性を有する電荷輸送性有機薄膜、および該電荷輸送性有機薄膜を備えた有機エレクトロルミネッセンス素子を提供することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the organic electroluminescent element provided with the charge transportable organic thin film which has the outstanding charge transportability, and this charge transportable organic thin film can be provided.

本実施形態の電荷輸送性有機薄膜を適用した素子の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the element to which the charge transportable organic thin film of this embodiment is applied. 図2(a)はMADNの安定構造を示し、図2(c)はMADNのHOMOの分子軌道を示し、図2(c)はMADNのLUMOの分子軌道を示す。2A shows the stable structure of MADN, FIG. 2C shows the molecular orbital of HOMO of MADN, and FIG. 2C shows the molecular orbital of LUMO of MADN. 本発明に係る有機EL素子の一実施形態を示す概略模式図である。It is a schematic diagram which shows one Embodiment of the organic EL element which concerns on this invention. 図4(a)はα−NPDの安定構造であり、図4(b)はα−NPDのHOMOの分子軌道である。4A shows the stable structure of α-NPD, and FIG. 4B shows the HOMO molecular orbital of α-NPD. 図5(a)はTcTaの安定構造であり、図5(b)はTcTaのHOMOの分子軌道である。5A shows a stable structure of TcTa, and FIG. 5B shows a HOMO molecular orbital of TcTa. 図6(a)はBCPの安定構造であり、図6(b)はBCPのLUMOの分子軌道である。6A shows the stable structure of BCP, and FIG. 6B shows the molecular orbital of LUMO of BCP. 図7(a)はmCPの安定構造であり、図7(b)はmCPのHOMOの分子軌道である。FIG. 7A shows a stable structure of mCP, and FIG. 7B shows a molecular orbital of HOMO of mCP. 図8(a)は比較例1の素子1の解析結果を示すグラフであり、図8(b)は実施例1の素子2の解析結果を示すグラフである。FIG. 8A is a graph showing the analysis result of the element 1 of Comparative Example 1, and FIG. 8B is a graph showing the analysis result of the element 2 of Example 1. 比較例1の素子1及び実施例1の素子2の電流−電圧(I−V)特性測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the current-voltage (IV) characteristic measurement result of the element 1 of the comparative example 1, and the element 2 of Example 1. FIG. 検討例1の電流−電圧(I−V)特性測定結果を示すグラフである。6 is a graph showing a measurement result of current-voltage (IV) characteristics of Study Example 1. 検討例2の配向パラメータSおよび2V印加時の電流密度を示すグラフである。It is a graph which shows the orientation parameter S of the examination example 2, and the current density at the time of 2V application. 検討例3の配向パラメータSを示すグラフである。10 is a graph showing an orientation parameter S of Study Example 3.

以下、本発明に係る電荷輸送性有機薄膜、及びこれを用いた有機エレクトロルミネッセンス素子の一実施形態について説明する。なお、以下に示す実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。   Hereinafter, an embodiment of a charge transporting organic thin film according to the present invention and an organic electroluminescence device using the same will be described. The following embodiments are specifically described for better understanding of the gist of the invention, and do not limit the present invention unless otherwise specified. In addition, in the drawings used in the following description, in order to make the features of the present invention easier to understand, there is a case where a main part is shown in an enlarged manner for convenience, and the dimensional ratio of each component is the same as the actual one. Not necessarily.

本実施形態の電荷輸送性有機薄膜は、分子構造中に互いに平行でない複数のπ電子共役構造面を有する電荷輸送性のπ共役化合物を含んでなる電荷輸送性の非晶質薄膜である。ここで、「電荷輸送性」とは、電子輸送性または正孔輸送性であることを表す。   The charge transporting organic thin film of this embodiment is a charge transporting amorphous thin film comprising a charge transporting π conjugated compound having a plurality of π electron conjugated structure surfaces that are not parallel to each other in the molecular structure. Here, “charge transportability” means electron transportability or hole transportability.

従来より、電荷輸送性の有機薄膜において、有機薄膜を構成するπ共役化合物を電極等の基材の平面に対して平行に配向させる技術が開示されている。しかし、π共役化合物の分子構造によっては、分子構造中の全てのπ電子共役構造面が同一平面上にない場合がある。   Conventionally, in a charge transporting organic thin film, a technique for orienting a π-conjugated compound constituting the organic thin film in parallel to the plane of a substrate such as an electrode has been disclosed. However, depending on the molecular structure of the π-conjugated compound, all π-electron conjugated structure surfaces in the molecular structure may not be on the same plane.

本発明者らが、互いに平行でない複数のπ電子共役構造面を有するπ共役化合物を含む電荷輸送性の非晶質薄膜について鋭意研究を行ったところ、π共役化合物のπ電子軌道のうち、最高占有分子軌道(HOMO)または最低非占有分子軌道(LUMO)の分布を考慮して薄膜中のπ共役化合物の配向を制御することが電荷輸送性の向上には重要であることを見出した。電荷(電子、正孔)移動の起こり易さは、薄膜中の導電方向における電荷移動に関与するπ軌道の重なりが重要である。そのため、従来技術のように、分子中のいずれかのπ電子共役構造面を電極等の基材表面に対して平行に配向させるだけでは、必ずしも電荷輸送性が向上しない場合があることが判明した。   As a result of intensive studies on the charge-transporting amorphous thin film containing a π-conjugated compound having a plurality of π-electron conjugated structure surfaces that are not parallel to each other, the present inventors have found the highest π-electron orbital of the π-conjugated compound. It was found that controlling the orientation of the π-conjugated compound in the thin film in consideration of the distribution of occupied molecular orbitals (HOMO) or lowest unoccupied molecular orbitals (LUMO) is important for improving the charge transport property. For the ease of charge (electron, hole) movement, the overlap of π orbitals involved in charge movement in the conductive direction in the thin film is important. Therefore, as in the prior art, it was found that the charge transportability may not necessarily be improved by simply aligning any π-electron conjugated structure surface in the molecule parallel to the surface of the substrate such as an electrode. .

図1に本実施形態の電荷輸送性有機薄膜を適用した素子の一例を模式的に示す。図1に示す素子10は、一対の電極1、2間に本実施形態の電荷輸送性有機薄膜5(以下、「有機薄膜5」と略称することがある。)が狭持されて構成されている。有機薄膜5の膜厚は、特に限定されず、例えば、10〜100nmの範囲とされる。
本実施形態の有機薄膜5において、有機薄膜5を構成するπ共役化合物は、その分子構造中の複数のπ電子共役構造面のうち、HOMOあるいはLUMOが主に分布しているπ電子共役構造面(第1のπ電子共役構造面)が、基材である電極1(または電極2)の表面に対して実質的に平行に配向している。
FIG. 1 schematically shows an example of a device to which the charge transporting organic thin film of the present embodiment is applied. The element 10 shown in FIG. 1 is configured by sandwiching a charge transporting organic thin film 5 of the present embodiment (hereinafter sometimes abbreviated as “organic thin film 5”) between a pair of electrodes 1 and 2. Yes. The film thickness of the organic thin film 5 is not specifically limited, For example, it is set as the range of 10-100 nm.
In the organic thin film 5 of this embodiment, the π conjugated compound constituting the organic thin film 5 is a π electron conjugated structure surface in which HOMO or LUMO is mainly distributed among a plurality of π electron conjugated structure surfaces in the molecular structure. The (first π electron conjugated structure surface) is oriented substantially parallel to the surface of the electrode 1 (or electrode 2) which is the base material.

ここで、本実施形態において有機薄膜5が形成される基材とは、その表面が平坦である結晶性又は非晶質性の板状の基材(基板)を用いることができる。例えば、結晶性基板としては、シリコン、サファイア等による単結晶基板や、その表面に有機または無機薄膜を成膜した基板、ガラス基板上にITO(Indium Tin Oxide)のような無機導電性酸化物の電極を成膜した基板、または電極等が挙げられる。
本実施形態の有機薄膜5を構成するπ共役化合物が有するπ電子共役構造面としては、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、フェナントロリン環、ベンゾフラン環、ベンゾジフラン環、トリアジン環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、トリアゾール環、ピリジン環、オキサジアゾール環、カルバゾール環等が挙げられる。
また、本実施形態において、π電子共役構造面(第1のπ電子共役構造面)が基材の表面に対して実質的に平行に配向とは、該π電子共役構造面が基材表面に完全に平行な場合は勿論のこと、該π電子共役構造面と基材表面とがなす角度が45°未満になるように配向している状態を示す。
Here, in the present embodiment, the substrate on which the organic thin film 5 is formed may be a crystalline or amorphous plate-like substrate (substrate) having a flat surface. For example, as a crystalline substrate, an inorganic conductive oxide such as ITO (Indium Tin Oxide) is formed on a single crystal substrate made of silicon, sapphire or the like, a substrate on which an organic or inorganic thin film is formed, or a glass substrate. Examples thereof include a substrate on which an electrode is formed or an electrode.
The π-conjugated structure surface of the π-conjugated compound constituting the organic thin film 5 of the present embodiment includes a benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, phenanthroline ring, benzofuran ring, benzodifuran ring, triazine ring, imidazole ring, and benzimidazole ring. , Triazole ring, pyridine ring, oxadiazole ring, carbazole ring and the like.
In this embodiment, the π-electron conjugated structure surface (first π-electron conjugated structure surface) is oriented substantially parallel to the surface of the substrate. Needless to say, the case where they are completely parallel indicates a state in which the π-electron conjugated structure surface and the substrate surface are oriented so that an angle is less than 45 °.

本実施形態の有機薄膜5において、有機薄膜5を構成するπ共役化合物が電子輸送性である場合、電子移動に関与する軌道であるLUMOが主に分布しているπ電子共役構造面が基材である電極1の表面に対して実質的に平行となるように配向している。これにより、有機薄膜5の膜厚方向(導電方向)に隣接するπ共役化合物のLUMOに相当するπ電子軌道の重なりが大きくなり、電極1、2に挟まれた有機薄膜5の膜厚方向の電子輸送性が向上する。
また、本実施形態の有機薄膜5において、有機薄膜5を構成するπ共役化合物が正孔輸送性である場合、正孔移動に関与する軌道であるHOMOが主に分布しているπ電子共役構造面が基材である電極1の表面に対して実質的に平行となるように配向している。これにより、有機薄膜5の膜厚方向(導電方向)に隣接するπ共役化合物のHOMOに相当するπ電子軌道の重なりが大きくなり、電極1、2に挟まれた有機薄膜5の膜厚方向の正孔輸送性が向上する。
In the organic thin film 5 of the present embodiment, when the π conjugated compound constituting the organic thin film 5 is electron transporting, the π electron conjugated structure surface in which LUMO, which is an orbital involved in electron transfer, is mainly distributed is the base material. Are oriented so as to be substantially parallel to the surface of the electrode 1. Thereby, the overlap of the π electron orbit corresponding to the LUMO of the π conjugated compound adjacent to the film thickness direction (conducting direction) of the organic thin film 5 is increased, and the film thickness direction of the organic thin film 5 sandwiched between the electrodes 1 and 2 is increased. Electron transportability is improved.
Further, in the organic thin film 5 of the present embodiment, when the π conjugated compound constituting the organic thin film 5 is hole transporting, a π electron conjugated structure in which HOMO which is an orbital involved in hole movement is mainly distributed. The surface is oriented so as to be substantially parallel to the surface of the electrode 1 as a substrate. Thereby, the overlap of π electron orbits corresponding to HOMO of the π conjugated compound adjacent to the film thickness direction (conducting direction) of the organic thin film 5 is increased, and the film thickness direction of the organic thin film 5 sandwiched between the electrodes 1 and 2 is increased. Hole transportability is improved.

このように高い電荷輸送性を有する本実施形態の有機薄膜5を用いて後述する有機エレクトロルミネッセンス素子(以下、「有機EL素子」と略称することがある。)を構成するならば、電極から有機層(有機薄膜)への電荷の注入効率が向上するので、有機EL素子の駆動電圧を低電圧化できる。   If an organic electroluminescence element (hereinafter sometimes abbreviated as “organic EL element”), which will be described later, is configured using the organic thin film 5 of the present embodiment having such a high charge transporting property, an organic material is formed from the electrode. Since the charge injection efficiency into the layer (organic thin film) is improved, the driving voltage of the organic EL element can be lowered.

有機薄膜5を構成するπ共役化合物のHOMOおよびLUMOの分布は、非経験的分子軌道法により算出することができる。非経験的分子軌道法を用いたHOMOおよびLUMO算出は、汎用の量子化学計算ソフトを用いて行うことができ、例えば、米国Gaussian社製のGaussianシリーズ、Schrodinger社製のMarcoModel、Wavefunction社製のSpartan、アドバンスソフト社製のABINIT-MP/BioStation等が挙げられ、Gaussian09(Gaussian09W、Gaussian09M)が好適である。
Gaussian09Wを用いてπ共役化合物のHOMOまたはLUMOの分布を計算する場合、まず、チェックポイントファイルの指定、分子モデルの初期座標、計算方法と基底関数、電荷とスピン多重度を入力してインプットファイルを作成し、計算を実行することにより最適構造化を行い、π共役化合物の安定構造を計算する。次いで、得られた安定構造に対して分子軌道を表示することにより、π共役化合物のHOMOまたはLUMOの分布を可視化することができる。なお、インプットファイルの作成・実行の際の計算方法には、Hartree-Fock法、密度汎関数法(DFT)、MP(Moller Plesset perturbation theory)法、CC(Coupled Cluster theory)法を選択できる。本明細書において後述するGaussian09Wによる計算は、DFT法を用いて行った。また、Gaussian09Wでは安定構造の計算と同時にHOMO、LUMOも計算されており、GaussianViewによりHOMO、LUMOの分布を可視化できる。
The distribution of HOMO and LUMO of the π-conjugated compound constituting the organic thin film 5 can be calculated by an ab initio molecular orbital method. HOMO and LUMO calculations using the ab initio molecular orbital method can be performed using general-purpose quantum chemistry calculation software. For example, Gaussian series by Gaussian in the United States, MarcoModel by Schrodinger, Spartan by Wavefunction For example, ABINIT-MP / BioStation manufactured by Advanced Software, Inc., Gaussian09 (Gaussian09W, Gaussian09M) is preferable.
When calculating the HOMO or LUMO distribution of a π-conjugated compound using Gaussian09W, first input the input file by specifying the checkpoint file, initial coordinates of the molecular model, calculation method and basis function, charge and spin multiplicity. Create and perform calculation to optimize structuring and calculate the stable structure of π-conjugated compounds. Subsequently, the HOMO or LUMO distribution of the π-conjugated compound can be visualized by displaying molecular orbitals with respect to the obtained stable structure. As the calculation method for creating and executing the input file, the Hartree-Fock method, the density functional method (DFT), the MP (Moller Plesset perturbation theory) method, and the CC (Coupled Cluster theory) method can be selected. The calculation by Gaussian 09W described later in this specification was performed using the DFT method. In Gaussian 09W, HOMO and LUMO are calculated simultaneously with the calculation of the stable structure, and the distribution of HOMO and LUMO can be visualized by GaussianView.

例えば、両極性電荷輸送性を示す有機材料として注目されている2−メチル−9,10−ビス(ナフタレン−2−イル)アントラセン(MADN)の分子構造を以下に示す。   For example, the molecular structure of 2-methyl-9,10-bis (naphthalen-2-yl) anthracene (MADN), which is attracting attention as an organic material exhibiting ambipolar charge transportability, is shown below.

MADNはアントラセンの両側(9位と10位)にナフタレンが結合した構造である。
MADNについて、Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31G(d)により計算したMADNの安定構造を図2(a)に示す。また、この安定構造に対してMADNのHOMOの分子軌道を可視化したものを 図2(b)に、LUMOの分子軌道を可視化したものを図2(c)に示す。
図2に示すように、MADNのHOMOおよびLUMOの分子軌道はアントラセン環にあり、ナフタレン環にはほとんど存在しない。
MADNは両極性電荷輸送性であるが、後述の如く有機EL素子の電極間に配置される有機層の一層としてMADNを適用するには、MADN膜を電荷輸送性または正孔輸送性の層として機能させるいずれの場合にも、HOMOおよびLUMOが主に分布しているアントラセン環が、基材である電極表面に対して実質的に水平方向に配向するように膜中のMADNの配向を制御することにより、MADN膜の電荷輸送性を向上させることができ、当該有機EL素子の駆動電圧を低電圧化できる。
MADN has a structure in which naphthalene is bonded to both sides (9th and 10th positions) of anthracene.
FIG. 2 (a) shows the stable structure of MADN calculated for MADN using level B3LYP / 6-31G (d) of the inexperienced molecular orbital calculation method using Gaussian09W. FIG. 2 (b) shows the HOMO molecular orbital of MADN and FIG. 2 (c) shows the LUMO molecular orbital visualized for this stable structure.
As shown in FIG. 2, the HOMO and LUMO molecular orbitals of MADN are in the anthracene ring and hardly exist in the naphthalene ring.
Although MADN is ambipolar charge transporting, in order to apply MADN as one layer of an organic layer disposed between electrodes of an organic EL element as described later, the MADN film is used as a charge transporting or hole transporting layer. In any case of functioning, the orientation of MADN in the film is controlled so that the anthracene ring in which HOMO and LUMO are mainly distributed is oriented in a substantially horizontal direction with respect to the electrode surface as a substrate. As a result, the charge transporting property of the MADN film can be improved, and the driving voltage of the organic EL element can be lowered.

有機薄膜5中のπ共役化合物の配向を上記の如く制御する方法としては、有機薄膜5の成膜後に熱処理を施す方法、有機薄膜5の成膜中の加熱、磁場あるいは電場の印加等により配向性を生じさせる方法が挙げられる。
一例として、MADN膜の場合は、後述の実施例に示す如く、成膜後のMADN膜を140℃で熱処理する、又はMADN膜の成膜時の基材(基板あるいは電極の成膜面)の温度を60℃以上にする、ことによりMADNのアントラセン環が実質的に基材表面に対して水平方向に配向したMADN膜を成膜できる。
As a method for controlling the orientation of the π-conjugated compound in the organic thin film 5 as described above, the heat treatment is performed after the organic thin film 5 is formed, the heating is performed during the formation of the organic thin film 5, the magnetic field or the electric field is applied, etc. The method of producing sex is mentioned.
As an example, in the case of a MADN film, as shown in the examples described later, the formed MADN film is heat-treated at 140 ° C., or the substrate (film formation surface of the substrate or electrode) at the time of forming the MADN film is used. By setting the temperature to 60 ° C. or higher, a MADN film in which the anthracene ring of MADN is oriented substantially in the horizontal direction with respect to the substrate surface can be formed.

上述の如く本実施形態に有機薄膜5は、π共役化合物の複数のπ電子共役構造面のうち、電荷移動に関与する分子軌道(π共役化合物が正孔輸送性の場合はHOMO、電子輸送性の場合はLUMO)が主に分布するπ電子共役構造面が、基材表面に対して実質的に水平に配向して構成されている。ここで、「HOMOまたはLUMOが主に分布しているπ電子共役構造面」とは、π共役化合物の複数のπ電子共役構造平面の中で、HOMOまたはLUMOの分布割合が最も多いπ電子共役構造面を示す。なお、本実施形態の有機薄膜5を構成可能なπ共役化合物の中には、後述の如く、複数のπ電子共役構造面に満遍なくHOMOまたはLUMOが分布している場合もある。その場合は、最も面積の大きいπ電子共役構造面を基材表面に対して実質的に水平に配向させることが好ましく、これにより、有機薄膜5の電荷輸送性を向上できる。   As described above, in this embodiment, the organic thin film 5 has a molecular orbital involved in charge transfer among a plurality of π-electron conjugated structure surfaces of a π-conjugated compound (HOMO, electron transportability when the π-conjugated compound has hole transportability). In this case, the π-electron conjugated structure surface in which LUMO) is mainly distributed is configured to be oriented substantially horizontally with respect to the substrate surface. Here, “a π-electron conjugated structure surface in which HOMO or LUMO is mainly distributed” means a π-electron conjugate having the largest distribution ratio of HOMO or LUMO among a plurality of π-electron conjugated structure planes of a π-conjugated compound. The structural surface is shown. In addition, among π-conjugated compounds that can form the organic thin film 5 of the present embodiment, HOMO or LUMO may be evenly distributed over a plurality of π-electron conjugated structure surfaces, as will be described later. In that case, it is preferable to align the π-electron conjugated structure surface having the largest area substantially horizontally with respect to the substrate surface, whereby the charge transport property of the organic thin film 5 can be improved.

本実施形態の有機薄膜5において、π共役化合物の複数のπ電子共役構造面のうち、HOMOまたはLUMOが主に分布するπ電子共役構造面(第1のπ電子共役構造面)に平行な遷移双極子モーメントの方向に対する2次の配向パラメータSが、−0.1〜−0.5の範囲であることが好ましい。有機薄膜Sの配向パラメータSが前記範囲であることにより、第1のπ電子共役構造面が基材表面に対して水平方向に近くなり、有機薄膜5の電荷輸送性が良好となるので好ましい。後述の実施例で示す如く、第1のπ電子共役構造面が、他のπ電子共役構造面よりも、基材表面に対して水平方向に配向することにより、第1のπ電子共役構造面に平行な遷移双極子モーメントの方向に対する2次の配向パラメータSが、−0.1以下となり、電荷輸送性が向上していることが確認されている。   In the organic thin film 5 of the present embodiment, a transition parallel to a π-electron conjugated structure surface (first π-electron conjugated structure surface) in which HOMO or LUMO is mainly distributed among a plurality of π-electron conjugated structure surfaces of the π-conjugated compound. The secondary orientation parameter S with respect to the direction of the dipole moment is preferably in the range of −0.1 to −0.5. When the orientation parameter S of the organic thin film S is in the above range, the first π-electron conjugated structure surface is close to the horizontal direction with respect to the substrate surface, and the charge transporting property of the organic thin film 5 is preferable. As shown in the examples described later, the first π-electron conjugated structure surface is oriented in the horizontal direction with respect to the substrate surface rather than the other π-electron conjugated structure surfaces, whereby the first π-electron conjugated structure surface It is confirmed that the secondary orientation parameter S with respect to the direction of the transition dipole moment parallel to is −0.1 or less, and the charge transport property is improved.

配向パラメータSは、分子の配向軸と、基材に対して垂直方向との角度をθ(°)とした時、以下の式(A)で表される(非特許文献4参照)。   The orientation parameter S is represented by the following formula (A) when the angle between the orientation axis of the molecule and the direction perpendicular to the substrate is θ (°) (see Non-Patent Document 4).

(式(A)中、kxyは基板に対して水平方向の消衰係数、kzは基板に対して垂直方向の消衰係数を表す。)
ここで、x及びyを、互いに直交し且つ光学的に等方的な二つの方向とし、これらの方向の消衰係数をk及びkとすると、kxy=k=kである。
式(A)において、kxyおよびkzは有機薄膜5の分光エリプソメトリ等の光学的評価により求めることができる。例えば、有機薄膜が光学的に異方性を有していない場合はS=0、有機薄膜中の分子配向方向が基材に対して完全に垂直方向の場合はS=1、有機薄膜中の分子配向方向が基材に対して完全に水平方向の場合はS=−0.5となる。そのため、本実施形態では、上記した配向パラメータSの好ましい範囲の下限値を−0.5と設定した。
(In the formula (A), k xy represents an extinction coefficient in the horizontal direction with respect to the substrate, and k z represents an extinction coefficient in the vertical direction with respect to the substrate.)
Here, the x and y, and isotropic two directions perpendicular to and optically to one another, when the extinction coefficient of these directions to k x and k y, is k xy = k x = k y .
In the formula (A), k xy and k z can be obtained by optical evaluation such as spectral ellipsometry of the organic thin film 5. For example, when the organic thin film is not optically anisotropic, S = 0, when the molecular orientation direction in the organic thin film is completely perpendicular to the substrate, S = 1, When the molecular orientation direction is completely horizontal to the substrate, S = −0.5. Therefore, in the present embodiment, the lower limit value of the preferable range of the orientation parameter S described above is set to −0.5.

本実施形態の有機薄膜5において、式(A)におけるθの設定基準となる分子の配向軸を、HOMOまたはLUMOが主に分布するπ電子共役構造面(第1のπ電子共役構造面)に平行な遷移双極子モーメントの方向とする。ここで、有機薄膜5を構成するπ共役化合物のπ電子共役構造面に平行な方向を含む各方向の遷移双極子モーメントは、Gaussian09Wの時間依存密度汎関数法(TD-DFT)を用いた電子励起状態の計算結果から得ることができる。得られた計算結果に遷移双極子モーメントの向き、大きさ、波長が記載されているので、これらと実際に測定した有機薄膜5の消衰係数曲線のピークの波長と比較することにより、どの吸収ピークがどの方向の遷移双極子モーメントに由来するかを判定できる。   In the organic thin film 5 of the present embodiment, the orientation axis of the molecule serving as the setting reference for θ in the formula (A) is on the π-electron conjugated structure surface (first π-electron conjugated structure surface) in which HOMO or LUMO is mainly distributed. The direction of the parallel transition dipole moment. Here, the transition dipole moment of each direction including the direction parallel to the π-electron conjugated structure surface of the π-conjugated compound constituting the organic thin film 5 is an electron using Gaussian 09W time-dependent density functional theory (TD-DFT). It can be obtained from the calculation result of the excited state. Since the direction, magnitude, and wavelength of the transition dipole moment are described in the obtained calculation result, it is possible to determine which absorption by comparing these with the peak wavelength of the extinction coefficient curve of the organic thin film 5 actually measured. It can be determined in which direction the peak is derived from the transition dipole moment.

本実施形態の有機薄膜5において、式(A)におけるθの設定基準となる分子の配向軸は、HOMOまたはLUMOが主に分布する第1のπ電子共役構造面に平行な遷移双極子モーメントの方向とされるが、上記したMADNのように第1のπ電子共役構造面が、アントラセン等の長軸および短軸を有する形状の場合は、第1のπ電子共役構造面の長軸方向を分子の配向軸として、配向パラメータSを設定することが好ましい。この場合の配向パラメータSも、上記同様、−0.1〜−0.5の範囲とすることが好ましい。   In the organic thin film 5 of the present embodiment, the orientation axis of the molecule serving as the setting reference for θ in the formula (A) is the transition dipole moment parallel to the first π-electron conjugated structure surface in which HOMO or LUMO is mainly distributed. However, when the first π-electron conjugated structure surface has a major axis and a minor axis such as anthracene as in the above-mentioned MADN, the major axis direction of the first π-electron conjugated structure surface is The orientation parameter S is preferably set as the molecular orientation axis. In this case, the orientation parameter S is preferably in the range of −0.1 to −0.5 as described above.

また、本実施形態の有機薄膜5において、第1のπ電子共役構造面が直線状である場合は、第1のπ電子共役構造面の直線方向(長尺方向)を分子の配向軸として、配向パラメータSを設定することが好ましい。この場合の配向パラメータSも、上記同様、−0.1〜−0.5の範囲とすることが好ましい。   In the organic thin film 5 of the present embodiment, when the first π electron conjugated structure surface is linear, the linear direction (long direction) of the first π electron conjugated structure surface is the molecular alignment axis, It is preferable to set the orientation parameter S. In this case, the orientation parameter S is preferably in the range of −0.1 to −0.5 as described above.

さらに、本実施形態の有機薄膜5において、第1のπ電子共役構造面が円形状あるいは正方形状である場合は、第1のπ電子共役構造面の面内にある(該共役構造面に平行な)遷移双極子モーメントの方向を分子の配向軸として、配向パラメータSを設定することが好ましい。この場合の配向パラメータSも、上記同様、−0.1〜−0.5の範囲とすることが好ましい。   Further, in the organic thin film 5 of the present embodiment, when the first π electron conjugated structure surface is circular or square, it is in the plane of the first π electron conjugated structure surface (parallel to the conjugated structure surface). It is preferable to set the orientation parameter S with the direction of the transition dipole moment as the orientation axis of the molecule. In this case, the orientation parameter S is preferably in the range of −0.1 to −0.5 as described above.

以上説明したように、本実施形態の有機薄膜5は、π共役化合物の複数のπ電子共役構造面のうち、電荷移動に関与する分子軌道(π共役化合物が正孔輸送性の場合はHOMO、電子輸送性の場合はLUMO)が主に分布するπ電子共役構造面が、基材表面に対して実質的に水平に配向して構成されている。そのため、電荷移動に関与するπ軌道の重なりが大きくなることにより、良好な電荷輸送性を有する有機薄膜5となる。
本実施形態の電荷輸送性有機薄膜5は、有機エレクトロルミネッセンス素子、有機薄膜トランジスタ等、種々の有機電子デバイスに適用可能である。本実施形態の有機薄膜5は高い電荷輸送性を有するため、有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)を構成する有機層の少なくとも一層として有機薄膜5を適用することで、該有機EL素子の電極から有機層(有機薄膜5)への電荷注入効率が向上し、該有機EL素子の駆動電圧を低電圧化できる。
As described above, the organic thin film 5 of the present embodiment has a molecular orbital involved in charge transfer among the plurality of π-electron conjugated structure surfaces of the π-conjugated compound (in the case where the π-conjugated compound has hole transportability, HOMO, In the case of electron transporting property, the π-electron conjugated structure surface in which LUMO) is mainly distributed is configured to be oriented substantially horizontally with respect to the substrate surface. Therefore, the overlap of the π orbitals involved in charge transfer is increased, whereby the organic thin film 5 having good charge transportability is obtained.
The charge transporting organic thin film 5 of the present embodiment is applicable to various organic electronic devices such as an organic electroluminescence element and an organic thin film transistor. Since the organic thin film 5 of the present embodiment has high charge transportability, the organic thin film 5 is applied as at least one layer of the organic layer constituting the organic electroluminescence element (organic EL element). Charge injection efficiency into the organic layer (organic thin film 5) is improved, and the driving voltage of the organic EL element can be lowered.

以下、上記本実施形態の有機薄膜5を用いてなる有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)の一実施形態について説明する。
図3は、本発明に係る有機EL素子の一実施形態を示す概略模式図である。
図3に示す本実施形態に係る有機EL素子20は、ガラス板等の基板11上に形成された第1電極(陽極)12と、第1電極12に対向配置された第2電極(陰極)19と、この一対の電極12、19間に挟持された有機EL層(有機層)7から構成される。
Hereinafter, an embodiment of an organic electroluminescence element (organic EL element) using the organic thin film 5 of the present embodiment will be described.
FIG. 3 is a schematic diagram showing one embodiment of the organic EL element according to the present invention.
The organic EL element 20 according to the present embodiment shown in FIG. 3 includes a first electrode (anode) 12 formed on a substrate 11 such as a glass plate, and a second electrode (cathode) disposed to face the first electrode 12. 19 and an organic EL layer (organic layer) 7 sandwiched between the pair of electrodes 12 and 19.

有機EL層7は、公知の有機EL材料を用いる事が可能で、例えば、第1電極12と第2電極19との間に少なくとも有機発光材料からなる有機発光層7を有する有機層を含む有機EL層7により構成されているが、これらに限定されるものではない。
本実施形態の有機EL素子20における有機EL層7は、有機発光層15の単層構造でも、図3に示すような有機発光層15と正孔輸送性または電子輸送性の電荷輸送層との多層構造でもよく、具体的には、下記の構成が挙げられるが、本発明はこれらにより限定されるものではない。
The organic EL layer 7 can use a known organic EL material. For example, the organic EL layer 7 includes an organic layer including an organic layer having at least an organic light emitting layer 7 made of an organic light emitting material between the first electrode 12 and the second electrode 19. Although composed of the EL layer 7, it is not limited to these.
The organic EL layer 7 in the organic EL element 20 of the present embodiment is composed of an organic light emitting layer 15 and a hole transporting or electron transporting charge transporting layer as shown in FIG. A multilayer structure may be used, and specific examples include the following configurations, but the present invention is not limited thereto.

(1)有機発光層15
(2)正孔輸送層14/有機発光層15
(3)有機発光層15/電子輸送層17
(4)正孔輸送層14/有機発光層15/電子輸送層17
(5)正孔注入層13/正孔輸送層14/有機発光層15/電子輸送層17
(6)正孔注入層13/正孔輸送層14/有機発光層15/電子輸送層17/電子注入層18
(7)正孔注入層13/正孔輸送層14/有機発光層15/正孔防止層16/電子輸送層17
(8)正孔注入層13/正孔輸送層14/有機発光層15/正孔防止層16/電子輸送層17/電子注入層18
(9)正孔注入層13/正孔輸送層14/電子防止層/有機発光層15/正孔防止層16/電子輸送層17/電子注入層18
ここで、有機発光層15、正孔注入層13、正孔輸送層14、正孔防止層16、電子防止層、電子輸送層17及び電子注入層18の各層は、単層構造でも多層構造でもよい。
(1) Organic light emitting layer 15
(2) Hole transport layer 14 / organic light emitting layer 15
(3) Organic light emitting layer 15 / electron transport layer 17
(4) Hole transport layer 14 / organic light emitting layer 15 / electron transport layer 17
(5) Hole injection layer 13 / hole transport layer 14 / organic light emitting layer 15 / electron transport layer 17
(6) Hole injection layer 13 / hole transport layer 14 / organic light emitting layer 15 / electron transport layer 17 / electron injection layer 18
(7) Hole injection layer 13 / hole transport layer 14 / organic light emitting layer 15 / hole prevention layer 16 / electron transport layer 17
(8) Hole injection layer 13 / hole transport layer 14 / organic light emitting layer 15 / hole prevention layer 16 / electron transport layer 17 / electron injection layer 18
(9) Hole injection layer 13 / hole transport layer 14 / electron blocking layer / organic light emitting layer 15 / hole blocking layer 16 / electron transport layer 17 / electron injection layer 18
Here, each of the organic light emitting layer 15, the hole injection layer 13, the hole transport layer 14, the hole prevention layer 16, the electron prevention layer, the electron transport layer 17 and the electron injection layer 18 may have a single layer structure or a multilayer structure. Good.

上記本実施形態の有機薄膜5は良好な電荷輸送性を有するため、本実施形態の有機EL素子20の正孔注入層13、正孔輸送層14、電子防止層、有機発光層15、正孔防止層16、電子輸送層17、電子注入層18の少なくともいずれか一層に上記実施形態の有機薄膜5が適用されることが好ましい。
ここで、有機EL素子20の有機EL素子7を構成する少なくとも一層が電荷輸送性のπ共役化合物より構成され、該π共役化合物がその分子構造中に複数の平行でないπ電子共役構造面を有する場合に、上記本実施形態の有機薄膜5を適用可能である。なお、有機薄膜5の配向を適用可能な層および化合物については、後述する。
Since the organic thin film 5 of the present embodiment has a good charge transporting property, the hole injection layer 13, the hole transport layer 14, the electron blocking layer, the organic light emitting layer 15, and the holes of the organic EL element 20 of the present embodiment. It is preferable that the organic thin film 5 of the above embodiment is applied to at least one of the prevention layer 16, the electron transport layer 17, and the electron injection layer 18.
Here, at least one layer constituting the organic EL element 7 of the organic EL element 20 is composed of a charge transporting π-conjugated compound, and the π-conjugated compound has a plurality of non-parallel π-electron conjugated structure surfaces in its molecular structure. In this case, the organic thin film 5 of the present embodiment can be applied. In addition, the layer and compound which can apply the orientation of the organic thin film 5 are mentioned later.

以下、有機EL素子20の各構成要素について説明する。
第1電極12及び第2電極19は、陽極又は陰極として機能するものであることが好ましい。陰極を構成する材料としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属等が挙げられる。安定性を考慮する場合、陰極は、カルシウム膜、アルミニウム膜、アルミニウムリチウム合金、アルミニウム銅合金、アルミニウム銅シリコン合金、カルシウムとアルミニウムとの積層膜、リチウム、ナトリウムカリウム合金、マグネシウム合金膜、バリウム膜、バリウム化合物膜、セシウム膜、セシウム化合物膜、フッ素化合物膜等であることが好ましい。陽極を構成する材料としては、酸化インジウム錫(ITO)、酸化インジウム亜鉛(IZO(登録商標))、酸化インジウム、酸化錫、CdSnO、酸化亜鉛、ヨウ化銅、金、白金等が挙げられる。なお、図3には、第1電極12が陽極、第2電極19が陰極の場合を示しているが、本発明はこれに限定されず、第1電極12が陰極、第2電極19が陽極であってもよい。その場合、有機EL層7の積層構造を図3とは上下逆にして、陽極側に正孔輸送性の層を配置し、陰極側に電子輸送性の層を配置すればよい。
Hereinafter, each component of the organic EL element 20 will be described.
It is preferable that the 1st electrode 12 and the 2nd electrode 19 function as an anode or a cathode. Examples of the material constituting the cathode include alkali metals and alkaline earth metals. When considering stability, the cathode is a calcium film, aluminum film, aluminum lithium alloy, aluminum copper alloy, aluminum copper silicon alloy, laminated film of calcium and aluminum, lithium, sodium potassium alloy, magnesium alloy film, barium film, A barium compound film, a cesium film, a cesium compound film, a fluorine compound film, or the like is preferable. Examples of the material constituting the anode include indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO (registered trademark)), indium oxide, tin oxide, Cd 2 SnO 4 , zinc oxide, copper iodide, gold, platinum, and the like. It is done. FIG. 3 shows the case where the first electrode 12 is an anode and the second electrode 19 is a cathode. However, the present invention is not limited to this, and the first electrode 12 is a cathode and the second electrode 19 is an anode. It may be. In that case, the layered structure of the organic EL layer 7 may be reversed upside down from that in FIG. 3, the hole transporting layer is disposed on the anode side, and the electron transporting layer is disposed on the cathode side.

第1電極12及び第2電極19は、上記の材料を用いてEB(電子ビーム)蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、抵抗加熱蒸着法等の公知の方法により基板上に形成することができるが、本発明はこれらの形成方法に限定されるものではない。また、必要に応じて、フォトリソグラフフィー法、レーザー剥離法により、形成した電極をパターン化することもでき、シャドーマスクと組み合わせることで直接パターン化した電極を形成することもできる。
第1電極12及び第2電極16の膜厚は、50nm以上が好ましい。第1電極12及び第2電極19の膜厚が50nm未満の場合には、配線抵抗が高くなることから、駆動電圧の上昇が生じるおそれがある。
The first electrode 12 and the second electrode 19 can be formed on the substrate using the above materials by a known method such as an EB (electron beam) vapor deposition method, a sputtering method, an ion plating method, or a resistance heating vapor deposition method. However, the present invention is not limited to these forming methods. If necessary, the formed electrode can be patterned by a photolithographic fee method or a laser peeling method, or a patterned electrode can be directly formed by combining with a shadow mask.
The film thickness of the first electrode 12 and the second electrode 16 is preferably 50 nm or more. When the film thicknesses of the first electrode 12 and the second electrode 19 are less than 50 nm, the wiring resistance increases, so that the drive voltage may increase.

有機発光層15は、有機発光材料のみから構成されていてもよく、発光性のドーパントとホスト材料の組み合わせから構成されていてもよく、任意に正孔輸送材料、電子輸送材料、添加剤(ドナー、アクセプター等)等を含んでいてもよく、また、これらの材料が高分子材料(結着用樹脂)又は無機材料中に分散された構成であってもよい。発光効率・寿命の観点からは、ホスト材料中に発光性のドーパントが分散されたものが好ましい。   The organic light emitting layer 15 may be composed of only an organic light emitting material, or may be composed of a combination of a light emitting dopant and a host material, and optionally a hole transport material, an electron transport material, and an additive (donor). , An acceptor, etc.), etc., and these materials may be dispersed in a polymer material (binding resin) or an inorganic material. From the viewpoint of luminous efficiency and lifetime, those in which a luminescent dopant is dispersed in a host material are preferable.

有機発光材料としては、有機EL用の公知の発光材料を用いることができる。このような発光材料は、低分子発光材料、高分子発光材料等に分類され、これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。また、上記発光材料は、蛍光材料、燐光材料等に分類されるものでもよく、低消費電力化の観点で、発光効率の高い燐光材料を用いる事が好ましい。
ここで、具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。
As the organic light emitting material, a known light emitting material for organic EL can be used. Such light-emitting materials are classified into low-molecular light-emitting materials, polymer light-emitting materials, and the like. Specific examples of these compounds are given below, but the present invention is not limited to these materials. The light-emitting material may be classified into a fluorescent material, a phosphorescent material, and the like, and it is preferable to use a phosphorescent material with high light emission efficiency from the viewpoint of reducing power consumption.
Here, specific compounds are exemplified below, but the present invention is not limited to these materials.

有機発光層15に用いられる低分子発光材料としては、例えば、4,4’−ビス(2,2’−ジフェニルビニル)−ビフェニル(DPVBi)等の芳香族ジメチリデン化合物、5−メチル−2−[2−[4−(5−メチル−2−ベンゾオキサゾリル)フェニル]ビニル]ベンゾオキサゾール等のオキサジアゾール化合物、3−(4−ビフェニルイル)−4−フェニル−5−t−ブチルフェニル−1,2,4−トリアゾール(TAZ)等のトリアゾール誘導体、1,4−ビス(2−メチルスチリル)ベンゼン等のスチリルベンゼン化合物、チオピラジンジオキシド誘導体、ベンゾキノン誘導体、ナフトキノン誘導体、アントラキノン誘導体、ジフェノキノン誘導体、フルオレノン誘導体等の蛍光性有機材料、及び、アゾメチン亜鉛錯体、(8−ヒドロキシキノリナト)アルミニウム錯体(Alq)等の蛍光発光有機金属錯体、BeBq(ビス(ベンゾキノリノラト)ベリリウム錯体)、DTVBi(4,4’−ビス−(2,2−ジ−p−トリル−ビニル)−ビフェニル)、Eu(DBM)(Phen)(トリス(1,3−ジフェニル−1,3−プロパンジオノ)(モノフェナントロリン)Eu(III))、さらには、ジフェニルエチレン誘導体、トリフェニルアミン誘導体、ジアミノカルバゾール誘導体、ビススチリル誘導体、芳香性ジアミン誘導体、キナクリドン系化合物、ペリレン系化合物、クマリン系化合物、ジスチリルアリーレン誘導体(DPVBi)、オリゴチオフェン誘導体(BMA−3T)などが挙げられる。 Examples of the low molecular light emitting material used for the organic light emitting layer 15 include aromatic dimethylidene compounds such as 4,4′-bis (2,2′-diphenylvinyl) -biphenyl (DPVBi), 5-methyl-2- [ Oxadiazole compounds such as 2- [4- (5-methyl-2-benzoxazolyl) phenyl] vinyl] benzoxazole, 3- (4-biphenylyl) -4-phenyl-5-t-butylphenyl- Triazole derivatives such as 1,2,4-triazole (TAZ), styrylbenzene compounds such as 1,4-bis (2-methylstyryl) benzene, thiopyrazine dioxide derivatives, benzoquinone derivatives, naphthoquinone derivatives, anthraquinone derivatives, diphenoquinone derivatives Fluorescent organic materials such as fluorenone derivatives, and azomethine zinc complexes (8- Rokishikinorinato) aluminum complex (Alq 3) fluorescence emitting organic metal complex such as, BeBq (bis (benzoquinolinolato) beryllium complex), DTVBi (4,4'- bis - (2,2-di -p- tolyl - vinyl ) -Biphenyl), Eu (DBM) 3 (Phen) (tris (1,3-diphenyl-1,3-propanediono) (monophenanthroline) Eu (III)), further diphenylethylene derivatives, triphenylamine derivatives , Diaminocarbazole derivatives, bisstyryl derivatives, aromatic diamine derivatives, quinacridone compounds, perylene compounds, coumarin compounds, distyrylarylene derivatives (DPVBi), oligothiophene derivatives (BMA-3T), and the like.

有機発光層15に用いられる高分子発光材料としては、例えば、ポリ(2−デシルオキシ−1,4−フェニレン)(DO−PPP)、ポリ[2,5−ビス−[2−(N,N,N−トリエチルアンモニウム)エトキシ]−1,4−フェニル−アルト−1,4−フェニルレン]ジブロマイド(PPP−NEt3+)、ポリ[2−(2’−エチルヘキシルオキシ)−5−メトキシ−1,4−フェニレンビニレン](MEH−PPV)、ポリ[5−メトキシ−(2−プロパノキシサルフォニド)−1,4−フェニレンビニレン](MPS−PPV)、ポリ[2,5−ビス−(ヘキシルオキシ)−1,4−フェニレン−(1−シアノビニレン)](CN−PPV)等のポリフェニレンビニレン誘導体、ポリ(9,9−ジオクチルフルオレン)(PDAF)等のポリスピロ誘導体などが挙げられる。   Examples of the polymer light emitting material used for the organic light emitting layer 15 include poly (2-decyloxy-1,4-phenylene) (DO-PPP), poly [2,5-bis- [2- (N, N, N-triethylammonium) ethoxy] -1,4-phenyl-alt-1,4-phenyllene] dibromide (PPP-NEt3 +), poly [2- (2′-ethylhexyloxy) -5-methoxy-1,4 -Phenylene vinylene] (MEH-PPV), poly [5-methoxy- (2-propanoxysulfonide) -1,4-phenylene vinylene] (MPS-PPV), poly [2,5-bis- (hexyloxy) ) -1,4-phenylene- (1-cyanovinylene)] (CN-PPV), poly (9,9-dioctylfluorene) (PDAF) Such polyspiro derivatives and the like.

有機発光層15が発光性のドーパントとホスト材料から構成される場合、有機発光層15のホスト材料としては、4,4’−ビス(カルバゾール)ビフェニル、9,9−ジ(4−ジカルバゾール−ベンジル)フルオレン(CPF)、1,3−ビス(カルバゾール−9−イル)ベンゼン(mCP)、ポリ(N−オクチル−2,7−カルバゾール−O−9,9−ジオクチル−2,7−フルオレン)(PCF)、4,4’−ビス(カルバゾール−9−イル)ビフェニル(CBP)、9,9’−(5−(トリフェニルシリル)−1,3−フェニレン)ビス(9H−カルバゾール)(SimCP)、ビス(3,5−ジ(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル)ジフェニルシラン(SimCP2)、9−(4−tert−ブチルフェニル)−3,6−ビス(トリフェニルシリル)−9H−カルバゾール(CzSi)、2,2’−ビス(4−カルバゾール−9−イル)フェニル)−ビフェニル(BCBP)、9,9’−((2,6−ジフェニルベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジフラン−3,7−ジイル)ビス(4,1−フェニレン))ビス(9H−カルバゾール)(CZBDF)、等のカルバゾール誘導体、4−(ジフェニルフォスフォイル)−N,N−ジフェニルアニリン(HM−A1)等のアニリン誘導体、1,3−ビス(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)ベンゼン(mDPFB)、1,4−ビス(9−フェニル−9H−フルオレン−9−イル)ベンゼン(pDPFB)、9,9−スピロビフルオレン−2−イル−ジフェニル−フォスフィンオキサイド(SPPO1)等のフルオレン誘導体、ビス(2−メチルフェニル)ジフェニルシラン(UGH1)、1,4−ビストリフェニルシリルベンゼン(UGH2)、プロパン−2,2’−ジイルビス(4,1−フェニレン)ジベンゾエート(MMA1)、4,4’−ビス(ジフェニルフォスフィンオキサイド)ビフェニル(PO1)、2,8−ビス(ジフェニルフォスフォリル)ジベンゾ[b,d]チオフェン(PPT)、4−(ジフェニルフォスフォリル)−N,N−ジフェニルアニリン(HM−A1)、2,4−ビス(フェノキシ)−6−(3−メチルジフェニルアミノ)−1,3,5−トリアジン(BPMT)、2−メチル−9,10−ジ(ナフタレン−2−イル)アントラセン(MADN)等が挙げられる。   When the organic light emitting layer 15 is composed of a light emitting dopant and a host material, as the host material of the organic light emitting layer 15, 4,4′-bis (carbazole) biphenyl, 9,9-di (4-dicarbazole- Benzyl) fluorene (CPF), 1,3-bis (carbazol-9-yl) benzene (mCP), poly (N-octyl-2,7-carbazole-O-9,9-dioctyl-2,7-fluorene) (PCF), 4,4′-bis (carbazol-9-yl) biphenyl (CBP), 9,9 ′-(5- (triphenylsilyl) -1,3-phenylene) bis (9H-carbazole) (SimCP ), Bis (3,5-di (9H-carbazol-9-yl) phenyl) diphenylsilane (SimCP2), 9- (4-tert-butylphenyl) -3,6- (Triphenylsilyl) -9H-carbazole (CzSi), 2,2′-bis (4-carbazol-9-yl) phenyl) -biphenyl (BCBP), 9,9 ′-((2,6-diphenylbenzo [1,2-b: 4,5-b ′] difuran-3,7-diyl) bis (4,1-phenylene)) bis (9H-carbazole) (CZBDF), carbazole derivatives such as 4- (diphenyl) Phosphoyl) -N, N-diphenylaniline (HM-A1) and other aniline derivatives, 1,3-bis (9-phenyl-9H-fluoren-9-yl) benzene (mDPFB), 1,4-bis (9 -Phenyl-9H-fluoren-9-yl) benzene (pDPFB), 9,9-spirobifluoren-2-yl-diphenyl-phosphine oxide (SPPO1) Fluorene derivatives of bis (2-methylphenyl) diphenylsilane (UGH1), 1,4-bistriphenylsilylbenzene (UGH2), propane-2,2′-diylbis (4,1-phenylene) dibenzoate (MMA1), 4,4′-bis (diphenylphosphine oxide) biphenyl (PO1), 2,8-bis (diphenylphosphoryl) dibenzo [b, d] thiophene (PPT), 4- (diphenylphosphoryl) -N, N-diphenylaniline (HM-A1), 2,4-bis (phenoxy) -6- (3-methyldiphenylamino) -1,3,5-triazine (BPMT), 2-methyl-9,10-di ( Naphthalen-2-yl) anthracene (MADN) and the like.

有機発光層15が発光性のドーパントとホスト材料から構成される場合、有機発光層15に含まれる発光性のドーパントとしては、有機EL用の公知のドーパント材料を用いることができる。このようなドーパント材料としては、例えば、p−クォーターフェニル、3,5,3,5テトラ−t−ブチルセクシフェニル、3,5,3,5−テトラ−t−ブチル−p−クィンクフェニル、スチリル誘導体等の蛍光発光材料、ビス[(4,6−ジフルオロフェニル)−ピリジナト−N,C2’]ピコリネート イリジウム(III)(FIrpic)、ビス(4’,6’−ジフルオロフェニルポリジナト)テトラキス(1−ピラゾイル)ボレート イリジウム(III)(FIr6)、トリス(2−フェニルピリジル)イリジウム(III)(Ir(ppy))、トリス(1−フェニルイソキノリン)イリジウム(III)(Ir(piq))等の燐光発光有機金属錯体等が挙げられる。 When the organic light emitting layer 15 is comprised from a luminescent dopant and host material, as a luminescent dopant contained in the organic light emitting layer 15, the well-known dopant material for organic EL can be used. Examples of such dopant materials include p-quarterphenyl, 3,5,3,5 tetra-t-butylsecphenyl, 3,5,3,5-tetra-t-butyl-p-quinkphenyl, Fluorescent materials such as styryl derivatives, bis [(4,6-difluorophenyl) -pyridinato-N, C2 ′] picolinate iridium (III) (FIrpic), bis (4 ′, 6′-difluorophenylpolydinato) tetrakis ( 1-pyrazoyl) borate iridium (III) (FIr6), tris (2-phenylpyridyl) iridium (III) (Ir (ppy) 3 ), tris (1-phenylisoquinoline) iridium (III) (Ir (piq) 3 ) And phosphorescent organic metal complexes.

電荷注入輸送層は、電荷(正孔、電子)の電極12、19からの注入と、有機発光層15への輸送(注入)をより効率よく行う目的で、電荷注入層(正孔注入層13、電子注入層18)と電荷輸送層(正孔輸送層14、電子輸送層17)に分類され、以下に例示する電荷注入輸送材料のみから構成されていてもよく、任意に添加剤(ドナー、アクセプター等)等を含んでいてもよい。
電荷注入輸送材料としては、有機EL用、有機光導電体用の公知の電荷輸送材料を用いることができる。このような電荷注入輸送材料は、正孔注入輸送材料及び電子注入輸送材料に分類され、これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。
The charge injection transport layer is a charge injection layer (hole injection layer 13) for the purpose of more efficiently injecting charges (holes, electrons) from the electrodes 12, 19 and transporting (injection) to the organic light emitting layer 15. , Electron injection layer 18) and charge transport layer (hole transport layer 14, electron transport layer 17), and may be composed of only the charge injection transport material exemplified below, and optionally an additive (donor, Etc.) may be included.
As the charge injecting and transporting material, known charge transporting materials for organic EL and organic photoconductors can be used. Such charge injecting and transporting materials are classified into hole injecting and transporting materials and electron injecting and transporting materials. Specific examples of these compounds are given below, but the present invention is not limited to these materials.

正孔注入層13および/または正孔輸送層14を構成する正孔注入輸送材料としては、例えば、酸化バナジウム(V)、酸化モリブデン(MoO)等の酸化物、無機p型半導体材料、ポルフィリン化合物、N,N’−ビス(3−メチルフェニル)−N,N’−ビス(フェニル)−ベンジジン(TPD)、N,N’−ジ(ナフタレン−1−イル)−N,N’−ジフェニル−ベンジジン(α−NPD)、トリス(4−(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル)アミン(TcTa)、4,4’−(シクロヘキサン−1,1−ジイル)ビス(N,N−ジ−p−トリルアニリン)(TAPC)、2,2’−ビス(N,N−ジフェニルアミン)−9,9’−スピロビフルオレン(DPAS)、N1,N1’−(ビフェニル−4,4’−ジイル)ビス(N1−フェニル−N4,N4−ジ−m−トリルベンゼン−1,4−ジアミン)(DNTPD)、1,3−ビス(カルバゾール−9−イル)ベンゼン(mCP)、N3,N3,N3”’, N3”’−テトラ−p−トリル−[1,1’:2’,1”:2”,1”’−クオーターフェニル]−3,3”’−ジアミン(BTPD)、4,4’−(ジフェニルシランジイル)ビス(N,N−ジ−p−トリルアニリン)(DTASi)、2,2−ビス(4−カルバゾール−9−イルフェニル)アダマンティン(Ad−Cz)等の芳香族第三級アミン化合物、ヒドラゾン化合物、キナクリドン化合物、スチリルアミン化合物、2−メチル−9,10−ジ(ナフタレン−2−イル)アントラセン(MADN)等の低分子材料、ポリアニリン(PANI)、ポリアニリン−樟脳スルホン酸(PANI−CSA)、3,4−ポリエチレンジオキシチオフェン/ポリスチレンサルフォネイト(PEDOT/PSS)、ポリ(トリフェニルアミン)誘導体(Poly−TPD)、ポリビニルカルバゾール(PVCz)、ポリ(p−フェニレンビニレン)(PPV)、ポリ(p−ナフタレンビニレン)(PNV)等の高分子材料等が挙げられる。 Examples of the hole injecting and transporting material constituting the hole injecting layer 13 and / or the hole transporting layer 14 include oxides such as vanadium oxide (V 2 O 5 ) and molybdenum oxide (MoO 2 ), and inorganic p-type semiconductors. Materials, porphyrin compounds, N, N′-bis (3-methylphenyl) -N, N′-bis (phenyl) -benzidine (TPD), N, N′-di (naphthalen-1-yl) -N, N '-Diphenyl-benzidine (α-NPD), tris (4- (9H-carbazol-9-yl) phenyl) amine (TcTa), 4,4'-(cyclohexane-1,1-diyl) bis (N, N -Di-p-tolylaniline) (TAPC), 2,2'-bis (N, N-diphenylamine) -9,9'-spirobifluorene (DPAS), N1, N1 '-(biphenyl-4,4' -Diyl) screw ( 1-phenyl-N4, N4-di-m-tolylbenzene-1,4-diamine) (DNTPD), 1,3-bis (carbazol-9-yl) benzene (mCP), N3, N3, N3 ″ ′, N3 ″ ′-tetra-p-tolyl- [1,1 ′: 2 ′, 1 ″: 2 ″, 1 ″ ′-quarterphenyl] -3,3 ″ ′-diamine (BTPD), 4,4 ′-( Aromatic tertiary such as diphenylsilanediyl) bis (N, N-di-p-tolylaniline) (DTASi), 2,2-bis (4-carbazol-9-ylphenyl) adamantine (Ad-Cz) Low molecular weight materials such as amine compounds, hydrazone compounds, quinacridone compounds, styrylamine compounds, 2-methyl-9,10-di (naphthalen-2-yl) anthracene (MADN), polyaniline (PANI), polyaniline- Brain sulfonic acid (PANI-CSA), 3,4-polyethylenedioxythiophene / polystyrene sulfonate (PEDOT / PSS), poly (triphenylamine) derivative (Poly-TPD), polyvinylcarbazole (PVCz), poly (p Examples thereof include polymer materials such as -phenylene vinylene (PPV) and poly (p-naphthalene vinylene) (PNV).

陽極からの正孔の注入・輸送をより効率よく行う点で、正孔注入層13として用いる材料としては、正孔輸送層14に使用する正孔注入輸送材料より最高被占分子軌道(HOMO)のエネルギー準位が低い材料を用いることが好ましく、正孔輸送層14としては、正孔注入層13に使用する正孔注入輸送材料より正孔の移動度が、高い材料を用いることが好ましい。   The material used as the hole injection layer 13 is the highest occupied molecular orbital (HOMO) as compared with the hole injection and transport material used for the hole transport layer 14 in that the injection and transport of holes from the anode is performed more efficiently. It is preferable to use a material having a low energy level, and the hole transport layer 14 is preferably a material having a higher hole mobility than the hole injection transport material used for the hole injection layer 13.

また、より正孔の注入・輸送性を向上させるため、前記正孔注入輸送材料にアクセプターをドープする事が好ましい。アクセプターとしては、有機EL用の公知のアクセプター材料を用いることができる。これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。   In order to improve the hole injection / transport property, it is preferable to dope the hole injection / transport material with an acceptor. As the acceptor, a known acceptor material for organic EL can be used. Although these specific compounds are illustrated below, this invention is not limited to these materials.

正孔注入層13および/または正孔輸送層14を構成する正孔注入輸送材料にドープ可能なアクセプター材料としては、Au、Pt、W,Ir、POCl 、AsF 、Cl、Br、I、酸化バナジウム(V)、酸化モリブデン(MoO)等の無機材料、TCNQ(7,7,8,8,−テトラシアノキノジメタン)、TCNQF(テトラフルオロテトラシアノキノジメタン)、TCNE(テトラシアノエチレン)、HCNB(ヘキサシアノブタジエン)、DDQ(ジシクロジシアノベンゾキノン)等のシアノ基を有する化合物、TNF(トリニトロフルオレノン)、DNF(ジニトロフルオレノン)等のニトロ基を有する化合物、フルオラニル、クロラニル、ブロマニル等の有機材料が挙げられる。この内、TCNQ、TCNQF、TCNE、HCNB、DDQ等のシアノ基を有する化合物がよりキャリア濃度を効果的に増加させることが可能であるためより好ましい。 Examples of acceptor materials that can be doped into the hole injection transport material constituting the hole injection layer 13 and / or the hole transport layer 14 include Au, Pt, W, Ir, POCl 3 , AsF 6 , Cl, Br, I, Inorganic materials such as vanadium oxide (V 2 O 5 ) and molybdenum oxide (MoO 2 ), TCNQ (7,7,8,8, -tetracyanoquinodimethane), TCNQF 4 (tetrafluorotetracyanoquinodimethane), Compounds having a cyano group such as TCNE (tetracyanoethylene), HCNB (hexacyanobutadiene), DDQ (dicyclodicyanobenzoquinone), compounds having a nitro group such as TNF (trinitrofluorenone), DNF (dinitrofluorenone), fluoranil, Organic materials such as chloranil and bromanyl are listed. Among these, compounds having a cyano group such as TCNQ, TCNQF 4 , TCNE, HCNB, DDQ and the like are more preferable because they can increase the carrier concentration more effectively.

電子注入層18および/または電子輸送層17を構成する電子注入輸送材料としては、例えば、n型半導体である無機材料、1,3−ビス(2−(2,2’−ピリジン−6−イル)−1,3,4−オキサジアゾ−5−イル)ベンゼン(Bpy−OXD)、1,3−ビス(5−(4−(tert−ブチル)フェニル)−1,3,4−オキサジアゾールー2−イル)ベンゼン(OXD7)等のオキサジアゾール誘導体、3−(4−ビフェニル)−4−フェニル−5−tert−ブチルフェニル−1,2,4−トリアゾール(TAZ)等のトリアゾール誘導体、チオピラジンジオキシド誘導体、ベンゾキノン誘導体、ナフトキノン誘導体、アントラキノン誘導体、ジフェノキノン誘導体、フルオレノン誘導体、ベンゾジフラン誘導体、2−メチル−9,10−ジ(ナフタレン−2−イル)アントラセン(MADN)、2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)、トリス(2,4,6−トリメチル−3−(ピリジン−3−イル)フェニル)ボラン(3TPYMB)、2,2’,2”−(1,3,5−ベンジントリル)−トリス(1−フェニル−1H−ベンゾイミダゾール)(TPBI)、4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BPhen)、ジフェニルビス(4−(ピリジン−3−イル)フェニル)シラン(DPPS)、1,3,5−トリ((3−ピリジル)−フェン−3−イル)ベンゼン(TmPyPB)、1,3,5−トリ(p−ピリジ−3−イル−フェニル)ベンゼン(TpPyPB)等の低分子材料;ポリ(オキサジアゾール)(Poly−OXZ)、ポリスチレン誘導体(PSS)等の高分子材料が挙げられる。特に、電子注入材料としては、特にフッ化リチウム(LiF)、フッ化バリウム(BaF)等のフッ化物、酸化リチウム(LiO)等の酸化物等が挙げられる。 Examples of the electron injecting and transporting material constituting the electron injecting layer 18 and / or the electron transporting layer 17 include an inorganic material that is an n-type semiconductor, 1,3-bis (2- (2,2′-pyridin-6-yl). ) -1,3,4-oxadiazo-5-yl) benzene (Bpy-OXD), 1,3-bis (5- (4- (tert-butyl) phenyl) -1,3,4-oxadiazole Oxadiazole derivatives such as 2-yl) benzene (OXD7), triazole derivatives such as 3- (4-biphenyl) -4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole (TAZ), thio Pyrazine dioxide derivative, benzoquinone derivative, naphthoquinone derivative, anthraquinone derivative, diphenoquinone derivative, fluorenone derivative, benzodifuran derivative, 2-methyl-9 , 10-di (naphthalen-2-yl) anthracene (MADN), 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCP), tris (2,4,6-trimethyl-3- ( Pyridin-3-yl) phenyl) borane (3TPYMB), 2,2 ′, 2 ″-(1,3,5-benztolyl) -tris (1-phenyl-1H-benzimidazole) (TPBI), 4,7 -Diphenyl-1,10-phenanthroline (BPhen), diphenylbis (4- (pyridin-3-yl) phenyl) silane (DPPS), 1,3,5-tri ((3-pyridyl) -phen-3-yl ) Low molecular weight materials such as benzene (TmPyPB), 1,3,5-tri (p-pyrid-3-yl-phenyl) benzene (TpPyPB); poly (oxadiazole) ( Polymer materials such as Poly-OXZ) and polystyrene derivatives (PSS), etc. In particular, examples of the electron injection material include fluorides such as lithium fluoride (LiF) and barium fluoride (BaF 2 ), lithium oxide ( And oxides such as Li 2 O).

電子の陰極からの注入・輸送をより効率よく行う点で、電子注入層18として用いる材料としては、電子輸送層17に使用する電子注入輸送材料より最低空分子軌道(LUMO)のエネルギー準位が高い材料を用いることが好ましく、電子輸送層17として用いる材料としては、電子注入層18に使用する電子注入輸送材料より電子の移動度が高い材料を用いることが好ましい。   The material used for the electron injection layer 18 has a lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) energy level as compared with the electron injection / transport material used for the electron transport layer 17 in that the electron injection / transport from the cathode is performed more efficiently. It is preferable to use a high material, and as the material used for the electron transport layer 17, it is preferable to use a material having a higher electron mobility than the electron injection transport material used for the electron injection layer 18.

また、より電子の注入・輸送性を向上させるため、前記電子注入輸送材料にドナーをドープする事が好ましい。ドナーとしては、有機EL用の公知のドナー材料を用いることができる。これらの具体的な化合物を以下に例示するが、本発明はこれらの材料に限定されるものではない。   In order to further improve the electron injection / transport property, it is preferable to dope the electron injection / transport material with a donor. As the donor, a known donor material for organic EL can be used. Although these specific compounds are illustrated below, this invention is not limited to these materials.

電子注入層18および/または電子輸送層17を構成する電子注入輸送材料にドープ可能なドナー材料としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類元素、Al、Ag、Cu、In等の無機材料、アニリン類、フェニレンジアミン類、ベンジジン類(N,N,N’,N’−テトラフェニルベンジジン、N,N’−ビス−(3−メチルフェニル)−N,N’−ビス−(フェニル)−ベンジジン、N,N’−ジ(ナフタレン−1−イル)−N,N’−ジフェニル−ベンジジン等)、トリフェニルアミン類(トリフェニルアミン、4,4’4”−トリス(N,N−ジフェニル−アミノ)−トリフェニルアミン、4,4’4”−トリス(N−3−メチルフェニル−N−フェニル−アミノ)−トリフェニルアミン、4,4’4”−トリス(N−(1−ナフチル)−N−フェニル−アミノ)−トリフェニルアミン等)、トリフェニルジアミン類(N,N’−ジ−(4−メチル−フェニル)−N,N’−ジフェニル−1,4−フェニレンジアミン)等の芳香族3級アミンを骨格にもつ化合物、フェナントレン、ピレン、ペリレン、アントラセン、テトラセン、ペンタセン等の縮合多環化合物(ただし、縮合多環化合物は置換基を有してもよい)、TTF(テトラチアフルバレン)類、ジベンゾフラン、フェノチアジン、カルバゾール等の有機材料がある。この内特に、芳香族3級アミンを骨格にもつ化合物、縮合多環化合物、アルカリ金属がよりキャリア濃度を効果的に増加させることが可能であるためより好ましい。   As a donor material that can be doped into the electron injection transport material constituting the electron injection layer 18 and / or the electron transport layer 17, an inorganic material such as an alkali metal, an alkaline earth metal, a rare earth element, Al, Ag, Cu, or In, Anilines, phenylenediamines, benzidines (N, N, N ′, N′-tetraphenylbenzidine, N, N′-bis- (3-methylphenyl) -N, N′-bis- (phenyl) -benzidine N, N′-di (naphthalen-1-yl) -N, N′-diphenyl-benzidine, etc.), triphenylamines (triphenylamine, 4,4′4 ″ -tris (N, N-diphenyl-) Amino) -triphenylamine, 4,4′4 ″ -tris (N-3-methylphenyl-N-phenyl-amino) -triphenylamine, 4,4′4 ″ -tris (N- ( -Naphthyl) -N-phenyl-amino) -triphenylamine, etc.), triphenyldiamines (N, N'-di- (4-methyl-phenyl) -N, N'-diphenyl-1,4-phenylenediamine) ) Compounds having an aromatic tertiary amine as a skeleton, condensed polycyclic compounds such as phenanthrene, pyrene, perylene, anthracene, tetracene and pentacene (however, the condensed polycyclic compound may have a substituent), TTF There are organic materials such as (tetrathiafulvalene), dibenzofuran, phenothiazine, carbazole, etc. Among them, compounds having aromatic tertiary amine skeleton, condensed polycyclic compounds, and alkali metals increase the carrier concentration more effectively. It is more preferable because

電子防止層としては、正孔輸送層14及び正孔注入層13として前記したものと同じものを使用することができる。
正孔防止層16としては、電子輸送層17及び電子注入層18として前記したものと同じものを使用することができる。
As the electron blocking layer, the same materials as those described above as the hole transport layer 14 and the hole injection layer 13 can be used.
As the hole blocking layer 16, the same materials as those described above can be used as the electron transport layer 17 and the electron injection layer 18.

有機発光層15、正孔輸送層14、電子輸送層17、正孔注入層13、電子注入層18、正孔防止層16及び電子防止層等の有機EL層7は、上記の材料を溶剤に溶解、分散させた有機EL層形成用塗液を用いて、スピンコーティング法、ディッピング法、ドクターブレード法、吐出コート法、スプレーコート法等の塗布法、インクジェット法、凸版印刷法、凹版印刷法、スクリーン印刷法、マイクログラビアコート法等の印刷法等による公知のウエットプロセス、上記の材料を抵抗加熱蒸着法、電子線(EB)蒸着法、分子線エピタキシー(MBE)法、スパッタリング法、有機気相蒸着(OVPD)法等の公知のドライプロセス、又は、レーザー転写法等により形成することができる。なお、ウエットプロセスにより有機EL層7を形成する場合には、有機EL層7形成用塗液は、レベリング剤、粘度調整剤等の塗液の物性を調整するための添加剤を含んでいてもよい。   The organic EL layer 7 such as the organic light emitting layer 15, the hole transport layer 14, the electron transport layer 17, the hole injection layer 13, the electron injection layer 18, the hole prevention layer 16, and the electron prevention layer is formed using the above materials as a solvent. Using dissolved and dispersed organic EL layer forming coating solution, spin coating method, dipping method, doctor blade method, discharge coating method, spray coating method and other coating methods, ink jet method, letterpress printing method, intaglio printing method, Known wet processes such as screen printing method, microgravure coating method, etc., resistance heating vapor deposition method, electron beam (EB) vapor deposition method, molecular beam epitaxy (MBE) method, sputtering method, organic vapor phase It can be formed by a known dry process such as vapor deposition (OVPD) or a laser transfer method. When the organic EL layer 7 is formed by a wet process, the coating liquid for forming the organic EL layer 7 may contain additives for adjusting the physical properties of the coating liquid such as a leveling agent and a viscosity modifier. Good.

有機EL層7を構成する各層の膜厚は、通常1〜1000nm程度であり、10〜200nmがより好ましい。有機EL層7を構成する各層の膜厚が10nm未満であると、本来必要とされる物性(電荷(電子、正孔)の注入特性、輸送特性、閉じ込め特性)が得られない可能性や、ゴミ等の異物による画素欠陥が生じる虞がある。また、有機EL層7を構成する各層の膜厚が200nmを超えると駆動電圧の上昇が生じ、消費電力の上昇に繋がる虞がある。   The film thickness of each layer constituting the organic EL layer 7 is usually about 1-1000 nm, and more preferably 10-200 nm. If the film thickness of each layer constituting the organic EL layer 7 is less than 10 nm, the properties that are originally required (charge (electron, hole) injection characteristics, transport characteristics, confinement characteristics) may not be obtained, There is a risk of pixel defects due to foreign matter such as dust. Moreover, when the film thickness of each layer constituting the organic EL layer 7 exceeds 200 nm, the drive voltage increases, which may lead to an increase in power consumption.

有機EL層7を構成する層のいずれかの層に対して、上記した本発明に係る電荷輸送性有機薄膜5を適用する場合は、前述の如く有機薄膜を成膜した後に加熱処理する、有機薄膜を成膜時に加熱する、磁場あるいは電場の印加等により配向性を生じさせることにより、その配向性を制御すればよい。これにより、当該層を構成するπ共役化合物の複数のπ電子共役構造面のうち、電荷移動に関与するHOMOまたはLUMOが主に分布するπ電子共役構造面を基板11(および電極12)の表面に対して実質的に平行に配向させて、当該層の電荷輸送性を向上することができる。これにより、有機EL素子20の有機EL層7の電荷輸送性が向上するので、電極12、19から有機EL層7への電荷の注入効率が向上でき、有機EL素子20の駆動電圧を低電圧化できる。   When the charge transporting organic thin film 5 according to the present invention described above is applied to any one of the layers constituting the organic EL layer 7, the organic thin film is heated after the organic thin film is formed as described above. The orientation may be controlled by heating the thin film at the time of film formation, or by generating orientation by applying a magnetic field or an electric field. Thereby, among the plurality of π-electron conjugated structure surfaces of the π-conjugated compound constituting the layer, the π-electron conjugated structure surface in which HOMO or LUMO mainly involved in charge transfer is mainly distributed is the surface of the substrate 11 (and the electrode 12). The charge transport property of the layer can be improved by orienting it substantially parallel to the layer. Thereby, since the charge transport property of the organic EL layer 7 of the organic EL element 20 is improved, the charge injection efficiency from the electrodes 12 and 19 to the organic EL layer 7 can be improved, and the driving voltage of the organic EL element 20 is reduced to a low voltage. Can be

以下、有機EL素子20の有機EL層7において、上記した本発明に係る有機薄膜5の配向を適用可能なπ共役化合物および該化合物により構成される層の例を示す。   Hereinafter, in the organic EL layer 7 of the organic EL element 20, examples of a π-conjugated compound to which the above-described orientation of the organic thin film 5 according to the present invention can be applied and a layer composed of the compound are shown.

正孔注入層13、正孔輸送層14を構成する代表的な正孔輸送材料であるN,N’−ジ(ナフタレン−1−イル)−N,N’−ジフェニル−ベンジジン(α−NPD)の分子構造を以下に示す。   N, N′-di (naphthalen-1-yl) -N, N′-diphenyl-benzidine (α-NPD), which is a representative hole transport material constituting the hole injection layer 13 and the hole transport layer 14 The molecular structure of is shown below.

また、Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したα−NPDの安定構造を図4(a)に示し、同計算法により計算したα−NPDのHOMOの分子軌道を図4(b)に示す。
正孔輸送性のα−NPDは、正孔輸送に関与するHOMOの分子軌道は中央のビフェニル部に主に分布しており、ナフタレン部におけるHOMOの分子軌道はわずかである。従って、α−NPDを正孔注入層13または正孔輸送層14として用いる場合は、ナフタレン環が基板11(電極12)に対して水平方向に配向していても電荷輸送特性は低いと考えられ、ビフェニル部を基板11(電極12)に対して実質的に平行となるように配向させることで電荷輸送性を向上できると考えられる。
In addition, the stable structure of α-NPD calculated by level B3LYP / 6-31G of the ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W is shown in FIG. 4 (a), and the HOMO of α-NPD calculated by the same calculation method is shown in FIG. The molecular orbitals are shown in FIG.
In the hole-transporting α-NPD, the molecular orbitals of HOMO involved in hole transport are mainly distributed in the central biphenyl portion, and the molecular orbitals of HOMO in the naphthalene portion are few. Therefore, when α-NPD is used as the hole injection layer 13 or the hole transport layer 14, the charge transport property is considered to be low even if the naphthalene ring is oriented in the horizontal direction with respect to the substrate 11 (electrode 12). It is considered that the charge transport property can be improved by orienting the biphenyl portion so as to be substantially parallel to the substrate 11 (electrode 12).

正孔注入層13、正孔輸送層14を構成する正孔輸送材料である4,4’,4”−トリス(カルバゾール−9−イル)トリフェニルアミン(TcTa)の分子構造を以下に示す。   The molecular structure of 4,4 ′, 4 ″ -tris (carbazol-9-yl) triphenylamine (TcTa), which is a hole transport material constituting the hole injection layer 13 and the hole transport layer 14, is shown below.

また、Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したTcTaの安定構造を図5(a)に示し、同計算法により計算したTcTaのHOMOの分子軌道を図5(b)に示す。
正孔輸送性のTcTaは、正孔輸送に関与するHOMOの分子軌道が分子全体に分布しているが、カルバゾール部が最も面積の広いπ電子共役構造面となっており、いずれかのカルバゾールが基板に対して水平に配置することにより、電荷輸送性が向上すると考えられる。
Further, FIG. 5A shows the stable structure of TcTa calculated by the level B3LYP / 6-31G of the inexperienced molecular orbital calculation method using Gaussian09W, and the molecular orbital of the HOMO of TcTa calculated by the same calculation method is shown. Shown in 5 (b).
In the hole-transporting TcTa, HOMO molecular orbitals involved in hole transport are distributed throughout the molecule, but the carbazole part has the widest π-electron conjugated structure surface. It is considered that the charge transporting property is improved by arranging the substrate horizontally with respect to the substrate.

電子注入層18、電子輸送層17を構成する電子輸送材料である2,9−ジメチル−4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BCP)の分子構造を以下に示す。   The molecular structure of 2,9-dimethyl-4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BCP), which is an electron transport material constituting the electron injection layer 18 and the electron transport layer 17, is shown below.

また、Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したBCPの安定構造を図6(a)に示し、同計算法により計算したBCPのLUMOの分子軌道を図6(b)に示す。
電子輸送性のBCPは、電子輸送に関与するLUMOの分子軌道が、主にフェナントロリン部に分布しており、フェナントロリンが基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。
Further, FIG. 6A shows the stable structure of BCP calculated by the level B3LYP / 6-31G of the ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian 09W, and the LUMO molecular orbital of BCP calculated by the same calculation method is shown in FIG. It is shown in 6 (b).
In the electron transporting BCP, the molecular orbitals of LUMO involved in electron transport are mainly distributed in the phenanthroline portion, and the phenanthroline is oriented so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12). Therefore, it is considered that the charge transport property can be improved.

有機発光層15のホスト材料、あるいは、正孔注入層13、正孔輸送層14を構成する正孔輸送材料として用いられる1,3−ビス(カルバゾール−9−イル)ベンゼン(mCP)の分子構造を以下に示す。   Molecular structure of 1,3-bis (carbazol-9-yl) benzene (mCP) used as a host material of the organic light emitting layer 15 or a hole transport material constituting the hole injection layer 13 and the hole transport layer 14 Is shown below.

また、Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したmCPの安定構造を図7(a)に示し、同計算法により算出したmCPのHOMOの分子軌道を図7(b)に示す。
正孔輸送性のmCPは、カルバゾール部において正孔輸送に関与するHOMOの分子軌道の広がりが大きく、カルバゾール環が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向に配向している方が電荷輸送特性は高くなる考えられる。
In addition, FIG. 7A shows the stable structure of mCP calculated by the level B3LYP / 6-31G of the ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, and the molecular orbital of HOMO of mCP calculated by the same calculation method is shown in FIG. 7 (b).
The hole-transporting mCP has a large HOMO molecular orbital spread involved in hole transport in the carbazole portion, and the carbazole ring is oriented substantially in the horizontal direction with respect to the substrate 11 (electrode 12). It is considered that the charge transport property is enhanced.

正孔注入層13または正孔輸送層14を構成する正孔注入材料である4,4’−(シクロヘキサン−1,1−ジイル)ビス(N,N−ジ−p−トリルアニリン)(TAPC)の分子構造を以下に示す。   4,4 ′-(cyclohexane-1,1-diyl) bis (N, N-di-p-tolylaniline) (TAPC), which is a hole injection material constituting the hole injection layer 13 or the hole transport layer 14 The molecular structure of is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、TAPCにおいては、個々のベンゼン環がそれぞれπ電子共役構造面となり、各π電子共役構造面は6角形あるいは円であり、正孔輸送に関与するHOMOはシクロヘキサンと結合しているベンゼン環に比較的偏って分布している。従って、シクロヘキサンと結合しているベンゼン環が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。   When calculated by the level B3LYP / 6-31G of ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, in TAPC, each benzene ring is a π electron conjugated structure surface, and each π electron conjugated structure surface is hexagonal or HOMO, which is a circle and involved in hole transport, is relatively unevenly distributed in the benzene ring bonded to cyclohexane. Therefore, it is considered that the charge transport property can be improved by orienting the benzene ring bonded to cyclohexane so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

正孔注入層13または正孔輸送層14を構成する正孔注入材料である2,2’−ビス(N,N−ジフェニルアミン)−9,9’−スピロビフルオレン(DPAS)の分子構造を以下に示す。   The molecular structure of 2,2′-bis (N, N-diphenylamine) -9,9′-spirobifluorene (DPAS), which is a hole injection material constituting the hole injection layer 13 or the hole transport layer 14, is shown below. Shown in

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、DPASにおいては、個々のベンゼン環がそれぞれπ電子共役構造面になっており、正孔輸送に関与するHOMOは主にジフェニルアミン 部に分布する。従って、ジフェニルアミン部が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。   As calculated by the level B3LYP / 6-31G of the ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, in DPAS, each benzene ring has a π-electron conjugated structure surface, and HOMO is involved in hole transport. Is mainly distributed in the diphenylamine part. Therefore, it is considered that the charge transport property can be improved by orienting the diphenylamine portion so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

正孔注入層13または正孔輸送層14を構成する正孔注入材料であるN1,N1’−(ビフェニル−4,4’−ジイル)ビス(N1−フェニル−N4,N4−ジ−m−トリルベンゼン−1,4−ジアミン)(DNTPD)の分子構造を以下に示す。   N1, N1 ′-(biphenyl-4,4′-diyl) bis (N1-phenyl-N4, N4-di-m-tolyl) which is a hole injection material constituting the hole injection layer 13 or the hole transport layer 14 The molecular structure of benzene-1,4-diamine (DNTPD) is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、DNTPDにおいては、個々のベンゼン環は同一平面上にはなく、それぞれπ電子共役構造面になっており、正孔輸送に関与するHOMOはN原子で挟まれた4つのベンゼン環の部分で広がっている。従って、これらのベンゼン環が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。   When calculated by a non-empirical molecular orbital calculation method level B3LYP / 6-31G using Gaussian09W, in DNTPD, individual benzene rings are not on the same plane, and each has a π-electron conjugated structure surface. HOMO that participates in hole transport spreads at the part of four benzene rings sandwiched between N atoms. Therefore, it is considered that the charge transport characteristics can be improved by aligning these benzene rings so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

正孔輸送層14または正孔注入層13を構成する正孔輸送材料であるN3,N3,N3”’, N3”’−テトラ−p−トリル−[1,1’:2’,1”:2”,1”’−クオーターフェニル]−3,3”’−ジアミン(BTPD)の分子構造を以下に示す。   N3, N3, N3 ″ ′, N3 ″ ′-tetra-p-tolyl- [1,1 ′: 2 ′, 1 ″: hole transport materials constituting the hole transport layer 14 or the hole injection layer 13: The molecular structure of 2 ″, 1 ″ ′-quarterphenyl] -3,3 ″ ′-diamine (BTPD) is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、BTPDにおいては、個々のベンゼン環は同一平面上にはなく、それぞれπ電子共役構造面になっており、正孔輸送に関与するHOMOは主にN原子に結合しているベンゼン環に分布している。従って、この部分が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。   When calculated by the level B3LYP / 6-31G of the ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, in BTPD, each benzene ring is not on the same plane, and each has a π-electron conjugated structure surface. HOMO involved in hole transport is distributed mainly in benzene rings bonded to N atoms. Therefore, it is considered that the charge transport characteristics can be improved by aligning this portion so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

正孔輸送層14または正孔注入層13を構成する正孔輸送材料である4,4’−(ジフェニルシランジイル)ビス(N,N−ジ−p−トリルアニリン)(DTASi)の分子構造を以下に示す。   The molecular structure of 4,4 ′-(diphenylsilanediyl) bis (N, N-di-p-tolylaniline) (DTASi), which is a hole transport material constituting the hole transport layer 14 or the hole injection layer 13, It is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、DTASiにおいては、個々のベンゼン環がそれぞれπ電子共役面になっており、正孔輸送に関与するHOMOは主にN原子に結合したベンゼン環に分布する。従って、N原子に結合したベンゼン環が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。   When calculated with the level B3LYP / 6-31G of ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, in DTASi, each benzene ring is a π-electron conjugate plane, and HOMO involved in hole transport is Mainly distributed in benzene rings bonded to N atoms. Therefore, it is considered that the charge transport property can be improved by orienting the benzene ring bonded to the N atom so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

正孔輸送層14または正孔注入層13を構成する正孔輸送材料である2,2−ビス(4−カルバゾール−9−イルフェニル)アダマンティン(Ad−Cz)の分子構造を以下に示す。   The molecular structure of 2,2-bis (4-carbazol-9-ylphenyl) adamantine (Ad-Cz), which is a hole transport material constituting the hole transport layer 14 or the hole injection layer 13, is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、Ad−Czにおいては、それぞれのカルバゾール環、ベンゼン環が別々の互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。正孔輸送に関与するHOMOは主にカルバゾール部に分布する。従って、カルバゾール部が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。   When calculated by the level B3LYP / 6-31G of the ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, in Ad-Cz, each carbazole ring and benzene ring form separate non-parallel π-electron conjugated structure surfaces. ing. HOMO involved in hole transport is mainly distributed in the carbazole part. Therefore, it is considered that the charge transport property can be improved by aligning the carbazole portion so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

有機発光層15のホスト材料である4,4’−ビス(カルバゾール−9−イル)ビフェニル(CBP)の分子構造を以下に示す。   The molecular structure of 4,4'-bis (carbazol-9-yl) biphenyl (CBP), which is the host material of the organic light emitting layer 15, is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、CBPにおいて、それぞれのカルバゾール環、ベンゼン環が別々のπ電子共役構造面を形成しており、全てのπ電子共役構造面が互いに平行ではない。CBPにおいて、正孔輸送に関与するHOMOは主にカルバゾール部に分布する。従って、カルバゾール部が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するLUMOは主にN原子に挟まれたビフェニル部に分布する。従って、N原子に挟まれたビフェニル部が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。   When calculated by the level B3LYP / 6-31G of the ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, in CBP, each carbazole ring and benzene ring form separate π electron conjugated structure planes, and all π The electron conjugate structure surfaces are not parallel to each other. In CBP, HOMO involved in hole transport is mainly distributed in the carbazole part. Therefore, it is considered that the hole transport property can be improved by aligning the carbazole portion so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12). In addition, LUMO involved in electron transport is distributed mainly in the biphenyl portion sandwiched between N atoms. Therefore, it is considered that the electron transport property can be improved by orienting the biphenyl portion sandwiched between N atoms so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

有機発光層15のホスト材料であるビス(2−メチルフェニル)ジフェニルシラン(UGH1)の分子構造を以下に示す。   The molecular structure of bis (2-methylphenyl) diphenylsilane (UGH1) which is the host material of the organic light emitting layer 15 is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、UGH1において、各ベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。UGH1において、正孔輸送に関与するHOMOは主にメチル基が結合しているベンゼン環に分布する。従って、メチル基が結合しているベンゼン環が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するLUMOは主にメチル基が結合していないベンゼン環に分布する。従って、メチル基が結合していないベンゼン環が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。   When calculated by level B3LYP / 6-31G of ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, in UGH1, each benzene ring separately forms a π-electron conjugated structure surface that is not parallel to each other. In UGH1, HOMO involved in hole transport is distributed mainly in benzene rings to which methyl groups are bonded. Therefore, it is considered that the hole transport property can be improved by orienting the benzene ring to which the methyl group is bonded so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12). In addition, LUMO involved in electron transport is distributed mainly in benzene rings to which no methyl group is bonded. Therefore, it is considered that the electron transport property can be improved by orienting the benzene ring to which no methyl group is bonded so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

有機発光層15のホスト材料である1,4−ビストリフェニルシリルベンゼン(UGH2)の分子構造を以下に示す。   The molecular structure of 1,4-bistriphenylsilylbenzene (UGH2) which is the host material of the organic light emitting layer 15 is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、UGH2において、各ベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。UGH2において、HOMOおよびLUMOは主にSi原子に挟まれたベンゼン環に分布する。従って、Si原子に挟まれたベンゼン環が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。   When calculated by the level B3LYP / 6-31G of the ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, in UGH2, each benzene ring separately forms a π-electron conjugate structure surface that is not parallel to each other. In UGH2, HOMO and LUMO are distributed mainly in a benzene ring sandwiched between Si atoms. Therefore, it is considered that the charge transport property can be improved by orienting the benzene ring sandwiched between Si atoms so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

有機発光層15のホスト材料である9,9’−(5−(トリフェニルシリル)−1,3−フェニレン)ビス(9H−カルバゾール)(SimCP)の分子構造を以下に示す。   The molecular structure of 9,9 '-(5- (triphenylsilyl) -1,3-phenylene) bis (9H-carbazole) (SimCP), which is the host material of the organic light emitting layer 15, is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、SimCPにおいて、それぞれのカルバゾール環、ベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。SimCPにおいて、正孔輸送に関与するHOMOは主にカルバゾール部に分布する。従って、カルバゾール部が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するLUMOは主に中央のベンゼン環に分布する。従って、中央のベンゼン環が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。   When calculated by the level B3LYP / 6-31G of ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, each carbazole ring and benzene ring separately form a π-electron conjugated structure surface in SimCP. In SimCP, HOMO involved in hole transport is mainly distributed in the carbazole part. Therefore, it is considered that the hole transport property can be improved by aligning the carbazole portion so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12). In addition, LUMO involved in electron transport is distributed mainly in the central benzene ring. Therefore, it is considered that the electron transport property can be improved by aligning the central benzene ring so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

有機発光層15のホスト材料であるビス(3,5−ジ(9H−カルバゾール−9−イル)フェニル)ジフェニルシラン(SimCP2)の分子構造を以下に示す。   The molecular structure of bis (3,5-di (9H-carbazol-9-yl) phenyl) diphenylsilane (SimCP2) which is the host material of the organic light emitting layer 15 is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、SimCP2において、それぞれのカルバゾール環、ベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。SimCP2において、正孔輸送に関与するHOMOは主にカルバゾール部に分布する。従って、カルバゾール部が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するLUMOは主にSi原子とN原子が結合しているベンゼン環に分布する。従って、Si原子とN原子が結合しているベンゼン環が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。   When calculated by the level B3LYP / 6-31G of the ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, in SimCP2, each carbazole ring and benzene ring separately form a π-electron conjugated structure surface. In SimCP2, HOMO involved in hole transport is mainly distributed in the carbazole part. Therefore, it is considered that the hole transport property can be improved by aligning the carbazole portion so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12). In addition, LUMO involved in electron transport is distributed mainly in benzene rings in which Si atoms and N atoms are bonded. Therefore, it is considered that the electron transport property can be improved by orienting the benzene ring in which Si atoms and N atoms are bonded so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

有機発光層15のホスト材料である9,9−スピロビフルオレン−2−イル−ジフェニル−フォスフィンオキサイド(SPPO1)の分子構造を以下に示す。   The molecular structure of 9,9-spirobifluoren-2-yl-diphenyl-phosphine oxide (SPPO1) which is the host material of the organic light emitting layer 15 is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、SPPO1において、各ベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。SPPO1において、正孔輸送に関与するHOMOは主にP原子と結合していない方のフルオレン部に分布する。従って、P原子と結合していない方のフルオレン部が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するLUMOは主にP原子と結合している方のフルオレン部に分布する。従って、P原子と結合している方のフルオレン部が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。   When calculated by the level B3LYP / 6-31G of ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, each benzene ring forms a π-electron conjugated structure surface that is not parallel to each other in SPPO1. In SPPO1, HOMO involved in hole transport is mainly distributed in the fluorene portion not bonded to the P atom. Therefore, it is considered that the hole transport property can be improved by orienting the fluorene portion not bonded to the P atom so as to be substantially in the horizontal direction with respect to the substrate 11 (electrode 12). In addition, LUMO involved in electron transport is distributed mainly in the fluorene portion bonded to the P atom. Therefore, it is considered that the electron transport property can be improved by orienting the fluorene portion bonded to the P atom so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

有機発光層15のホスト材料であるプロパン−2,2’−ジイルビス(4,1−フェニレン)ジベンゾエート(MMA1)の分子構造を以下に示す。   The molecular structure of propane-2,2'-diylbis (4,1-phenylene) dibenzoate (MMA1), which is the host material of the organic light emitting layer 15, is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、MMA1において、各ベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。MMA1において、正孔輸送に関与するHOMOは主にO原子が結合しているベンゼン環に分布する。従って、O原子が結合しているベンゼン環が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するLUMOは主に末端のベンゼン環に分布する。従って、末端のベンゼン環が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。   As calculated by level B3LYP / 6-31G of ab initio molecular orbital calculation using Gaussian09W, in MMA1, each benzene ring forms a π-electron conjugated structure surface that is not parallel to each other. In MMA1, HOMO involved in hole transport is distributed mainly in the benzene ring to which O atoms are bonded. Therefore, it is considered that the hole transport property can be improved by orienting the benzene ring to which O atoms are bonded so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12). In addition, LUMO involved in electron transport is distributed mainly in the terminal benzene ring. Therefore, it is considered that the electron transport property can be improved by orienting the terminal benzene ring so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

有機発光層15のホスト材料である9−(4−tert−ブチルフェニル)−3,6−ビス(トリフェニルシリル)−9H−カルバゾール(CzSi)の分子構造を以下に示す。   The molecular structure of 9- (4-tert-butylphenyl) -3,6-bis (triphenylsilyl) -9H-carbazole (CzSi), which is the host material of the organic light emitting layer 15, is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、CzSiにおいて、中央のカルバゾール環、その他のベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。CzSiにおいて、HOMOおよびLUMOは主にカルバゾール部に分布する。従って、カルバゾール部が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。   When calculated by the level B3LYP / 6-31G of the ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, in CzSi, the central carbazole ring and other benzene rings are separately formed with a π-electron conjugated structure surface. Yes. In CzSi, HOMO and LUMO are mainly distributed in the carbazole part. Therefore, it is considered that the charge transport property can be improved by aligning the carbazole portion so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

有機発光層15のホスト材料である4,4’−ビス(ジフェニルフォスフィンオキサイド)ビフェニル(PO1)の分子構造を以下に示す。   The molecular structure of 4,4'-bis (diphenylphosphine oxide) biphenyl (PO1), which is the host material of the organic light emitting layer 15, is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、PO1において、真ん中の2つのベンゼン環(ビフェニル部)が同一平面上にあり、1つのπ電子共役構造面を形成しており、その他のベンゼン環(ジフェニル部)のπ電子共役構造面とは互いに平行でない。PO1において、HOMOおよびLUMOは主にジフェニル部に分布する。従って、ジフェニル部が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。   When calculated by the level B3LYP / 6-31G of the ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, the two benzene rings (biphenyl part) in the middle are on the same plane in PO1, and one π electron conjugated structure surface Are not parallel to the π-electron conjugated structure surface of the other benzene ring (diphenyl moiety). In PO1, HOMO and LUMO are mainly distributed in the diphenyl moiety. Therefore, it is considered that the charge transport characteristics can be improved by orienting the diphenyl portion so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

有機発光層15のホスト材料である2,2’−ビス(4−カルバゾール−9−イル)フェニル)−ビフェニル(BCBP)の分子構造を以下に示す。   The molecular structure of 2,2'-bis (4-carbazol-9-yl) phenyl) -biphenyl (BCBP), which is the host material of the organic light emitting layer 15, is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、BCBPにおいて、両側のカルバゾール環と中央の4つのベンゼン環は同一平面上になく、互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。BCBPにおいて、正孔輸送に関与するHOMOは主にカルバゾール部に分布する。従って、カルバゾール部が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するLUMOは主にカルバゾールに結合したフェニルおよびビフェニル部に分布する。従って、カルバゾールに結合したフェニルおよびビフェニル部が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。   As calculated by the level B3LYP / 6-31G of the ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, in BCBP, the carbazole rings on both sides and the four central benzene rings are not on the same plane and are not parallel to each other. A structural surface is formed. In BCBP, HOMO involved in hole transport is mainly distributed in the carbazole part. Therefore, it is considered that the hole transport property can be improved by aligning the carbazole portion so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12). In addition, LUMO involved in electron transport is distributed mainly in phenyl and biphenyl moieties bonded to carbazole. Therefore, it is considered that the electron transport characteristics can be improved by aligning the phenyl and biphenyl moieties bonded to carbazole so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

有機発光層15のホスト材料である2,8−ビス(ジフェニルフォスフォリル)ジベンゾ[b,d]チオフェン(PPT)の分子構造を以下に示す。   The molecular structure of 2,8-bis (diphenylphosphoryl) dibenzo [b, d] thiophene (PPT) which is the host material of the organic light emitting layer 15 is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、PPTにおいて、中央のジベンゾチオフェンとベンゼン環とが互いに平行でないπ電子共役構造面となっている。PPTにおいて、HOMOおよびLUMOは主にジベンゾチオフェン部に分布する。従って、ジベンゾチオフェン部が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。   When calculated by the level B3LYP / 6-31G of ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, in the PPT, the central dibenzothiophene and the benzene ring are π-electron conjugated structure surfaces that are not parallel to each other. In PPT, HOMO and LUMO are mainly distributed in the dibenzothiophene part. Therefore, it is considered that the charge transport characteristics can be improved by aligning the dibenzothiophene portion so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

有機発光層15のホスト材料である4−(ジフェニルフォスフォリル)−N,N−ジフェニルアニリン(HM−A1)の分子構造を以下に示す。   The molecular structure of 4- (diphenylphosphoryl) -N, N-diphenylaniline (HM-A1) which is the host material of the organic light emitting layer 15 is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、HM−A1において、各ベンゼン環が別々に互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。HM−A1において、正孔輸送に関与するHOMOは主にジフェニルアニリン部に分布する。従って、ジフェニルアニリン部が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するLUMOは主にN原子とP原子に挟まれたベンゼン環に分布する。従って、N原子とP原子に挟まれたベンゼン環が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。   When calculated by the level B3LYP / 6-31G of ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, in HM-A1, each benzene ring separately forms a π-electron conjugated structure surface that is not parallel to each other. In HM-A1, HOMO involved in hole transport is mainly distributed in the diphenylaniline part. Therefore, it is considered that the hole transport property can be improved by aligning the diphenylaniline portion so as to be substantially in the horizontal direction with respect to the substrate 11 (electrode 12). In addition, LUMO involved in electron transport is distributed mainly in a benzene ring sandwiched between N and P atoms. Therefore, it is considered that the electron transport property can be improved by orienting the benzene ring sandwiched between the N atom and the P atom so as to be substantially in the horizontal direction with respect to the substrate 11 (electrode 12).

有機発光層15のホスト材料である9,9’−((2,6−ジフェニルベンゾ[1,2−b:4,5−b’]ジフラン−3,7−ジイル)ビス(4,1−フェニレン))ビス(9H−カルバゾール)(CZBDF)の分子構造を以下に示す。   9,9 ′-((2,6-diphenylbenzo [1,2-b: 4,5-b ′] difuran-3,7-diyl) bis (4,1-diyl) which is a host material of the organic light emitting layer 15 The molecular structure of (phenylene)) bis (9H-carbazole) (CZBDF) is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、CZBDFにおいて、中央のベンゾジフランと両端のカルバゾール、その他のベンゼン環が互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。CZBDFにおいて、HOMOおよびLUMOは主にジベンゾフラン部に分布する。従って、ジベンゾフラン部が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。   When calculated by the level B3LYP / 6-31G of the ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, in CZBDF, the central benzodifuran, the carbazole at both ends, and other benzene rings form a π-electron conjugated structure surface. ing. In CZBDF, HOMO and LUMO are mainly distributed in the dibenzofuran part. Therefore, it is considered that the charge transport property can be improved by orienting the dibenzofuran portion so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

有機発光層15のホスト材料である2,4−ビス(フェノキシ)−6−(3−メチルジフェニルアミノ)−1,3,5−トリアジン(BPMT)の分子構造を以下に示す。   The molecular structure of 2,4-bis (phenoxy) -6- (3-methyldiphenylamino) -1,3,5-triazine (BPMT), which is the host material of the organic light emitting layer 15, is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、BPMTにおいて、トリアジン環、ベンゼン環が互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。BPMTにおいて、正孔輸送に関与するHOMOは主にジフェニルアミノ基に分布する。従って、ジフェニルアミノ基が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、正孔輸送特性を向上できると考えられる。また、電子輸送に関与するLUMOは主にトリアジン環およびトリアジン環とO原子を介して結合しているベンゼン環に分布する。従って、トリアジン環およびトリアジン環とO原子を介して結合しているベンゼン環が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電子輸送特性を向上できると考えられる。   As calculated by the level B3LYP / 6-31G of ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, in BPMT, a π-electron conjugated structure surface in which triazine ring and benzene ring are not parallel to each other is formed. In BPMT, HOMO involved in hole transport is mainly distributed in diphenylamino groups. Therefore, it is considered that the hole transport property can be improved by aligning the diphenylamino group so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12). In addition, LUMO involved in electron transport is mainly distributed in the triazine ring and the benzene ring bonded to the triazine ring via an O atom. Therefore, the electron transport characteristics can be improved by orienting the triazine ring and the benzene ring bonded to the triazine ring via an O atom so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12). Conceivable.

電子輸送層17または電子注入層18を構成する電子輸送材料である2,2’,2”−(1,3,5−ベンジントリル)−トリス(1−フェニル−1H−ベンゾイミダゾール)(TPBI)の分子構造を以下に示す。   2,2 ′, 2 ″-(1,3,5-benztolyl) -tris (1-phenyl-1H-benzimidazole) (TPBI), which is an electron transport material constituting the electron transport layer 17 or the electron injection layer 18 The molecular structure of is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、TPBI3において、各ベンゾイミダゾールとベンゼン環は互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。電子輸送に関与するLUMOは主に中央のベンゼン環に分布する。従って、中央のベンゼン環が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。   As calculated by the level B3LYP / 6-31G of the ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, in TPBI3, each benzimidazole and benzene ring form a π-electron conjugated structure surface that is not parallel to each other. LUMO involved in electron transport is distributed mainly in the central benzene ring. Therefore, it is considered that the charge transport property can be improved by aligning the central benzene ring so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

電子輸送層17または電子注入層18を構成する電子輸送材料である3−(4−ビフェニル)−4−フェニル−5−tert−ブチルフェニル−1,2,4−トリアゾール(TAZ)の分子構造を以下に示す。   The molecular structure of 3- (4-biphenyl) -4-phenyl-5-tert-butylphenyl-1,2,4-triazole (TAZ), which is an electron transport material constituting the electron transport layer 17 or the electron injection layer 18, It is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、TAZにおいて、トリアゾール環と各ベンゼン環は互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。電子輸送に関与するLUMOは主にビフェニルのトリアゾール側のベンゼン環に分布する。従って、ビフェニルのトリアゾール側のベンゼン環が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。   As calculated by the level B3LYP / 6-31G of ab initio molecular orbital calculation using Gaussian09W, in TAZ, the triazole ring and each benzene ring form a π-electron conjugated structure surface that is not parallel to each other. LUMO involved in electron transport is distributed mainly in the benzene ring on the triazole side of biphenyl. Therefore, it is considered that the charge transport property can be improved by orienting the benzene ring on the triazole side of biphenyl so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

電子輸送層17または電子注入層18を構成する電子輸送材料である4,7−ジフェニル−1,10−フェナントロリン(BPhen)の分子構造を以下に示す。   The molecular structure of 4,7-diphenyl-1,10-phenanthroline (BPhen), which is an electron transport material constituting the electron transport layer 17 or the electron injection layer 18, is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、BPhenにおいて、フェナントロリン環と各ベンゼン環は互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。電子輸送に関与するLUMOは主にフェナントロリン部に分布する。従って、フェナントロリン部が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。   As calculated by the level B3LYP / 6-31G of the ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, in BPhen, the phenanthroline ring and each benzene ring form a π-electron conjugated structure surface that is not parallel to each other. LUMO involved in electron transport is mainly distributed in the phenanthroline part. Therefore, it is considered that the charge transport property can be improved by aligning the phenanthroline portion so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

電子輸送層17または電子注入層18を構成する電子輸送材料であるジフェニルビス(4−(ピリジン−3−イル)フェニル)シラン(DPPS)の分子構造を以下に示す。   The molecular structure of diphenylbis (4- (pyridin-3-yl) phenyl) silane (DPPS), which is an electron transport material constituting the electron transport layer 17 or the electron injection layer 18, is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、DPPSにおいて、各ピリジン環と各ベンゼン環は互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。電子輸送に関与するLUMOは主にピリジン環およびピリジン環と結合しているベンゼン環に分布する。従って、ピリジン環およびピリジン環と結合しているベンゼン環が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。   As calculated by the level B3LYP / 6-31G of the ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, in DPPS, each pyridine ring and each benzene ring form non-parallel π-electron conjugated structure surfaces. LUMO involved in electron transport is mainly distributed in the pyridine ring and the benzene ring bonded to the pyridine ring. Therefore, it is considered that the charge transport property can be improved by orienting the pyridine ring and the benzene ring bonded to the pyridine ring so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

電子輸送層17または電子注入層18を構成する電子輸送材料である1,3,5−トリ((3−ピリジル)−フェン−3−イル)ベンゼン(TmPyPB)の分子構造を以下に示す。   The molecular structure of 1,3,5-tri ((3-pyridyl) -phen-3-yl) benzene (TmPyPB), which is an electron transport material constituting the electron transport layer 17 or the electron injection layer 18, is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、TmPyPBにおいて、各ピリジン環と各ベンゼン環は互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。電子輸送に関与するLUMOは主に4つのベンゼン環(1,3,5−トリフェニルベンゼン部)に分布する。従って、4つのベンゼン環が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。   As calculated by the level B3LYP / 6-31G of the ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, in TmPyPB, each pyridine ring and each benzene ring form a π-electron conjugated structure surface that is not parallel to each other. LUMO involved in electron transport is distributed mainly in four benzene rings (1,3,5-triphenylbenzene portion). Therefore, it is considered that the charge transport characteristics can be improved by aligning the four benzene rings so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

電子輸送層17または電子注入層18を構成する電子輸送材料である1,3,5−トリ(p−ピリジ−3−イル−フェニル)ベンゼン(TpPyPB)の分子構造を以下に示す。   The molecular structure of 1,3,5-tri (p-pyrid-3-yl-phenyl) benzene (TpPyPB), which is an electron transport material constituting the electron transport layer 17 or the electron injection layer 18, is shown below.

Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31Gにより計算したところ、TpPyPBにおいて、各ピリジン環と各ベンゼン環は互いに平行でないπ電子共役構造面を形成している。電子輸送に関与するLUMOは主に4つのベンゼン環(1,3,5−トリフェニルベンゼン部)に分布する。従って、4つのベンゼン環が基板11(電極12)に対して実質的に水平方向になるように配向させることにより、電荷輸送特性を向上できると考えられる。   When calculated by the level B3LYP / 6-31G of the ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W, in TpPyPB, each pyridine ring and each benzene ring form a π-electron conjugated structure surface that is not parallel to each other. LUMO involved in electron transport is distributed mainly in four benzene rings (1,3,5-triphenylbenzene portion). Therefore, it is considered that the charge transport characteristics can be improved by aligning the four benzene rings so as to be substantially horizontal with respect to the substrate 11 (electrode 12).

上記で例示した有機EL層7を構成するπ共役化合物および該化合物より構成される層は一例であるが、上記の如く、有機EL層7を構成する少なくともいずれかの層に対して、上記した本発明に係る電荷輸送性有機薄膜5を適用することができる。これにより、当該層を構成するπ共役化合物の複数のπ電子共役構造面のうち、電荷移動に関与するHOMOまたはLUMOが主に分布するπ電子共役構造面を基板11(および電極12)の表面に対して実質的に平行に配向させて、当該層の電荷輸送性を向上することができる。従って、有機EL素子20の有機EL層7の電荷輸送性が向上するので、電極12、19から有機EL層7への電荷の注入効率が向上でき、有機EL素子20の駆動電圧を低電圧化できる。   The π-conjugated compound constituting the organic EL layer 7 exemplified above and the layer composed of the compound are examples. However, as described above, at least one of the layers constituting the organic EL layer 7 is described above. The charge transporting organic thin film 5 according to the present invention can be applied. Thereby, among the plurality of π-electron conjugated structure surfaces of the π-conjugated compound constituting the layer, the π-electron conjugated structure surface in which HOMO or LUMO mainly involved in charge transfer is mainly distributed is the surface of the substrate 11 (and the electrode 12). The charge transport property of the layer can be improved by orienting it substantially parallel to the layer. Therefore, since the charge transport property of the organic EL layer 7 of the organic EL element 20 is improved, the charge injection efficiency from the electrodes 12 and 19 to the organic EL layer 7 can be improved, and the drive voltage of the organic EL element 20 is lowered. it can.

なお、本発明に係る有機EL素子は、発光した光を基板側に放射するボトムエミッションタイプのデバイスで構成されていてもよいし、そうではなくて基板とは反対側に放射するトップエミッションタイプのデバイスで構成されていてもよい。また、本発明の有機発光素子の駆動方式は特に限定されず、アクティブ駆動方式でもパッシブ駆動方式でも良いが、有機発光素子をアクティブ駆動方式で駆動させる方が好ましい。アクティブ駆動方式を採用することにより、パッシブ駆動方式に比べて有機発光素子の発光時間を長くすることができ、所望の輝度を得る駆動電圧を低減し、低消費電力化が可能となるため好ましい。   In addition, the organic EL element according to the present invention may be composed of a bottom emission type device that emits emitted light to the substrate side, or a top emission type that emits light to the opposite side of the substrate instead. It may consist of devices. In addition, the driving method of the organic light emitting element of the present invention is not particularly limited and may be an active driving method or a passive driving method, but it is preferable to drive the organic light emitting element by the active driving method. Employing the active drive method is preferable because the light emission time of the organic light-emitting element can be extended compared to the passive drive method, the drive voltage for obtaining a desired luminance can be reduced, and the power consumption can be reduced.

以下、実施例に基づき本発明をさらに詳述するが、本発明は以下の実施例に制限されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although this invention is further explained in full detail based on an Example, this invention is not restrict | limited to a following example.

(比較例1)
基板として、電極および配線としてパターニングされた厚さ150nmのIZO(登録商標、酸化インジウム亜鉛)膜が形成された厚さ0.7mmのガラスを用いた。この基板を水洗後、純水超音波洗浄10分、アセトン超音波洗浄10分、イソプロピルアルコール蒸気洗浄5分を行い、100℃にて1時間乾燥させた。
次に、洗浄後の基板に酸素を少量含む窒素雰囲気中でUV光を照射し、表面の洗浄処理を施した後、真空蒸着装置内に導入した。その後、基板上に室温で膜厚100nmの2−メチル−9,10−ビス(ナフタレン−2−イル)アントラセン(MADN)を真空蒸着により形成した。次いで、電極および配線パターンを有するシャドーマスクを用いて、Alを蒸着し、MADN膜上に厚さ100nmのアルミニウム(Al)電極を形成し、その後にグローブボックス内にて封止して、比較例1の素子1を作製した。
(Comparative Example 1)
As the substrate, a glass having a thickness of 0.7 mm on which an IZO (registered trademark, indium zinc oxide) film having a thickness of 150 nm patterned as an electrode and a wiring was formed was used. This substrate was washed with water, then subjected to pure water ultrasonic cleaning for 10 minutes, acetone ultrasonic cleaning for 10 minutes, and isopropyl alcohol vapor cleaning for 5 minutes, and dried at 100 ° C. for 1 hour.
Next, the substrate after cleaning was irradiated with UV light in a nitrogen atmosphere containing a small amount of oxygen to perform surface cleaning treatment, and then introduced into a vacuum deposition apparatus. Thereafter, 2-methyl-9,10-bis (naphthalen-2-yl) anthracene (MADN) having a film thickness of 100 nm was formed on the substrate by vacuum evaporation. Next, using a shadow mask having an electrode and a wiring pattern, Al is vapor-deposited to form an aluminum (Al) electrode having a thickness of 100 nm on the MADN film, and then sealed in a glove box. 1 element 1 was produced.

(実施例1)
比較例1の素子1と同じ手順でIZO(登録商標)上に膜厚100nmのMADNを蒸着した後、酸素および水分濃度が制御された窒素雰囲気のグローブボックス内で、140℃で30分間熱処理した。
次に、熱処理後のMADN付き基板を真空蒸着室内に戻し、電極および配線パターンを有するシャドーマスクを用いて、MADN膜上に厚さ100nmのAlを蒸着して電極を形成した後にグローブボックス内にて封止して、実施例1の素子2を作製した。
Example 1
After depositing MADN having a film thickness of 100 nm on IZO (registered trademark) in the same procedure as the element 1 of Comparative Example 1, heat treatment was performed at 140 ° C. for 30 minutes in a glove box in a nitrogen atmosphere in which oxygen and moisture concentrations were controlled. .
Next, the heat-treated MADN-equipped substrate is returned to the vacuum deposition chamber, and an electrode is formed by depositing Al with a thickness of 100 nm on the MADN film using a shadow mask having electrodes and wiring patterns. Then, the device 2 of Example 1 was produced.

素子1(比較例1)および素子2(実施例1)のMADN膜の分子の配向状態を調べるため、素子1および素子2の基板について、Al蒸着直前に取り出し、分光エリプソメーター(J. A. Woollam社製M−2000U)により測定した。
分光エリプソメーターの測定データを解析し、素子1および素子2の基板のMADN膜の光学定数(屈折率nおよび消衰係数k)を導出した。素子1(比較例1)の解析結果を図8(a)に、素子2(実施例1)の解析結果を図8(b)に示す。測定データの解析は、MADN膜が基板に垂直な方向に一軸対称性を持つとしたモデルで行った。なお、図8に示すグラフにおいて、「kx,ky」は基板に対して水平方向の消衰係数、「kz」は基板に対して垂直方向の消衰係数、「nx,ny」は基板に対して水平方向の屈折率、「nz」は基板に対して垂直方向の屈折率をそれぞれ示す。
In order to investigate the molecular orientation of the MADN films of element 1 (comparative example 1) and element 2 (example 1), the substrates of element 1 and element 2 were taken out immediately before the Al deposition, and a spectroscopic ellipsometer (manufactured by JA Woollam) M-2000U).
The measurement data of the spectroscopic ellipsometer was analyzed, and the optical constants (refractive index n and extinction coefficient k) of the MADN films on the substrates of the elements 1 and 2 were derived. FIG. 8A shows the analysis result of the element 1 (Comparative Example 1), and FIG. 8B shows the analysis result of the element 2 (Example 1). The analysis of the measurement data was performed with a model in which the MADN film had uniaxial symmetry in the direction perpendicular to the substrate. In the graph shown in FIG. 8, “kx, ky” is an extinction coefficient in the horizontal direction with respect to the substrate, “kz” is an extinction coefficient in the direction perpendicular to the substrate, and “nx, ny” is with respect to the substrate. The refractive index in the horizontal direction, “nz”, indicates the refractive index in the vertical direction with respect to the substrate.

図8(a)及び図8(b)に示すように、消衰係数「kx,ky」及び「kz」にピークが2つ見られ、Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法のレベルB3LYP/6−31G(d)によるMADN分子の遷移双極子モーメントの計算結果から、波長250nm付近のピークは図2(a)に示すアントラセンの長軸方向(y方向)の遷移双極子モーメントに由来し、波長400nm付近のピークは図2(b)に示すアントラセンの短軸方向(x方向)の遷移双極子モーメントに由来することがわかった。
波長250nm付近のピークにおけるMADN膜のアントラセンの長軸方向(y方向)の遷移双極子モーメントに対する配向パラメータS、及び、400nm付近のピークにおけるアントラセンの短軸方向(x方向;ナフタレン環のπ共役平面に水平方向)の遷移双極子モーメントに対する配向パラメータSを、それぞれ上記式(A)より求めた。その結果を図8(a)および図8(b)に合わせて示す。
As shown in FIGS. 8A and 8B, two peaks are observed in the extinction coefficients “kx, ky” and “kz”, and the level B3LYP of the ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W is used. From the calculation result of the transition dipole moment of MADN molecule by / 6-31G (d), the peak near the wavelength of 250 nm is derived from the transition dipole moment in the long axis direction (y direction) of anthracene shown in FIG. The peak near the wavelength of 400 nm was derived from the transition dipole moment in the minor axis direction (x direction) of anthracene shown in FIG.
The orientation parameter S for the transition dipole moment in the major axis direction (y direction) of the anthracene of the MADN film at the peak near the wavelength of 250 nm, and the minor axis direction of the anthracene in the peak near the wavelength of 400 nm (x direction; π conjugate plane of the naphthalene ring) The orientation parameter S for the transition dipole moment in the horizontal direction was determined from the above formula (A). The results are shown in FIG. 8 (a) and FIG. 8 (b).

図8(a)の結果より、熱処理を施さなかった比較例1の素子1では、MADNを構成するアントラセンの短軸方向(図2(a)のx方向)の異方性が強く、ナフタレン環が基板に対して垂直よりも水平方向に向く傾向があることがわかる。それに対して、図8(b)に示す熱処理を施した実施例1の素子2では、MADNを構成するアントラセンの長軸方向(図2(a)のy方向)の異方性が強くなり、アントラセン環が基板に対して垂直よりも水平方向に向く傾向に変わっており、アントラセン環が基板に対して実質的に水平に配向していた。   From the result of FIG. 8A, in the element 1 of Comparative Example 1 that was not subjected to heat treatment, the anthracene constituting MADN had a strong anisotropy in the minor axis direction (x direction in FIG. 2A), and the naphthalene ring It can be seen that tends to be more horizontal than perpendicular to the substrate. On the other hand, in the element 2 of Example 1 subjected to the heat treatment shown in FIG. 8B, the anisotropy in the major axis direction of the anthracene constituting the MADN (y direction in FIG. 2A) becomes strong, The anthracene ring changed to a tendency to be oriented in a horizontal direction rather than perpendicular to the substrate, and the anthracene ring was oriented substantially horizontally with respect to the substrate.

このように配向性の異なるMADN膜の電気的特性を素子1および素子2の電流−電圧(I−V)特性測定により評価した。I−V特性の測定結果を図9に示す。この結果は、実施例1の素子2の方が、比較例1の素子1よりも印加電圧に対してより電流が流れやすく、MADNを構成するナフタレン環が基板に対して水平に向いた状態よりもアントラセン環が基板に対して実質的に水平方向に向いている方が電荷輸送性が高いことを示す。すなわち、図2(a)に示すように、HOMOの分子軌道がほとんど分布していないナフタレン環が基板に対して水平に向いているよりも、HOMOの分子軌道が主に分布しているアントラセン環が基板に対して水平に向いている方が電荷輸送性が高くなることが明らかである。以上の結果より、薄膜の配向を制御して電荷輸送性を向上させるためには、HOMO(またはLUMO)の分子軌道の分布を考慮し、HOMO(またはLUMO)が主に分布しているπ電子共役構造面を基板に対して実質的に平行に配向させることが重要であることが確認された。   Thus, the electrical characteristics of MADN films having different orientations were evaluated by measuring the current-voltage (IV) characteristics of device 1 and device 2. The measurement result of the IV characteristic is shown in FIG. As a result, the element 2 of the example 1 is more likely to flow current with respect to the applied voltage than the element 1 of the comparative example 1, and the naphthalene ring constituting the MADN is oriented horizontally with respect to the substrate. Also, it is shown that the charge transportability is higher when the anthracene ring is oriented substantially in the horizontal direction with respect to the substrate. That is, as shown in FIG. 2 (a), an anthracene ring in which the molecular orbitals of HOMO are mainly distributed rather than the naphthalene ring in which the molecular orbitals of HOMO are hardly distributed is oriented horizontally with respect to the substrate. It is apparent that the charge transport property is higher when the is oriented horizontally with respect to the substrate. From the above results, in order to improve the charge transportability by controlling the orientation of the thin film, the distribution of molecular orbitals of HOMO (or LUMO) is taken into consideration, and π electrons in which HOMO (or LUMO) is mainly distributed It was confirmed that it is important to orient the conjugated structure surface substantially parallel to the substrate.

(実施例2)
実施例1と同様にIZO(登録商標)基板を準備し、洗浄を施して真空蒸着装置内に導入した。
次に、蒸着室内で基板温度を80℃まで昇温し、その状態でIZO(登録商標)上に2−メチル−9,10−ビス(ナフタレン−2−イル)アントラセン(MADN)を膜厚100nm蒸着した。蒸着後、基板温度を40℃以下に降温して、電極および配線パターンを有するシャドーマスクを用いてAlを100nm蒸着して、MADN膜上にアルミニウム(Al)電極を形成した。その後、蒸着した基板をグローブボックス内で封止して実施例2の素子3を作製した。
(Example 2)
An IZO (registered trademark) substrate was prepared in the same manner as in Example 1, washed, and introduced into a vacuum deposition apparatus.
Next, the substrate temperature is raised to 80 ° C. in the vapor deposition chamber, and in that state, 2-methyl-9,10-bis (naphthalen-2-yl) anthracene (MADN) is formed to a thickness of 100 nm on IZO (registered trademark). Vapor deposited. After the deposition, the substrate temperature was lowered to 40 ° C. or lower, and Al was deposited to a thickness of 100 nm using a shadow mask having an electrode and a wiring pattern to form an aluminum (Al) electrode on the MADN film. Thereafter, the deposited substrate was sealed in a glove box to produce the element 3 of Example 2.

実施例2の素子3と同じ条件で蒸着したMADN膜の配向性を、実施例1および比較例1と同様の手法で分光エリプソで評価した結果、実施例1の素子2のMADN膜と同じであることがわかった。
また、素子3の電流−電圧(I−V)特性を測定したところ、実施例2の素子3のI−V特性も実施例1の素子2とほぼ同じであり、比較例1の素子1よりも印加電圧に対してより電流が流れやすくなっていた。
実施例2の素子3の結果からも、上記実施例1と同様に、MADNを構成するナフタレン環が基板に対して水平に向いた状態よりもアントラセン環が基板に対して水平に向いている方が電荷輸送性が高くなることが示された。
As a result of evaluating the orientation of the MADN film deposited under the same conditions as the device 3 of Example 2 by spectroscopic ellipsometry in the same manner as in Example 1 and Comparative Example 1, it was the same as the MADN film of the device 2 of Example 1. I found out.
Moreover, when the current-voltage (IV) characteristic of the element 3 was measured, the IV characteristic of the element 3 of Example 2 was also substantially the same as that of the element 2 of Example 1, and from the element 1 of Comparative Example 1 However, the current flowed more easily with respect to the applied voltage.
From the result of the element 3 of Example 2, as in Example 1 above, the anthracene ring is oriented horizontally with respect to the substrate rather than the naphthalene ring constituting the MADN oriented horizontally with respect to the substrate. It was shown that the charge transporting property is increased.

(比較例2)
比較例1と同様にして基板として、IZO(登録商標)基板上に室温で膜厚100nmの2−メチル−9,10−ビス(ナフタレン−2−イル)アントラセン(MADN)を真空蒸着により形成した。
次に、MADN膜上に真空蒸着によりAlq(トリス(8−キノラリト)アルミニウム)膜を膜厚50nm形成した。
次いで、電極および配線パターンを有するシャドーマスクを用いて、Alを蒸着し、Alq膜上に厚さ100nmのアルミニウム(Al)電極を形成し、その後にグローブボックス内にて封止して、比較例2の素子4を作製した。
(Comparative Example 2)
As in Comparative Example 1, as a substrate, 2-methyl-9,10-bis (naphthalen-2-yl) anthracene (MADN) having a film thickness of 100 nm was formed on an IZO (registered trademark) substrate at room temperature by vacuum deposition. .
Next, an Alq 3 (tris (8-quinolato) aluminum) film having a thickness of 50 nm was formed on the MADN film by vacuum deposition.
Next, using a shadow mask having an electrode and a wiring pattern, Al was vapor-deposited to form an aluminum (Al) electrode having a thickness of 100 nm on the Alq 3 film, and then sealed in a glove box. Element 4 of Example 2 was produced.

(実施例3)
比較例2の素子4と同じ手順でIZO(登録商標)上に膜厚100nmのMADNを蒸着した後、酸素および水分濃度が制御された窒素雰囲気のグローブボックス内で、140℃で30分間熱処理した。
次に、熱処理後のMADN付き基板を真空蒸着室内に戻し、MADN膜上に真空蒸着によりAlq(トリス(8−キノラリト)アルミニウム)膜を膜厚50nm形成した。
次いで、電極および配線パターンを有するシャドーマスクを用いて、MADN膜上に厚さ100nmのAlを蒸着して電極を形成した後にグローブボックス内にて封止して、実施例3の素子5を作製した。
(Example 3)
After depositing MADN having a film thickness of 100 nm on IZO (registered trademark) in the same procedure as the element 4 of Comparative Example 2, heat treatment was performed at 140 ° C. for 30 minutes in a glove box in a nitrogen atmosphere in which oxygen and moisture concentrations were controlled. .
Next, the substrate with MADN after the heat treatment was returned to the vacuum deposition chamber, and an Alq 3 (tris (8-quinolalite) aluminum) film having a thickness of 50 nm was formed on the MADN film by vacuum deposition.
Next, using a shadow mask having an electrode and a wiring pattern, an Al film having a thickness of 100 nm was deposited on the MADN film to form an electrode, which was then sealed in a glove box to produce the device 5 of Example 3. did.

比較例2の素子4および実施例3の素子5のI−V特性を測定したところ、素子5のI−V特性の方が素子4よりも印加電圧に対してより電流が流れやすく、この素子構造に対してもMADNを構成するナフタレン環が基板に対して水平に向いた状態よりもアントラセン環が基板に対して水平に向いている方が電荷輸送性が高いことが示された。   When the IV characteristics of the element 4 of the comparative example 2 and the element 5 of the example 3 were measured, the IV characteristic of the element 5 was more likely to flow current with respect to the applied voltage than the element 4. It was also shown that the structure has higher charge transportability when the anthracene ring is oriented horizontally with respect to the substrate than when the naphthalene ring constituting MADN is oriented horizontally with respect to the substrate.

(検討例1)
実施例1及び比較例1と同様にしてMADN膜を成膜した後、(1)熱処理をしない、(2)100℃30分間の熱処理を施す、(3)140℃30分間の熱処理を施す、のいずれかの条件で処理を行ったあと、実施例1及び比較例1と同様にしてAl電極の形成および封止を行った。
得られた各素子について、電流−電圧(I−V)特性測定を行った。結果を図10に示す。
図10の結果より、MADN膜は、成膜後に140℃で熱処理することにより配向性が変化し、ナフタレン環よりもアントラセン環が基板に実質的に水平に配向し、電荷輸送性が向上することがわかった。
(Examination example 1)
After forming the MADN film in the same manner as in Example 1 and Comparative Example 1, (1) heat treatment is not performed, (2) heat treatment is performed at 100 ° C. for 30 minutes, and (3) heat treatment is performed at 140 ° C. for 30 minutes. After performing the treatment under any of the conditions, Al electrodes were formed and sealed in the same manner as in Example 1 and Comparative Example 1.
About each obtained element, the current-voltage (IV) characteristic measurement was performed. The results are shown in FIG.
From the results shown in FIG. 10, the MADN film changes its orientation by heat treatment at 140 ° C. after the film formation, and the anthracene ring is oriented substantially horizontally to the substrate rather than the naphthalene ring, thereby improving the charge transport property. I understood.

(検討例2)
MADN膜の成膜後の熱処理温度を20℃、80℃、100℃、120℃、140℃に変化させたこと以外は、検討例1と同様にして素子を作製し、得られた各素子について、配向パラメータSおよび2V印加時の電流密度を測定した。その結果を図11に示す。なお、図11において、「S−アントラセンy」は、図8に示すように消衰係数の波長250nm付近のピークにおけるアントラセンの長軸方向(y方向)の遷移双極子モーメントに対する配向パラメータSを示す。また、「S−アントラセンx」は、図8に示すように消衰係数の波長400nm付近のピークにおけるアントラセンの短軸方向(x方向;ナフタレン環のπ共役平面に水平方向)の遷移双極子モーメントに対する配向パラメータSを示す。
図10の結果より、MADN膜は、成膜後に140℃で熱処理することにより配向性が変化し、配向パラメータ「S−アントラセンy」が−0.15以下となっており、ナフタレン環よりもアントラセン環が基板に対して実質的に水平に配向し、電荷輸送性が向上していた。
(Examination example 2)
About each element which produced the element similarly to the examination example 1 except having changed the heat processing temperature after film-forming of a MADN film into 20 degreeC, 80 degreeC, 100 degreeC, 120 degreeC, and 140 degreeC. The orientation parameter S and the current density when 2 V was applied were measured. The result is shown in FIG. In FIG. 11, “S-anthracene y” indicates an orientation parameter S with respect to the transition dipole moment in the long axis direction (y direction) of anthracene at the peak near the wavelength of 250 nm of the extinction coefficient as shown in FIG. . Further, “S-anthracene x” is a transition dipole moment in the short axis direction of the anthracene (x direction; horizontal direction to the π conjugate plane of the naphthalene ring) at the peak of the extinction coefficient near 400 nm as shown in FIG. Shows the orientation parameter S for.
From the results shown in FIG. 10, the MADN film has its orientation changed by heat treatment at 140 ° C. after the film formation, and the orientation parameter “S-anthracene y” is −0.15 or less, which is more anthracene than the naphthalene ring. The ring was oriented substantially horizontally with respect to the substrate, and the charge transportability was improved.

(検討例3)
MADN膜の成膜時のIZO(登録商標)基板温度を室温〜120℃まで変化させたこと以外は、比較例1と同様にして素子を作製した。得られた素子について、実施例1及び比較例1と同様の手法で分光エリプソで評価し、波長250nm付近の消衰係数のピークにおける配向パラメータSと、波長400nm付近の消衰係数のピークにおける配向パラメータSを測定した。その結果を、図12に示す。
図12に示すように、基板の温度を60℃以上としてMADN膜を成膜することにより、波長250nm付近のピークに由来する配向パラメータSと、波長400nm付近のピークに由来する配向パラメータSとの大小関係が逆転しており、MADNにおけるナフタレン環よりもアントラセン環の方が基板に対して水平方向となるような配向に変化したことがわかる。この結果より、配向パラメータSが−0.1以下の場合に、HOMOが主に分布しているアントラセン環が基板に対して実質的に水平に配向し、電荷輸送性が向上することがわかる。
(Examination example 3)
A device was fabricated in the same manner as in Comparative Example 1 except that the IZO (registered trademark) substrate temperature during the formation of the MADN film was changed from room temperature to 120 ° C. The obtained element was evaluated by spectroscopic ellipso in the same manner as in Example 1 and Comparative Example 1, and the orientation parameter S at the extinction coefficient peak near the wavelength of 250 nm and the orientation at the extinction coefficient peak near the wavelength of 400 nm were measured. Parameter S was measured. The result is shown in FIG.
As shown in FIG. 12, by forming a MADN film at a substrate temperature of 60 ° C. or higher, an alignment parameter S derived from a peak near a wavelength of 250 nm and an alignment parameter S derived from a peak near a wavelength of 400 nm The magnitude relationship is reversed, and it can be seen that the anthracene ring has changed its orientation to be horizontal with respect to the substrate rather than the naphthalene ring in MADN. From this result, it is understood that when the orientation parameter S is −0.1 or less, the anthracene ring in which HOMO is mainly distributed is oriented substantially horizontally with respect to the substrate, and the charge transport property is improved.

本発明は、例えば、有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)、色変換発光素子、光変換発光素子、光電変換素子、有機薄膜トランジスタ、有機レーザーダイオード素子等に利用することができ、また、各発光素子を用いた表示装置、照明装置および電子機器等にも利用することができる。   The present invention can be used for, for example, an organic electroluminescence element (organic EL element), a color conversion light emitting element, a light conversion light emitting element, a photoelectric conversion element, an organic thin film transistor, an organic laser diode element, and the like. It can also be used for display devices, lighting devices, electronic devices and the like using the above.

1、2…電極、5…電荷輸送性有機薄膜、7…有機EL層(有機層)、10…素子、11…基板、12、19…電極、13…正孔注入層、14…正孔輸送層、15…有機発光層、16…正孔防止層、17…電子輸送層、18…電子注入層、20…有機エレクトロルミネッセンス素子(有機EL素子)。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 2 ... Electrode, 5 ... Charge transportable organic thin film, 7 ... Organic EL layer (organic layer), 10 ... Element, 11 ... Substrate, 12, 19 ... Electrode, 13 ... Hole injection layer, 14 ... Hole transport Layer, 15 ... organic light emitting layer, 16 ... hole blocking layer, 17 ... electron transport layer, 18 ... electron injection layer, 20 ... organic electroluminescence element (organic EL element).

Claims (6)

基材上に形成され、互いに平行でない複数のπ電子共役構造面を有する電荷輸送性のπ共役化合物を含んでなる電荷輸送性の非晶質薄膜であって、
前記π共役化合物が電子輸送性である場合は最低非占有分子軌道(LUMO)が主に分布しているπ電子共役構造面を、
前記π共役化合物が正孔輸送性である場合は最高占有分子軌道(HOMO)が主に分布しているπ電子共役構造面を、それぞれ第1のπ電子共役構造面としたとき、
前記第1のπ電子共役構造面が前記基材の表面に対して実質的に平行に配向していることを特徴とする電荷輸送性有機薄膜。
A charge-transporting amorphous thin film comprising a charge-transporting π-conjugated compound formed on a substrate and having a plurality of non-parallel π-electron conjugated structure surfaces,
When the π-conjugated compound is electron transporting, a π-electron conjugated structure surface in which the lowest unoccupied molecular orbital (LUMO) is mainly distributed,
When the π-conjugated compound is hole transporting, when the π-electron conjugated structure surface in which the highest occupied molecular orbital (HOMO) is mainly distributed is the first π-electron conjugated structure surface,
The charge transporting organic thin film characterized in that the first π-electron conjugated structure surface is oriented substantially parallel to the surface of the substrate.
前記HOMOおよび前記LUMOが、Gaussian09Wを用いた非経験的分子軌道計算法により導出されることを特徴とする請求項1に記載の電荷輸送性有機薄膜。   2. The charge transporting organic thin film according to claim 1, wherein the HOMO and the LUMO are derived by an ab initio molecular orbital calculation method using Gaussian09W. 前記第1のπ電子共役構造面に平行な遷移双極子モーメントの方向に対する2次の配向パラメータSが、−0.1〜−0.5の範囲にあることを特徴とする請求項1または2に記載の電荷輸送性有機薄膜。   The second-order orientation parameter S with respect to the direction of the transition dipole moment parallel to the first π-electron conjugated structure surface is in the range of −0.1 to −0.5. The charge transporting organic thin film described in 1. 前記第1のπ電子共役構造面が長軸および短軸を有し、前記第1のπ電子共役構造面の長軸方向に対する2次の配向パラメータSが、−0.1〜−0.5の範囲にあることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の電荷輸送性有機薄膜。   The first π-electron conjugated structure surface has a major axis and a minor axis, and a secondary orientation parameter S with respect to the major axis direction of the first π-electron conjugated structure surface is −0.1 to −0.5. The charge-transporting organic thin film according to any one of claims 1 to 3, wherein the charge-transporting organic thin film is in the range. 前記第1のπ共役構造面が、前記π共役化合物において最も面積の広いπ電子共役構造面であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の電荷輸送性有機薄膜。   The charge transporting organic thin film according to any one of claims 1 to 4, wherein the first π-conjugated structure surface is a π-electron conjugated structure surface having the widest area in the π-conjugated compound. 発光材料を含む少なくとも1層の有機層が2枚の対向する電極間に配置された有機エレクトロルミネッセンス素子であって、
前記有機層が、請求項1〜5のいずれか一項に記載の電荷輸送性有機薄膜を含んで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。
An organic electroluminescence device in which at least one organic layer containing a luminescent material is disposed between two opposing electrodes,
The said organic layer comprises the electric charge transportable organic thin film as described in any one of Claims 1-5, The organic electroluminescent element characterized by the above-mentioned.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2014175479A (en) * 2013-03-08 2014-09-22 Kyushu Univ Organic luminescent material, method for manufacturing organic luminescent material, and organic light-emitting element

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