JP4802671B2 - Organic EL device with low molecular organic thin film - Google Patents

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Description

本発明は、塗布型低分子有機薄膜を備える有機EL素子に係り、特に、下記式(2)により表されるトランス−1,2−ビス(9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタンを核にした低分子化合物からなる有機薄膜を備えるエレクトロルミネセント(以下、ELと略記す。)素子に関する。更に詳しくは、本発明は、下記式(4)により表されるトランス−1,2−ビス(9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタンを核にした低分子化合物からなる、印刷等の湿式法により成膜された有機薄膜を備える有機EL素子に関する。

Figure 0004802671
The present invention relates to an organic EL device having a coating-type low-molecular organic thin film, and particularly, trans-1,2-bis (9H-carbazol-9-yl) cyclobutane represented by the following formula (2) as a core. The present invention relates to an electroluminescent (hereinafter abbreviated as EL) device including an organic thin film made of a low molecular compound. More specifically, the present invention comprises a low-molecular compound having trans-1,2-bis (9H-carbazol-9-yl) cyclobutane represented by the following formula (4) as a nucleus, and a wet method such as printing. The present invention relates to an organic EL element including a formed organic thin film.
Figure 0004802671

有機EL素子は、対向した電極間に有機キャリア輸送層および有機発光層の少なくとも1層を有するが、これらの有機膜の成膜方法として、蒸着法と湿式成膜法がある。  The organic EL element has at least one layer of an organic carrier transport layer and an organic light emitting layer between opposed electrodes. As a method for forming these organic films, there are a vapor deposition method and a wet film formation method.

蒸着法により有機膜を成膜する有機EL素子の作製方法は、例えば、基板上にパターニングされたインジウムスズ複合酸化物(ITO)等を有する透明陽極基板上に、発光層材料を真空蒸着により成膜し、その上に陰極を蒸着することからなる。また、性能向上のために、陽極基板上に、正孔注入層、正孔輸送層、電子ブロック層、発光層、正孔ブロック層、電子輸送層、及び電子注入層等の、陰極と機能分離された多層膜が積層される場合もある。  For example, a method for producing an organic EL element in which an organic film is formed by a vapor deposition method is such that a light emitting layer material is formed by vacuum vapor deposition on a transparent anode substrate having indium tin composite oxide (ITO) or the like patterned on the substrate. And depositing a cathode on it. In addition, for the purpose of improving performance, functional separation of the cathode, such as a hole injection layer, a hole transport layer, an electron block layer, a light emitting layer, a hole block layer, an electron transport layer, and an electron injection layer, is performed on the anode substrate. In some cases, laminated multilayer films are laminated.

湿式成膜法では、ポリパラフェニレンビニレン系、ポリパラフェニレン系、ポリフルオレン系、ポリチオフェン系等の共役系高分子材料を有機溶媒に溶解するか若しくは水に分散したインク、または低分子材料をポリビニルカルバゾールや共役系高分子材料と共に溶解したインクを塗布することにより有機膜が成膜される。湿式成膜法を用いたEL素子の作製方法は、パターニングしたITO等の透明陽極を有する基板上に、正孔輸送層及び発光層をこの順に印刷または塗布等することにより成膜し、その上に陰極を蒸着またはスパッタリングで成膜するものである。  In the wet film formation method, an ink in which a conjugated polymer material such as polyparaphenylene vinylene, polyparaphenylene, polyfluorene, or polythiophene is dissolved in an organic solvent or dispersed in water, or a low molecular material is polyvinyl An organic film is formed by applying ink dissolved with carbazole or a conjugated polymer material. A method for manufacturing an EL element using a wet film forming method is to form a film by printing or applying a hole transport layer and a light emitting layer in this order on a substrate having a transparent anode such as patterned ITO, The cathode is formed by vapor deposition or sputtering.

湿式成膜法における具体的成膜方法としては、インクジェット法、グラビア印刷法、凸版印刷法、オフセット印刷法等の印刷法や、スピンコート、ダイコート、キャップコート等の塗布法がある。基板上に陰極から逆の順に有機膜が成膜され、最後に陽極が成膜される場合もある。  Specific film forming methods in the wet film forming method include printing methods such as an ink jet method, a gravure printing method, a relief printing method, an offset printing method, and a coating method such as spin coating, die coating, and cap coating. In some cases, the organic film is formed on the substrate in the reverse order from the cathode, and finally the anode is formed.

低分子系の正孔輸送材料および発光材料は、真空中での基板からの再蒸発を防ぐため、少なくとも350程度以上の分子量(Mw)を有する化合物であるのが好ましい。かつ、分解や炭化を防ぐため、500℃以下の低い蒸発源温度で十分な蒸着速度が得られるように、通常は1200程度以下の分子量を有する材料が使用される。  The low molecular weight hole transport material and the light emitting material are preferably compounds having a molecular weight (Mw) of at least about 350 in order to prevent re-evaporation from the substrate in vacuum. In order to prevent decomposition and carbonization, a material having a molecular weight of about 1200 or less is usually used so that a sufficient vapor deposition rate can be obtained at a low evaporation source temperature of 500 ° C. or less.

一般的蒸着材料の例では、Alオキシン錯体(Alqと略す、Mw=459)、ビス−N,N’−ジフェニル−N,N’−ジ(2−ナフチル)ベンジジン(α−NPDと略す、Mw=588)、ルブレン(Mw=583)、fac−トリス(2−フェニルピリジン)Ir(Mw=655)、4,4’,4”−トリス(N−2−ナフチル−N−フェニル)アミノ−トリフェニルアミン(2−TNATAと略す、Mw=897)等、450〜1000程度の分子量を有する材料を用いる場合が多い。   Examples of general vapor deposition materials include Al oxine complexes (abbreviated as Alq, Mw = 459), bis-N, N′-diphenyl-N, N′-di (2-naphthyl) benzidine (abbreviated as α-NPD, Mw = 588), rubrene (Mw = 583), fac-tris (2-phenylpyridine) Ir (Mw = 655), 4,4 ', 4 "-tris (N-2-naphthyl-N-phenyl) amino-tri In many cases, a material having a molecular weight of about 450 to 1000 such as phenylamine (abbreviated as 2-TNATA, Mw = 897) is used.

蒸着法により成膜される一般的な低分子材料は、ポリマー材料や高次のデンドリマー材料のように大きな分子構造を有していないため、分子が絡み合わず、動き易い。このような化合物を有機溶媒に溶解して得た溶液を用いて成膜した有機膜は、時間が経つと分子同士が会合して結晶化し、膜に凸凹が生じ易い。そのため、このような有機膜を用いてEL素子を作製すると、膜にピンホールが生じてショートするという問題があった。  A general low-molecular material formed by a vapor deposition method does not have a large molecular structure like a polymer material or a higher-order dendrimer material, so that molecules are not entangled and are easy to move. An organic film formed using a solution obtained by dissolving such a compound in an organic solvent tends to cause unevenness in the film due to the association of molecules with each other over time. Therefore, when an EL element is manufactured using such an organic film, there is a problem that a pinhole is generated in the film and a short circuit occurs.

これに対し、低分子材料であっても、高いガラス転移温度を有する、剛直で非対称性で立体的なアモルファス性分子構造にすることで結晶化を防ぐことが可能である(例えば、非特許文献1,2参照)ため、このような分子構造の低分子材料を塗布または印刷することにより有機膜を形成することが考えられる。  In contrast, even a low molecular weight material can prevent crystallization by forming a rigid, asymmetric and steric amorphous molecular structure having a high glass transition temperature (for example, non-patent literature). Therefore, it is conceivable to form an organic film by applying or printing a low molecular material having such a molecular structure.

また、湿式成膜可能な高分子量ポリマー材料や高世代のデンドリマー材料は、精製や合成が難しいという問題があるため、容易に合成できる低分子化合物であって、溶媒への溶解性が高く、成膜性の良好な材料が求められている。  In addition, high molecular weight polymer materials capable of wet film formation and high-generation dendrimer materials have a problem that they are difficult to purify and synthesize, so they are low-molecular compounds that can be easily synthesized, have high solubility in solvents, There is a demand for materials having good film properties.

更に、低分子材料のマスク蒸着による3色塗り分けでカラーディスプレイを作製する場合、基板サイズがメートルサイズになると、マスクと基板の位置あわせが困難になり、かつ大型の真空成膜装置が必要になるので、製造コストが増大するという問題がある。そのため、低コストで大面積のカラーディスプレイを作製するためには、常圧下で低コストに発光層を多色塗り分け可能な印刷法を用いた技術の開発が望まれている。  Furthermore, when producing a color display by three-color coating by low-molecular material mask vapor deposition, if the substrate size becomes a metric size, it becomes difficult to align the mask and the substrate, and a large vacuum film forming apparatus is required. Therefore, there is a problem that the manufacturing cost increases. Therefore, in order to produce a color display with a large area at a low cost, it is desired to develop a technique using a printing method capable of performing multicolor coating of light emitting layers at a low cost under normal pressure.

この場合、1つの画素は、通常、赤、青、緑の3色に塗り分けられる。また、光利用効率を向上させるため、赤、緑、青、白の4色に塗り分ける場合もある。さらに、色再現領域をより拡大するために、赤、黄緑、緑、青、白の5色のサブピクセルに塗り分けることも可能である。  In this case, one pixel is usually divided into three colors of red, blue, and green. Further, in order to improve the light utilization efficiency, there are cases where the four colors of red, green, blue, and white are separately applied. Furthermore, in order to further expand the color reproduction region, it is possible to separately coat the five sub-pixels of red, yellow-green, green, blue, and white.

それらのサブピクセル形成方法としては、発光層を直接塗り分ける方法以外に、単色の青色発光または白色発光素子をカラーフィルターで分光する方法もある。  As a method for forming these sub-pixels, there is a method in which a monochromatic blue light-emitting element or a white light-emitting element is spectrally separated by a color filter, in addition to a method in which a light emitting layer is directly applied.

一方、塗布および印刷可能な高分子正孔輸送材料としては、通常、ポリチオフェン系またはポリアニリン系の導電性高分子が用いられる。ポリチオフェン系の導電性高分子であるポリ(3,4−エチレンジオキシチオフェン)/ポリ(スチレンスルホン酸)(以下、PEDOT/PSSと略す)は、微粒子の水分散液である。PEDOT/PSS膜は、その上に発光層を積層する際に、発光層の有機溶媒により膜が溶解されないという利点を有する。   On the other hand, a polythiophene-based or polyaniline-based conductive polymer is usually used as a polymer hole transport material that can be applied and printed. Poly (3,4-ethylenedioxythiophene) / poly (styrenesulfonic acid) (hereinafter abbreviated as PEDOT / PSS), which is a polythiophene-based conductive polymer, is an aqueous dispersion of fine particles. The PEDOT / PSS film has an advantage that when the light emitting layer is laminated thereon, the film is not dissolved by the organic solvent of the light emitting layer.

PEDOT/PSS膜は、電気抵抗が低く、かつ表面のイオン化エネルギーを、ITOのイオン化エネルギーである4.8eV程度から5.1〜5.3eVに高めて、正孔注入を促進することができる。また、ITO電極表面の凸凹を平滑化し、ショートを防ぐという利点もある。  The PEDOT / PSS film has a low electrical resistance, and can increase the ionization energy of the surface from about 4.8 eV, which is the ionization energy of ITO, to 5.1 to 5.3 eV to promote hole injection. Further, there is an advantage that the unevenness on the surface of the ITO electrode is smoothed to prevent a short circuit.

しかし、PEDOT/PSS膜は、PSS中のスルホン酸基によりインクの酸性度がpH1程度と高いため、装置の金属部を腐食したり、ITO表面を溶解し、インジウムイオンを発光層へ拡散させ、発光層の劣化を引き起こすという問題があった。また、PEDOT/PSSは水分散液であるため、膜中の水分を完全に除去するのに時間がかかるという問題もあった。  However, the PEDOT / PSS film has a high acidity of about pH 1 due to the sulfonic acid group in the PSS, so it corrodes the metal part of the device, dissolves the ITO surface, and diffuses indium ions to the light emitting layer. There was a problem of causing deterioration of the light emitting layer. In addition, since PEDOT / PSS is an aqueous dispersion, it takes time to completely remove the water in the film.

そのため、強酸性ではなく、高い揮発性の有機溶剤を用いて成膜した後、光や熱による架橋や、置換基間の水素結合形成を利用した自己組織化により、有機溶媒への不溶化処理可能な正孔輸送材料の開発も望まれている。  Therefore, after forming a film using a highly volatile organic solvent instead of a strong acid, it can be insolubilized in an organic solvent by cross-linking with light or heat, or by self-organization using the formation of hydrogen bonds between substituents. Development of a positive hole transport material is also desired.

また、ポリフルオレン系共重合体等の共役系高分子発光材料を青色発光材料として用いた場合、低分子材料に比べ寿命が現状では1桁短く、かつ高輝度青色材料は色純度が劣るという問題があった。そこで、高分子材料に限らず、低コストで印刷、塗布可能な高輝度、長寿命、高色純度の材料の開発も望まれている。   In addition, when a conjugated polymer light emitting material such as a polyfluorene copolymer is used as a blue light emitting material, the lifetime is currently an order of magnitude shorter than that of a low molecular weight material, and the color purity of a high brightness blue material is inferior. was there. Therefore, development of materials having high brightness, long life, and high color purity that can be printed and applied at low cost is desired, not limited to polymer materials.

更に、印刷法を用いてEL素子を製造する場合に、高分子材料の溶解性が不十分であったり、高粘度のため高濃度のインク化ができず、所望の厚さに印刷できない場合もあった。低粘度の低分子化合物を用いて高濃度のインクを作り、印刷時の揮発溶剤量を減らすことで環境負荷を減らすことも望まれている。  Furthermore, when an EL device is manufactured using a printing method, the solubility of the polymer material may be insufficient, or the ink may not be highly concentrated due to high viscosity and may not be printed to a desired thickness. there were. It is also desired to reduce the environmental burden by making a high-concentration ink using a low-molecular-weight low-molecular compound and reducing the amount of volatile solvent during printing.

更にまた、ポリフルオレンの種類によっては、重合の際またはその後の素子作製工程での加熱により、ポリマーが酸化し、フルオレノンが生じ、スペクトルが長波長シフトする懸念もあった(例えば、非特許文献3参照)。これに対し、不活性雰囲気中で高分子材料を扱う場合は、材料自体の製造コストやEL素子製造コストが高くなるという問題があり、空気中でも安定な材料が求められていた。  Furthermore, depending on the type of polyfluorene, there is a concern that the polymer may be oxidized during the polymerization or by heating in the subsequent device manufacturing process to generate fluorenone, resulting in a long wavelength shift of the spectrum (for example, Non-Patent Document 3). reference). On the other hand, when a polymer material is handled in an inert atmosphere, there is a problem that the manufacturing cost of the material itself and the manufacturing cost of the EL element increase, and a material that is stable even in the air has been demanded.

トランス−1,2−ビス(9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタンの合成は、Bawn等により1965年に報告されている(例えば、非特許文献4参照)。Fe(NOを含むN−ビニルカルバゾールの乾燥メタノール溶液からトランス−1,2−ビス(9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタン(収率40−50%)と9−(1−メトキシエチル)カルバゾールを得ることができる。 The synthesis of trans-1,2-bis (9H-carbazol-9-yl) cyclobutane was reported in 1965 by Bawn et al. (See, for example, Non-Patent Document 4). Trans-1,2-bis (9H-carbazol-9-yl) cyclobutane (yield 40-50%) and 9- (1-methoxyethyl) from a dry methanol solution of N-vinylcarbazole containing Fe (NO 3 ) 3 ) Carbazole can be obtained.

N−ビニルカルバゾールの光2量化反応も、1965年にEllingerにより報告されている(例えば、非特許文献5参照)。さらに、光2量化による合成法を用い、原料をアセトンに溶解して連続供給することにより連続生産も可能になった(例えば、特許文献1参照)。  The photodimerization reaction of N-vinylcarbazole was also reported by Ellinger in 1965 (see, for example, Non-Patent Document 5). Furthermore, continuous production is also possible by using a synthesis method by photodimerization and dissolving the raw material in acetone and continuously feeding it (see, for example, Patent Document 1).

トランス−1,2−ビス(9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタンは、正孔輸送性が高く、電子写真用の有機光電導体としてバインダー樹脂と混合して塗布成膜したり(例えば、特許文献2参照)、またはルイス酸と混合して塗布成膜することが検討されている(例えば、特許文献3参照)。  Trans-1,2-bis (9H-carbazol-9-yl) cyclobutane has a high hole transporting property, and can be formed by coating with a binder resin as an organic photoconductor for electrophotography (for example, Patent Documents). 2) or mixed with a Lewis acid to form a coating film (for example, see Patent Document 3).

トランス−1,2−ビス(9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタンの正孔移動度は、ポリ(ビスフェノールAカーボネート)に51wt%分散した場合に1.6×10−6cm/V・sec(1.6×10Vcm−1)であり(例えば、非特許文献6参照)、また、Lexan141ポリカーボネートに分散させた場合に、7.0×10−6cm/V・sec(2.5×10Vcm−1)であると報告されている(例えば、特許文献4参照)。それらの値は、ポリN−ビニルカルバゾールより1桁大きい。 The hole mobility of trans-1,2-bis (9H-carbazol-9-yl) cyclobutane is 1.6 × 10 −6 cm 2 / V · sec when 51 wt% is dispersed in poly (bisphenol A carbonate). (1.6 × 10 5 Vcm −1 ) (see, for example, Non-Patent Document 6) and 7.0 × 10 −6 cm 2 / V · sec (2. 5 × 10 5 Vcm −1 ) (for example, see Patent Document 4). Their values are an order of magnitude greater than poly N-vinylcarbazole.

しかし、低分子正孔輸送材料をポリマーバインダー中に分散させ、塗布することにより形成された膜は、膜中で低分子正孔輸送材料が凝集したり、バインダーで薄められることにより正孔輸送能力が大幅に低下してしまう。その正孔輸送能力は電子写真用途では十分であっても、EL素子用途では不十分である。輸送能力が不十分であると、膜中に電荷が蓄積されて劣化が加速するという問題があるので、高い正孔輸送能力が要求されている。   However, a film formed by dispersing and coating a low molecular hole transport material in a polymer binder has the ability to transport holes by aggregating the low molecular hole transport material in the film or thinning it with the binder. Will drop significantly. Although its hole transport capability is sufficient for electrophotographic applications, it is insufficient for EL device applications. If the transport capability is insufficient, there is a problem that charges are accumulated in the film and the deterioration is accelerated, so that a high hole transport capability is required.

トランス−1,2−ビス(9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタンをEL素子の正孔輸送材料として用いた例として、デュポン社の特許(例えば、特許文献5,6,7,8参照)では、金属錯体をりん光EL素子の正孔輸送層に用いている。しかし、トランス−1,2−ビス(9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタンのガラス転移温度(Tg)は59℃(転移始めの温度、示差走査熱分析で昇温速度20℃/minで測定)であり、ELディスプレイ材料として用いるには耐熱性が全く不十分であった。  As an example of using trans-1,2-bis (9H-carbazol-9-yl) cyclobutane as a hole transport material of an EL element, in the DuPont patent (for example, see Patent Documents 5, 6, 7, and 8) The metal complex is used for the hole transport layer of the phosphorescent EL device. However, the glass transition temperature (Tg) of trans-1,2-bis (9H-carbazol-9-yl) cyclobutane is 59 ° C. (temperature at the beginning of the transition, measured at a heating rate of 20 ° C./min by differential scanning calorimetry) Therefore, the heat resistance was quite insufficient for use as an EL display material.

EL素子を車載用ディスプレイ等として実用化するためには、正孔輸送材料は好ましくは120℃以上のTgが必要である。  In order to put the EL element into practical use as a vehicle-mounted display or the like, the hole transport material preferably requires Tg of 120 ° C. or higher.

また、ポリウレタン、ポリエステル、ポリ尿素、ポリアミドの主鎖(以上、例えば特許文献9参照)やポリアゾメチンの主鎖、ビニルポリマーの側鎖(例えば、特許文献10参照)にトランス−1,2−ビス(9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタンを導入してポリマー化し、屈曲性、耐刷性の向上を試みた例もある。しかし、バインダーに分散した場合と同様に、低分子のみからなる膜の性能に比べ、キャリアホッピングの距離が伸びるため、正孔輸送能力が低下するという問題がある。  In addition, trans-1,2-bis is added to the main chain of polyurethane, polyester, polyurea, polyamide (see, for example, Patent Document 9), the main chain of polyazomethine, and the side chain of a vinyl polymer (see, for example, Patent Document 10). There is also an example in which (9H-carbazol-9-yl) cyclobutane is introduced into a polymer to improve flexibility and printing durability. However, as in the case of being dispersed in the binder, the carrier hopping distance is increased as compared with the performance of a film composed of only low molecules, so that there is a problem that the hole transport capability is lowered.

更に、重合の際にポリマー中に取り込まれた不純物により、膜中に電荷を蓄積したり、低抵抗化のために添加したルイス酸等のアクセプターとの電荷移動錯体やポリマー中でカルバゾール環同士が接近しているために、エキシマ形成しやすくなり、発光層中の励起子を失活させるという問題があった。
米国特許第3,846,264号 米国特許第3,684,506号 特開昭49−8236号公報 特開昭60−213851号公報 特表2004−503059号公報 特表2004−536133号公報 特表2005−508437号公報 特表2005−519988号公報 特開昭56−47431号公報 特開平2−9586号公報 B E.Koene, D E.Loy and ME. Thompson, Chem. Mater., 10,2235 (1998). 伊藤祐一, M&BE,11,32(2000). Xiong Gonga, Daniel Mosesa, Alan J. Heeger and Steven Xiao, Synthetic Metals, 141,17 (2003). C.E.H. Bawn,A.Ledwitth and Yang Shih-Lin,Chem.Ind.,18,769 (1965). L.P.Ellinger,Polymer,6,549(1965) N.Tsutsumi,M. Yamamoto,Y. Nishijima, Journal of PolymerScience, Part B: Polymer Physics, 25(10), 2139(1987)
Furthermore, due to impurities incorporated into the polymer during the polymerization, charges are accumulated in the film, or charge transfer complexes with acceptors such as Lewis acids added for resistance reduction, and carbazole rings in the polymer are Since they are close to each other, it is easy to form an excimer and there is a problem in that excitons in the light emitting layer are deactivated.
U.S. Pat. No. 3,846,264 U.S. Pat. No. 3,684,506 JP 49-8236 A Japanese Patent Application Laid-Open No. 60-213851 Japanese translation of PCT publication No. 2004-503059 JP-T-2004-536133 JP 2005-508437 A JP 2005-519988 JP 56-47431 A Japanese Patent Laid-Open No. 2-9586 B E. Koene, D E. Loy and ME. Thompson, Chem. Mater., 10, 2235 (1998). Yuichi Ito, M & BE, 11, 32 (2000). Xiong Gonga, Daniel Mosesa, Alan J. Heeger and Steven Xiao, Synthetic Metals, 141, 17 (2003). CEH Bawn, A. Ledwitth and Yang Shih-Lin, Chem. Ind., 18, 769 (1965). LPEllinger, Polymer, 6,549 (1965) N. Tsutsumi, M. Yamamoto, Y. Nishijima, Journal of Polymer Science, Part B: Polymer Physics, 25 (10), 2139 (1987)

以上のように、従来、湿式塗布成膜可能な有機EL素子用の高分子正孔輸送材料として、PEDOT/PSSが用いられて来たが、上述したように、この物質は強い酸性を有し、ITO透明電極表面を溶解する等の問題が有るため、ITO透明電極を腐食しない正孔輸送材料が求められていた。  As described above, conventionally, PEDOT / PSS has been used as a polymer hole transport material for organic EL elements capable of wet coating, but as described above, this substance has strong acidity. Since there is a problem of dissolving the ITO transparent electrode surface, a hole transport material that does not corrode the ITO transparent electrode has been demanded.

共役系高分子発光材料においては、インクジェット法、印刷法等により湿式成膜が可能であるため、真空蒸着法よりも低コストで大面積な基板に成膜可能であると考えられる。しかし、まだ青色材料の寿命に課題があり、大画面テレビ用途での実用化には至っていない。  Conjugated polymer light-emitting materials can be formed on a large-area substrate at a lower cost than a vacuum evaporation method because wet film formation is possible by an inkjet method, a printing method, or the like. However, there is still a problem with the lifetime of the blue material, and it has not yet been put into practical use for large-screen TV applications.

低分子EL材料の真空蒸着法により、耐久性や輝度特性、色純度に優れたEL素子を作製できるが、大面積基板でのマスク蒸着による高精細な多色塗り分けは困難であった。そのため、大型カラーディスプレイを作製する場合は光利用効率が悪くなるが、白色発光素子にカラーフィルターを重ねてカラー化が行われている。  Although an EL element excellent in durability, luminance characteristics, and color purity can be produced by a vacuum evaporation method of a low molecular EL material, high-definition multicolor coating by mask evaporation on a large area substrate is difficult. Therefore, when a large color display is manufactured, the light use efficiency is deteriorated, but colorization is performed by overlaying a color filter on a white light emitting element.

EL素子性能に優れた低分子EL材料を湿式成膜することができれば、性能と大面積化への対応を両立できる可能性がある。しかし、従来の低分子EL材料は、溶解性が低かったり、湿式成膜を行なうと結晶化し易い材料が多く、平滑で耐熱性の高いアモルファス膜の形成が困難な場合が多かった。  If a low molecular weight EL material having excellent EL element performance can be formed into a wet film, there is a possibility that both performance and a large area can be achieved. However, conventional low-molecular EL materials have low solubility or are often easily crystallized by wet film formation, and it is often difficult to form an amorphous film that is smooth and has high heat resistance.

そのため、スピンコート、キャップコート、スリットコート、ノズルディスペンサー等による塗布法、インクジェット、凸版印刷、オフセット印刷、凹版印刷等の印刷法を用いた湿式成膜に適用可能なアモルファス低分子EL材料の開発が課題となっている。  Therefore, the development of amorphous low-molecular-weight EL materials that can be applied to wet film formation using coating methods such as spin coating, cap coating, slit coating, nozzle dispenser, etc., inkjet, letterpress printing, offset printing, intaglio printing, etc. It has become a challenge.

このように、アモルファス低分子EL材料からなるインクを塗布成膜することにより、大面積の基板にも対応可能で、かつ低コストで青色発光も可能な有機EL素子が求められている。  Thus, there is a demand for an organic EL element that can be applied to a large-area substrate and can emit blue light at a low cost by coating and forming an ink made of an amorphous low-molecular EL material.

また、バインダーを必要とせずとも低分子材料自体で塗布成膜可能な、高いアモルファス性と耐熱性を有し、かつキャリア輸送性が高く、または発光層の発光材料またはホスト材料として用いることが可能な発光性の高い材料を用いたEL素子が求められている。  In addition, it can be coated with a low molecular weight material without the need for a binder, has high amorphousness and heat resistance, has high carrier transportability, or can be used as a light emitting material or a host material for a light emitting layer. There is a need for an EL element using a material having a high light-emitting property.

高分子化合物の場合、溶液の粘性が高く、かつ溶解性が低いため、高濃度のインクを作製することができず、固形分が1〜2wt%程度のインクが通常用いられている。そのため、塗布、乾燥によりインク重量の98%以上の大量の有機溶媒が大気中に揮散し、環境に悪影響を与えていた。  In the case of a high molecular compound, since the viscosity of the solution is high and the solubility is low, a high-concentration ink cannot be produced, and an ink having a solid content of about 1 to 2 wt% is usually used. For this reason, a large amount of organic solvent of 98% or more of the ink weight is volatilized in the atmosphere by coating and drying, which adversely affects the environment.

この場合、同じ膜厚を成膜するのに固形分濃度を10倍にできれば、揮散有機溶媒量を10分の1にでき、環境への影響を最小限にすることができる。また、印刷機を設置したクリーンルーム内に溶剤吸着フィルターを設置する場合でも、小型の吸着装置の設置で済み、またフィルターの寿命を延ばすことができる。そのため、高濃度のインクを作製可能なアモルファス低分子EL材料を用いたEL素子の開発が望まれている。  In this case, if the solid concentration can be increased 10 times to form the same film thickness, the amount of the volatile organic solvent can be reduced to 1/10, and the influence on the environment can be minimized. Even when the solvent adsorption filter is installed in the clean room where the printing machine is installed, it is only necessary to install a small adsorption device, and the life of the filter can be extended. Therefore, development of an EL element using an amorphous low molecular EL material capable of producing a high concentration ink is desired.

本発明は、以上のような事情の下になされ、低コスト、大面積、高信頼性および低環境負荷の有機EL素子を提供することを目的とする。  The present invention has been made under the circumstances as described above, and an object thereof is to provide an organic EL element with low cost, large area, high reliability, and low environmental load.

上記課題を解決するため、本発明は、対向する電極間に有機キャリア輸送層および/または有機発光層を備える有機EL素子において、前記有機キャリア輸送層および有機発光層の少なくともいずれか1層は、トランス−1,2−ビス(9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタン構造を有する下記式(1)で表わされ、1271.7以上1864.3以下の分子量を有し、かつスピンコート成膜可能な材料を用いて塗布または印刷により形成した有機層を備えることを特徴とする有機EL素子を提供する。

Figure 0004802671
R 1 、R 2 はそれぞれ独立に炭素数4以下のアルキル基または水素で、R 1 、R 2 が同時に水素にならない。R 3 は炭素数4以下のアルキル基である。
A 1 、A 2 はそれぞれ独立に炭素数6から12の芳香族6員環を含む単環または縮合環から誘導された置換基である。) In order to solve the above problems, the present invention provides an organic EL device comprising an organic carrier transport layer and / or an organic light emitting layer between opposing electrodes, wherein at least one of the organic carrier transport layer and the organic light emitting layer is: It is represented by the following formula (1) having a trans-1,2-bis (9H-carbazol-9-yl) cyclobutane structure, has a molecular weight of 1271.7 or more and 1864.3 or less , and can be formed by spin coating. Provided is an organic EL element comprising an organic layer formed by coating or printing using a simple material .
Figure 0004802671
R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 4 or less carbon atoms or hydrogen, and R 1 and R 2 do not simultaneously become hydrogen. R 3 is an alkyl group having 4 or less carbon atoms.
A 1 and A 2 are each independently a substituent derived from a monocyclic or condensed ring containing a 6- to 12-carbon aromatic 6-membered ring. )

本発明の有機EL素子は、トランス−1,2−ビス(9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタン構造を有する前記式(1)で表わされ、1271.7以上1864.3以下の分子量を有する化合物を含む正孔輸送層を備えることができる。 The organic EL device of the present invention is represented by the formula (1) having a trans-1,2-bis (9H-carbazol-9-yl) cyclobutane structure and has a molecular weight of 1271.7 or more and 1864.3 or less. A hole transport layer containing the compound can be provided.

本発明の有機EL素子は、トランス−1,2−ビス(9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタン構造を有する前記式(1)で表わされ、1271.7以上1864.3以下の分子量を有する化合物を含む正孔輸送層を備えることができる。 The organic EL device of the present invention is represented by the formula (1) having a trans-1,2-bis (9H-carbazol-9-yl) cyclobutane structure and has a molecular weight of 1271.7 or more and 1864.3 or less. A hole transport layer containing the compound can be provided.

本発明の有機EL素子は、前記式(1)で表わされ、1271.7以上1864.3以下の分子量を有する化合物を含むキャリア輸送層および/または有機発光層と、前記陰極との間に、正孔ブロック電子輸送層が介在しているものとすることができる。 The organic EL device of the present invention is represented by the formula (1), and includes a carrier transport layer and / or an organic light emitting layer containing a compound having a molecular weight of 1271.7 or more and 1864.3 or less, and the cathode. The hole blocking electron transport layer may be interposed.

従来、低分子材料は、結晶性の膜になりやすく、膜欠陥のためEL素子がショートする問題があったが、分子量が690以上5000以下の、上述の式(1)により表わされる化合物は、印刷や塗布により容易に平滑なアモルファス膜を成膜できるため、膜欠陥が少ない。このような膜を正孔輸送層等のキャリア輸送層、および/または発光層に用いた本発明の有機EL素子は、膜欠陥のためショートすることがなく、また成膜に塗布や印刷法を用いることができるため、低コストで大面積のディスプレイを製造することが可能である。  Conventionally, a low molecular weight material is likely to be a crystalline film and has a problem that an EL element is short-circuited due to a film defect. However, a compound represented by the above formula (1) having a molecular weight of 690 to 5000 is Since a smooth amorphous film can be easily formed by printing or coating, there are few film defects. The organic EL device of the present invention in which such a film is used for a carrier transport layer such as a hole transport layer and / or a light-emitting layer is not short-circuited due to a film defect, and a coating or printing method is used for film formation Since it can be used, a large-area display can be manufactured at low cost.

また、従来のポリフルオレン系等の共役系ポリマーEL材料は、分子量が大きいため、溶解度、粘性の関係で有機溶媒に高濃度に溶解し塗布することが困難であるものが多く、1〜2wt%程度の薄い固形分濃度のインクを使用していた。そのため、インクジェット法や印刷法で膜を形成する場合は、一定の乾燥膜厚を得るために、インクを溜めるための高い土手を形成するか、複数回重ね塗りする必要があった。  In addition, since conventional conjugated polymer EL materials such as polyfluorene are large in molecular weight, they are often difficult to dissolve and apply in high concentrations in organic solvents due to solubility and viscosity. An ink with a low solid content concentration was used. Therefore, when a film is formed by an ink jet method or a printing method, it is necessary to form a high bank for storing ink or to apply a plurality of times in order to obtain a certain dry film thickness.

これに対し、本発明に用いる、分子量が690以上5000以下の、上述の式(1)により表わされる化合物は、低粘度の高アモルファス性の低分子化合物であるので、トルエン等の一般の有機溶媒に高濃度に、例えば、10〜50wt%もの高濃度に溶解することができる。そのため、打ち込むインク滴の数を減らしたり、重ね塗りを不要とすることができ、成膜速度を上げることが可能になる。また、低い土手の形成で済むため、段差を小さくでき、配線膜や封止膜の欠陥を減らすとともに、高い開口率のEL素子が可能となるという利点がある。    On the other hand, since the compound represented by the above formula (1) having a molecular weight of 690 or more and 5000 or less used in the present invention is a low-viscosity, high-amorphous low-molecular compound, a general organic solvent such as toluene. It can be dissolved at a high concentration, for example, as high as 10 to 50 wt%. Therefore, it is possible to reduce the number of ink droplets to be ejected or to eliminate the need for overcoating and to increase the film formation speed. Further, since the formation of a low bank is sufficient, there is an advantage that a step can be reduced, defects in the wiring film and the sealing film are reduced, and an EL element having a high aperture ratio is possible.

また、高濃度のインクを用いることにより、乾燥時の揮散有機溶媒量を大幅に減らすことができるので、環境へのダメージを減らせる効果がある。  Moreover, since the amount of the volatile organic solvent at the time of drying can be greatly reduced by using a high-concentration ink, there is an effect of reducing damage to the environment.

更に、塗布や印刷で発光層を形成する場合、インクに一定濃度のドーパントを溶かしておけば良いので、共蒸着の場合のように蒸着源からの距離の差によりドーパント濃度が基板上で不均一になる問題が生じず、均一性の高いEL発光面が得られるという効果がある。  Furthermore, when a light emitting layer is formed by coating or printing, it is only necessary to dissolve a certain concentration of dopant in the ink, so the dopant concentration is not uniform on the substrate due to the difference in distance from the evaporation source as in the case of co-evaporation. There is an effect that an EL light emitting surface with high uniformity can be obtained.

以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。   The best mode for carrying out the invention will be described below.

本発明の有機EL素子は、対向する電極間に有機キャリア輸送層および/または有機発光層を備える有機EL素子において、前記有機キャリア輸送層および有機発光層の少なくともいずれか1層は、トランス−1,2−ビス(9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタン構造を有する下記式(1)で表わされ、690以上5000以下の分子量を有する化合物を含むことを特徴とする。

Figure 0004802671
The organic EL device of the present invention is an organic EL device comprising an organic carrier transport layer and / or an organic light emitting layer between opposed electrodes, wherein at least one of the organic carrier transport layer and the organic light emitting layer is trans-1 , 2-bis (9H-carbazol-9-yl) cyclobutane structure, represented by the following formula (1), and having a molecular weight of 690 or more and 5000 or less.
Figure 0004802671

(式中、A1〜A4は置換基を表わし、少なくともこれらのうち2つ以上は1つ以上の芳香環または縮合芳香環を含む置換基であり、水素は重水素に置換していても良い。)
上記式(1)により表わされる化合物のトランス−1,2−ビス(9H−カルバゾ−ル−9−イル)シクロブタン核は、柔軟なシクロブタン環に2つの剛直なカルバゾール環がトランス位置で結合しているため、屈曲した分子構造をとる。また、A1〜A4の置換基により、式(1)により表わされる化合物は、より立体的な分子構造をとり、アモルファス性が高いため、有機溶媒にも溶解し易い。アモルファス性の高い材料は、DSC(示差走査熱分析)測定でガラス転移を示し、真空蒸着や塗布により、透明で平滑な膜を形成可能な材料である。従って、式(1)により表わされる化合物を含む溶液を、塗布法や印刷法により成膜することが可能である。
(In the formula, A1 to A4 represent substituents, at least two of which are substituents including one or more aromatic rings or condensed aromatic rings, and hydrogen may be substituted with deuterium. )
The trans-1,2-bis (9H-carbazol-9-yl) cyclobutane nucleus of the compound represented by the above formula (1) has two rigid carbazole rings bonded to a flexible cyclobutane ring at the trans position. Therefore, it has a bent molecular structure. Moreover, the compound represented by Formula (1) by a substituent of A1-A4 takes a more three-dimensional molecular structure, and since it is highly amorphous, it is easy to melt | dissolve in an organic solvent. A highly amorphous material exhibits a glass transition by DSC (Differential Scanning Thermal Analysis) measurement, and can form a transparent and smooth film by vacuum deposition or coating. Therefore, a solution containing the compound represented by the formula (1) can be formed by a coating method or a printing method.

式(1)によりで表わされる化合物は、分子構造中に剛直な芳香族環または縮合芳香族環を含むため、高いガラス転移温度および耐熱性を有する。また、式(1)により表わされる化合物は、分子量が690から5000の低分子アモルファス材料であることから、有機溶媒への溶解性も高く、高分子材料に比べて生成物のカラムクロマトグラフィーによる未反応物や副反応物の分離が比較的容易であるという利点を有する。  Since the compound represented by the formula (1) contains a rigid aromatic ring or condensed aromatic ring in the molecular structure, it has a high glass transition temperature and heat resistance. In addition, since the compound represented by the formula (1) is a low molecular weight amorphous material having a molecular weight of 690 to 5,000, the compound has high solubility in an organic solvent, and the product is not obtained by column chromatography compared to a polymer material. It has the advantage that the separation of the reactants and side reactants is relatively easy.

また、この範囲の分子量を有する化合物の精製は、分子量や溶解性に応じてろ過、吸着、透析、抽出、カラムクロマトグラフィー、昇華、再沈殿、再結晶等の方法の組み合わせにより比較的容易に行なうことができることから、比較的高純度の材料が低コストで合成できるという利点がある。  Further, purification of a compound having a molecular weight within this range is relatively easy by a combination of methods such as filtration, adsorption, dialysis, extraction, column chromatography, sublimation, reprecipitation, and recrystallization depending on the molecular weight and solubility. Therefore, there is an advantage that a relatively high purity material can be synthesized at a low cost.

本発明の有機EL素子に用いる上記式(1)により表わされる化合物の分子量の例は、2つのo−ビフェニル基が置換した化合物の場合、分子式はC5238となり、分子量は690.87となり、本発明の最低分子量化合物となる。分子量が690未満の場合は、ビフェニル置換基が1か所となり、膜の結晶性が高い材料になるため、平滑な膜の成膜が困難になる。 An example of the molecular weight of the compound represented by the above formula (1) used in the organic EL device of the present invention is a compound in which two o-biphenyl groups are substituted, the molecular formula is C 52 H 38 N 2 , and the molecular weight is 690. 87, which is the lowest molecular weight compound of the present invention. When the molecular weight is less than 690, there is one biphenyl substituent, and the film has a high crystallinity, making it difficult to form a smooth film.

上記式(1)のA1〜A4のすべてがo−ビフェニル基の場合、分子式はC7654となり、分子量は995.26となる。1000程度の分子量までは、400〜450℃程度の蒸着源温度で真空蒸着することにより成膜することも可能であるが、A1〜A4の位置すべてが置換した化合物は、分子が立体的で会合し難くなり、溶剤に溶解してスピンコート、ダイコート、キャップコートする等の塗布法や、インクジェット、凸版印刷、オフセット印刷、グラビア印刷等の印刷法で成膜することができる。 When all of A1 to A4 in the above formula (1) are o-biphenyl groups, the molecular formula is C 76 H 54 N 2 and the molecular weight is 995.26. Up to a molecular weight of about 1000, it is possible to form a film by vacuum deposition at a deposition source temperature of about 400 to 450 ° C. However, a compound in which all the positions of A1 to A4 are substituted has a three-dimensional molecular association. The film can be formed by a coating method such as spin coating, die coating or cap coating after dissolving in a solvent, or a printing method such as ink jet, letterpress printing, offset printing or gravure printing.

なお、下記式(3)により表わされる置換基(表1のNo.36に示す置換基)により上記(式(1)のA1〜A4のすべてを置換した化合物の分子式はC340342となり、分子量は4456.37である。

Figure 0004802671
In addition, the molecular formula of the compound in which all of A1 to A4 in the formula (1) are substituted with a substituent represented by the following formula (3) (a substituent shown in No. 36 of Table 1) is C 340 H 342 N 2. And the molecular weight is 4456.37.
Figure 0004802671

分子量が5000より大きくなると、溶媒に溶解しにくくなったり、置換基の立体障害のため合成収率が低下し、置換基の導入が困難になる場合がある。そのため、分子量は690から5000の範囲が望ましい。  If the molecular weight is greater than 5000, it may be difficult to dissolve in a solvent, or the synthesis yield may be reduced due to steric hindrance of the substituent, making it difficult to introduce the substituent. Therefore, the molecular weight is desirably in the range of 690 to 5000.

上記式(1)のA1〜A4に用いられる置換基は、それぞれ独立に、少なくとも2つ以上は水素以外であり、かつ2つ以上の芳香族環または1つ以上の縮合芳香族環を含む置換基である。また、式(1)中の水素は熱振動を抑制し、発光効率を高めるために、重水素と置換していても良い。  Substituents used for A1 to A4 in the above formula (1) are each independently at least two or more substituents other than hydrogen and containing two or more aromatic rings or one or more condensed aromatic rings. It is a group. Further, hydrogen in the formula (1) may be substituted with deuterium in order to suppress thermal vibration and increase luminous efficiency.

式(1)の置換基A1〜A4中の芳香族環、縮合芳香族環の例としては、1,3,4−オキサジアゾール環、オキサゾール環、チオフェン環、チアゾール環、ベンゾチアゾール環、ベンゾチアジアゾール環、ベンゼン環、ナフタレン環、アントラセン環、ピリジン環、キノリン環、ピラゾール環、イミダゾール環、ベンゾイミダゾール環、1,3,4−トリアゾール環、ピラジン環、ピリミジン環、ピリダジン環、1,3,5−トリアジン環、フルオレン環、カルバゾール環、β-カルボリン環、フェナントリジン環、アクリジン環、ペリミジン環、4,7−フェナントロリン環、3,8−フェナントロリン環、3,7−フェナントロリン環、2,9−フェナントロリン環、2,8−フェナントロリン環、2,7−フェナントロリン環、1,10−フェナントロリン環、ネオクプロイン環、バソクプロイン環、1,9−フェナントロリン環、1,8−フェナントロリン環、1,7−フェナントロリン環、フェナジン環、フェノチアジン環、フェノキサジン環、アンチリジン環、ナフタルイミド環、シロール環、ボロール環、9−ボラフルオレン環が挙げられ、これらの環が直接に連結するか、またはビニレン基、エチニレン基、窒素原子、ホウ素原子、シリコン原子、またはアダマンタン環から誘導された基を介して直鎖状または枝分かれ状に連結していてもよい。   Examples of the aromatic ring and condensed aromatic ring in the substituents A1 to A4 of the formula (1) include 1,3,4-oxadiazole ring, oxazole ring, thiophene ring, thiazole ring, benzothiazole ring, benzo Thiadiazole ring, benzene ring, naphthalene ring, anthracene ring, pyridine ring, quinoline ring, pyrazole ring, imidazole ring, benzimidazole ring, 1,3,4-triazole ring, pyrazine ring, pyrimidine ring, pyridazine ring, 1,3, 5-triazine ring, fluorene ring, carbazole ring, β-carboline ring, phenanthridine ring, acridine ring, perimidine ring, 4,7-phenanthroline ring, 3,8-phenanthroline ring, 3,7-phenanthroline ring, 2, 9-phenanthroline ring, 2,8-phenanthroline ring, 2,7-phenanthroline ring, 1,1 -Phenanthroline ring, neocuproine ring, bathocuproine ring, 1,9-phenanthroline ring, 1,8-phenanthroline ring, 1,7-phenanthroline ring, phenazine ring, phenothiazine ring, phenoxazine ring, antilysine ring, naphthalimide ring, silole A ring, a borol ring, a 9-borafluorene ring, which are directly connected to each other, or via a group derived from a vinylene group, an ethynylene group, a nitrogen atom, a boron atom, a silicon atom, or an adamantane ring. May be linked in a straight chain or branched form.

また、それらの置換基の芳香族環に、溶解性、密着性、成膜性向上のために、1つ以上のアルキル基、アルコキシ基、ポリエーテル基、アダマンチル基、またはポリヘドラルオリゴメリックシルセスキオキサン(POSS)基が置換していても良い。   In addition, one or more alkyl groups, alkoxy groups, polyether groups, adamantyl groups, or polyhedral oligomeric silyls may be added to the aromatic rings of these substituents in order to improve solubility, adhesion, and film formability. A sesquioxane (POSS) group may be substituted.

置換基の構造式の例を、下記表1〜表8のN0.1〜86に挙げるが、これらの例に限定されるわけではない。  Examples of the structural formula of the substituent are listed in N0.1 to 86 in Tables 1 to 8 below, but are not limited to these examples.

またA1からA4の置換基のすべてが同じ置換基であってもよいが、2つまたは3つが同じ置換基である構造の化合物も合成可能であり、すべてが異なる置換基である構造の化合物も合成可能である。   Further, all of the substituents of A1 to A4 may be the same substituent, but a compound having a structure in which two or three are the same substituents can be synthesized, and a compound having a structure in which all are different substituents can also be synthesized. It can be synthesized.

下記表1〜表8中のRは、水素、メチル基、イソプロピル基、t−ブチル基、オクチル基等の炭素数20以下の直鎖または分岐したアルキル基;メトキシ基、2−エチル−オクチルオキシ基等の炭素数20以下のアルコキシ基;フッ素、シアノ基、フェニル基、トリル基;ビニル基、アリル基、アリルオキシ基、グリシジル基、グリシジルオキシ基、アクリルオキシ基、(オキセタン−2−イル)メチルオキシ基、スチリル基、チオール基などの架橋性基から選ばれる基である。

Figure 0004802671
R in Tables 1 to 8 below is a linear or branched alkyl group having 20 or less carbon atoms such as hydrogen, methyl group, isopropyl group, t-butyl group, octyl group; methoxy group, 2-ethyl-octyloxy An alkoxy group having 20 or less carbon atoms such as a group; fluorine, cyano group, phenyl group, tolyl group; vinyl group, allyl group, allyloxy group, glycidyl group, glycidyloxy group, acryloxy group, (oxetan-2-yl) methyl It is a group selected from crosslinkable groups such as an oxy group, a styryl group, and a thiol group.
Figure 0004802671

Figure 0004802671
Figure 0004802671

Figure 0004802671
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Figure 0004802671
Figure 0004802671

Figure 0004802671
Figure 0004802671

Figure 0004802671
Figure 0004802671

上記式(1)により表わされる低分子化合物のトランス−1,2−ビス(9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタン核は、2つのカルバゾール環を有しており、正孔輸送能力を有しているため、この化合物を成膜して正孔輸送層とすることにより、優れた性能を有する有機EL素子を得ることができる。  The trans-1,2-bis (9H-carbazol-9-yl) cyclobutane nucleus of the low molecular weight compound represented by the above formula (1) has two carbazole rings and has a hole transport capability. Therefore, an organic EL device having excellent performance can be obtained by forming this compound into a hole transport layer.

また、上記式(1)により表わされる低分子化合物の置換基A1〜A4のうち少なくとも2つ以上が、置換または無置換の芳香族第3級アミン中の芳香族環から、または芳香族2級アミンの窒素原子から誘導された1価の基とすることにより、正孔輸送単位の密度が高められ、より高い正孔輸送能力の正孔輸送層を備えるEL素子を得ることができる。  In addition, at least two of the substituents A1 to A4 of the low molecular weight compound represented by the above formula (1) are from an aromatic ring in a substituted or unsubstituted aromatic tertiary amine, or aromatic secondary. By using a monovalent group derived from a nitrogen atom of an amine, the density of hole transport units is increased, and an EL device having a hole transport layer having a higher hole transport capability can be obtained.

置換基A1〜A4の芳香族第3級アミン中の芳香族基は、好ましくはフェニル基、トリル基、ナフチル基、アントリル基、ビフェニル基、ピリジル基等の炭素数20以下の環からなり、さらに炭素数20以下のアルキル基またはアルコキシ基が置換していても良いし、別の場合にはビニル基、スチリル基、チオール基、アクリレート基、メタクリル基、グリシジル基、オキセタン基等の光や熱で重合する基で置換しても良い、またはそれらをエーテル結合、メチレン鎖、オキシメチレン鎖等の連結基で接続して置換しても良い。  The aromatic group in the aromatic tertiary amine of the substituents A1 to A4 is preferably a ring having 20 or less carbon atoms such as a phenyl group, a tolyl group, a naphthyl group, an anthryl group, a biphenyl group, and a pyridyl group, An alkyl group or an alkoxy group having 20 or less carbon atoms may be substituted. In other cases, it may be irradiated with light or heat such as a vinyl group, a styryl group, a thiol group, an acrylate group, a methacryl group, a glycidyl group, or an oxetane group. It may be substituted with a group that polymerizes, or may be substituted by connecting them with a linking group such as an ether bond, a methylene chain, or an oxymethylene chain.

芳香族第3級アミンの芳香族環から誘導された1価の置換基の例として、上記表のNo.43、44、45、46、47、48、49、50、51、52、53、54、55、56、57、58、59、60、61、62、64、82が挙げられる。  As examples of monovalent substituents derived from the aromatic ring of the aromatic tertiary amine, Nos. 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 64, 82.

または芳香族2級アミンの窒素原子から誘導された1価の置換基の例として、上記表のNo.71、72、73、74、75、76、77、78、79、80、81が挙げられる。  Examples of monovalent substituents derived from the nitrogen atom of the aromatic secondary amine include Nos. 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81 in the above table. It is done.

置換基A1〜A4中の芳香族アミン基中の芳香族環にナフタレンまたはアントラセン等の縮合芳香環を含む化合物は、可視部に強い蛍光を示すため、正孔輸送性の発光層として用いて有機EL素子を作製することもできる。縮合芳香環を含まない化合物は紫外領域に吸収を有し、可視領域に強い蛍光または燐光発光を有する発光材料をドーピングすることにより、発光層のホスト材料として用いることもできる。  A compound containing a condensed aromatic ring such as naphthalene or anthracene in the aromatic ring in the aromatic amine group in the substituents A1 to A4 exhibits strong fluorescence in the visible region, and is therefore used as a hole transporting light emitting layer. An EL element can also be manufactured. A compound that does not contain a condensed aromatic ring can also be used as a host material for a light-emitting layer by doping a light-emitting material that has absorption in the ultraviolet region and has strong fluorescence or phosphorescence in the visible region.

本発明において、有機キャリア輸送層および/または有機発光層は、下記式(4)であらわされる化合物を含むものとすることができる。この化合物は、トランス−1,2−ビス(9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタン核に、上記表のNo.46に示す芳香族第3級アミン基が4置換したものであって、より高い正孔輸送能力を発揮する。また、この化合物は、芳香族第3級アミンの窒素に結合する芳香族基が3つとも異なり、非対称な立体的な構造をとることより、極めて高いアモルファス性を示す。

Figure 0004802671
In the present invention, the organic carrier transport layer and / or the organic light emitting layer may contain a compound represented by the following formula (4). This compound has a trans-1,2-bis (9H-carbazol-9-yl) cyclobutane nucleus with a No. in the above table. The aromatic tertiary amine group shown in 46 is 4-substituted, and exhibits higher hole transport ability. Moreover, this compound is different from three aromatic groups bonded to the nitrogen of the aromatic tertiary amine, and exhibits an extremely high amorphous property due to an asymmetric three-dimensional structure.
Figure 0004802671

上記式(4)により表わされる化合物を単独で、または他の正孔輸送材料と混合して正孔輸送層とした場合、正孔輸送層上にAlオキシン錯体等の低分子系発光層を蒸着し、積層するか、水溶性若しくはアルコール可溶性の低分子または高分子の発光材料を塗布して発光層を成膜することにより、優れた性能の有機EL素子を作製することができる。  When the compound represented by the above formula (4) is used alone or mixed with another hole transport material to form a hole transport layer, a low molecular light emitting layer such as an Al oxine complex is deposited on the hole transport layer. An organic EL element having excellent performance can be produced by laminating or applying a water-soluble or alcohol-soluble low-molecular or high-molecular light-emitting material to form a light-emitting layer.

本発明において、A1〜A4の置換基中にナフタレンまたはアントラセン等の縮合芳香環を含む化合物、または置換基中に2つ以上の共役した非縮合の芳香環、好ましくは3つ以上の共役した非縮合の芳香環を有する化合物は、可視部に蛍光を示すため、正孔輸送性の発光層として用いることができる。  In the present invention, a compound containing a condensed aromatic ring such as naphthalene or anthracene in the substituents of A1 to A4, or two or more conjugated non-condensed aromatic rings in the substituent, preferably three or more conjugated non-cyclic rings Since a compound having a condensed aromatic ring exhibits fluorescence in the visible portion, it can be used as a light-emitting layer having a hole transporting property.

ナフタレンまたはアントラセン、アクリジン等の縮合芳香環を含む置換基を有する置換基の例として、上記表のNo.9、10、11、12、13、14、15、16、17、18、19、20、24、25、26、27、28、29、30、31、32、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、46、47、48、49、50、51、54、59、66、72、73、74、75,76、78、79、80、83、84等が挙げられるが、これらの例に限定されるわけではない。  As examples of substituents having a substituent containing a condensed aromatic ring such as naphthalene, anthracene, acridine, etc., No. 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20 in the above table 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 46, 47, 48, 49, 50, 51 , 54, 59, 66, 72, 73, 74, 75, 76, 78, 79, 80, 83, 84, etc., but are not limited to these examples.

3つ以上の共役した非縮合の芳香環を含む置換基を有する置換基の例としては、上記表のNo.5、67(n≧2),68(n≧2)、85、86が挙げられるが、これらの例に限定されるわけではない。  Examples of the substituent having a substituent containing three or more conjugated non-condensed aromatic rings include No. 5, 67 (n ≧ 2), 68 (n ≧ 2), 85, 86 in the above table. Although not limited to these examples.

上記表のNo.77の置換基のように縮合芳香環や共役した非縮合の芳香環を含まない場合においては、式(1)により表わされる低分子化合物を発光層のホスト材料として用い、可視領域に強い蛍光または燐光発光を有する発光材料をドーピングすることにより、式(1)により表わされる低分子化合物を発光層に用いたEL素子を作製することができる。  When the condensed aromatic ring or the conjugated non-condensed aromatic ring is not included as in the substituent No. 77 in the above table, the low molecular weight compound represented by the formula (1) is used as the host material of the light emitting layer. By doping a region with a luminescent material having strong fluorescence or phosphorescence, an EL element using the low molecular compound represented by the formula (1) for the light emitting layer can be manufactured.

より具体的には、トランス−1,2−ビス(9H−カルバゾ−ル−9−イル)シクロブタン核に、上記表のNo.46で示す芳香族第3級アミン基が4置換した上記式(4)により表わされる化合物は、413nm付近をピークとした青紫色の強い蛍光を有し、この化合物を発光層とし、この発光層上に1,3,5−トリス(N−フェニルベンズイミダゾール−2−イル)ベンゼン(TPBI)等の電子輸送性正孔ブロック層を蒸着することにより、青色発光EL素子を得ることができる。なお、低分子または高分子の電子輸送性正孔ブロック材料を、発光層を溶解しない溶媒に溶解して得た溶液を発光層上に塗布することにより、電子輸送性正孔ブロック層を成膜することもできる。  More specifically, a trans-1,2-bis (9H-carbazol-9-yl) cyclobutane nucleus in which the aromatic tertiary amine group indicated by No. 46 in the above table is 4-substituted is represented by the above formula ( The compound represented by 4) has strong blue-violet fluorescence having a peak at around 413 nm, and this compound is used as a light-emitting layer, and 1,3,5-tris (N-phenylbenzimidazole-2) is formed on the light-emitting layer. -Il) By depositing an electron transporting hole blocking layer such as benzene (TPBI), a blue light-emitting EL element can be obtained. An electron transporting hole blocking layer is formed by applying a solution obtained by dissolving a low molecular weight or high molecular weight electron transporting hole blocking material in a solvent that does not dissolve the light emitting layer onto the light emitting layer. You can also

また、式(1)により表わされる低分子化合物の置換基A1〜A4のうち少なくとも2つ以上、好ましくは4つが1,3,4−オキサジアゾール環を有する基である化合物は、正孔輸送性と電子輸送性とを併せ有する。この場合、より好ましくは2,5−ジアリール−1,3,4−オキサジアゾールを有する基を用いることにより電子輸送性が更に向上する。  In addition, a compound in which at least two, preferably four of the substituents A1 to A4 of the low molecular weight compound represented by the formula (1) are groups having a 1,3,4-oxadiazole ring is used for hole transport. And both electron transport properties. In this case, the electron transporting property is further improved by using a group having 2,5-diaryl-1,3,4-oxadiazole more preferably.

1,3,4−オキサジアゾール環を有する置換基の例として、上記表のNo.65、66をあげることができるが、この例に限定されるわけではない。  Examples of the substituent having a 1,3,4-oxadiazole ring include Nos. 65 and 66 in the above table, but are not limited to this example.

また、下記式(5)により表わされる低分子化合物、即ち、式(1)により表わされる正孔輸送性のトランス-1,2-ビス(9H−カルバゾ−ル−9−イル)シクロブタン核に上記表のNo.65に示す構造の電子輸送性の1,3,4−オキサジアゾール環を有する4−[5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]フェニル基を4置換した化合物は、433nm付近にピークを有する青色の強い蛍光性、かつ正孔輸送性および電子輸送性を有する。そのため、式(5)により表わされる化合物を発光層として単独で用いたEL素子、または他の正孔輸送材料、電子輸送材料、他の発光材料と混合して発光層としたEL素子を作製することが可能である。

Figure 0004802671
Further, the low molecular weight compound represented by the following formula (5), that is, the hole transporting trans-1,2-bis (9H-carbazol-9-yl) cyclobutane nucleus represented by the formula (1) 4- [5- (4-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole-2 having an electron-transporting 1,3,4-oxadiazole ring having the structure shown in No. 65 of the table The compound in which the 4-yl] phenyl group is substituted has strong blue fluorescence having a peak in the vicinity of 433 nm, hole transportability and electron transportability. Therefore, an EL element in which the compound represented by the formula (5) is used alone as a light-emitting layer, or an EL element that is mixed with another hole transport material, an electron transport material, or another light-emitting material to form a light-emitting layer is manufactured. It is possible.
Figure 0004802671

上記式(5)により表わされる化合物の青色発光を吸収し、よりスペクトルの幅が狭い青色に変換するために、この化合物に、2,5,8,11−テトラ−t−ブチルぺリレン等の縮合芳香族化合物またはナノメートルサイズのCdSe、ZnSe、NiO、CuS系等の微粒子無機半導体を核にして溶剤可溶性基で表面修飾した量子ドット材料を、50wt%未満の割合でドーパントとして混合することもできる。  In order to absorb the blue light emission of the compound represented by the above formula (5) and convert it into a blue having a narrower spectrum width, this compound may contain 2,5,8,11-tetra-t-butylperylene or the like. Quantum dot materials that are surface-modified with a solvent-soluble group with fine inorganic semiconductors such as condensed aromatic compounds or nanometer-sized CdSe, ZnSe, NiO, CuS, etc. as nuclei may be mixed as a dopant in a proportion of less than 50 wt% it can.

また、上記式(5)により表わされる化合物に、青色発光を吸収して緑、赤、白、黄色等他の色に変換し、蛍光または燐光を発する有機蛍光材料、Ir錯体やPt錯体からなる燐光材料をドーパントとして混合することもできる。  Further, the compound represented by the above formula (5) comprises an organic fluorescent material, an Ir complex, or a Pt complex that absorbs blue light emission and converts it into other colors such as green, red, white, yellow, and emits fluorescence or phosphorescence. A phosphorescent material can also be mixed as a dopant.

ドーピングは、蒸着法では共蒸着を行う必要があり、大面積の基板を均一な濃度と厚さで共蒸着するのは困難であったが、インクジェットや印刷法による湿式法では所定の濃度のドーパントを予めインクに混合しておくことにより、大面積な基板に対しても均一なドーパント濃度の膜を容易に得ることができる。   Doping requires co-evaporation in the vapor deposition method, and it was difficult to co-evaporate a large area substrate with a uniform concentration and thickness. However, a wet concentration method using an inkjet or printing method has a predetermined concentration of dopant. Is previously mixed with ink, a film having a uniform dopant concentration can be easily obtained even on a large substrate.

また、以上説明した式(1)により表わされる化合物を含む有機層と、正孔ブロック電子輸送層とを積層して用いることも可能である。  Moreover, it is also possible to laminate | stack and use the organic layer containing the compound represented by Formula (1) demonstrated above, and a hole block electron carrying layer.

即ち、式(1)により表わされる化合物を発光層として用いた場合、発光層材料が電子輸送性よりも正孔輸送性が強い場合は、電子と正孔の再結合領域は陰極側に近い領域になる。陰極付近で再結合し、励起子が生じると、陰極金属にエネルギー移動し、励起子が失活し、EL発光効率が低下する。失活を防ぐために、TPBI等の正孔ブロック電子輸送層を発光層と陰極の間に好ましくは10nm以上100nm程度以下の厚さで単層または多層で積層して陰極へのエネルギー移動を防ぐことができる。  That is, when the compound represented by the formula (1) is used as the light emitting layer, when the light emitting layer material has a hole transporting property stronger than the electron transporting property, the electron-hole recombination region is a region close to the cathode side. become. When recombination occurs in the vicinity of the cathode and excitons are generated, energy is transferred to the cathode metal, the excitons are deactivated, and the EL luminous efficiency is reduced. In order to prevent deactivation, a hole blocking electron transport layer such as TPBI is preferably laminated between the light emitting layer and the cathode in a thickness of preferably 10 nm or more and about 100 nm or less to prevent energy transfer to the cathode. Can do.

電子輸送性正孔ブロック層の形成方法は、低分子材料を真空蒸着するか、またはアモルファス低分子材料やポリマー材料を発光層を溶解しない溶媒に溶解し、この溶液を発光層上に塗布することにより成膜することができる。  The electron transporting hole blocking layer can be formed by vacuum depositing a low molecular weight material or by dissolving an amorphous low molecular weight material or polymer material in a solvent that does not dissolve the light emitting layer and applying this solution on the light emitting layer. Can be formed.

更に、発光層中の正孔と電子のキャリアバランスを最適化し、発光効率、寿命を向上させるために、発光層中に他の低分子またはポリマーからなる電子輸送材料を50wt%未満の割合で混合することもできる。  Furthermore, in order to optimize the carrier balance between holes and electrons in the light emitting layer and improve the light emission efficiency and lifetime, the light emitting layer is mixed with an electron transport material composed of other low molecules or polymers in a proportion of less than 50 wt%. You can also

以上説明した式( 1 ) により表わされる化合物の合成は、以下の手順で行うことができる。   The synthesis of the compound represented by the formula (1) described above can be performed by the following procedure.

まず、特願平2−9586号公報等に記載されている方法に従って、下記式(2)により表わされるトランス−1,2−ビス(9H−カルバゾ−ル−9−イル)シクロブタンを光2量化反応により合成する。

Figure 0004802671
First, according to the method described in Japanese Patent Application No. 2-9586, trans-1,2-bis (9H-carbazol-9-yl) cyclobutane represented by the following formula (2) is photodimerized. Synthesize by reaction.
Figure 0004802671

次に、合成された上記式(2)により表わされるトランス−1,2−ビス(9H−カルバゾ−ル−9−イル)シクロブタンを臭素化、ヨウ素化、または塩素化し、下記式(6)により表わされるトランス−1,2−ビス(3,6−ジブロモ−9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタン、トランス−1,2−ビス(3,6−ジヨード−9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタン、またはトランス−1,2−ビス(3,6−ジクロロ−9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタンを合成する。

Figure 0004802671
Next, the synthesized trans-1,2-bis (9H-carbazol-9-yl) cyclobutane represented by the above formula (2) is brominated, iodinated, or chlorinated, according to the following formula (6). Trans-1,2-bis (3,6-dibromo-9H-carbazol-9-yl) cyclobutane, trans-1,2-bis (3,6-diiodo-9H-carbazol-9-yl) cyclobutane, Alternatively, trans-1,2-bis (3,6-dichloro-9H-carbazol-9-yl) cyclobutane is synthesized.
Figure 0004802671

(式中、Xはヨウ素、臭素、及び塩素から選ばれるハロゲン原子)
この際、臭素やヨウ素等の添加量を調整することにより、ハロゲンの2置換体、3置換体を得ることも可能である。
(Wherein X is a halogen atom selected from iodine, bromine, and chlorine)
At this time, it is also possible to obtain a disubstituted or trisubstituted halogen by adjusting the amount of bromine or iodine added.

その後、A1〜A4に置換するキャリア輸送性基または発光性基中の芳香族環のLi置換体、またはそれらの基のグリニャール試薬とホウ酸エステルとからボロン酸を合成する。または、キャリア輸送性基または発光性基中の芳香族環の臭素置換体、ヨウ素置換体、またはトリフラート置換体を合成した後、ビス(ピナコラト)ジボロン等と反応させ、ボロン酸エステルを合成する。  Thereafter, boronic acid is synthesized from the Li-substituted product of the aromatic ring in the carrier transporting group or luminescent group substituted for A1 to A4, or the Grignard reagent and boric acid ester of those groups. Alternatively, a bromine-substituted, iodine-substituted, or triflate-substituted aromatic ring in a carrier transporting group or a luminescent group is synthesized and then reacted with bis (pinacolato) diboron or the like to synthesize a boronic ester.

次いで、上記式(6)により表わされるハロゲン4置換体または2〜3置換体と上記ボロン酸またはボロン酸エステルとの鈴木カップリング反応を行なうことにより、キャリア輸送基または発光性置換基を2〜4置換した、キャリア輸送性材料および発光材料を合成する。   Next, by carrying out a Suzuki coupling reaction of the halogen 4-substituted or 2-3 substituted represented by the above formula (6) with the boronic acid or boronic ester, the carrier transporting group or the luminescent substituent is converted into 2 4-Substituted carrier transporting material and luminescent material are synthesized.

縮合芳香族環からなる発光性基を4置換した発光材料の例を、下記式(7)、(8)、(9)、(10)に示す。これらは正孔輸送性のカルバゾール環を有しており、正孔輸送性発光材料となる。カップリング反応の際、マイクロウエーブを照射することにより反応を促進し、Pd触媒やNi触媒の添加量を減らし、低コスト化すことも可能である。

Figure 0004802671
Examples of the light emitting material in which the light emitting group consisting of a condensed aromatic ring is substituted with 4 are shown in the following formulas (7), (8), (9), and (10). These have a hole-transporting carbazole ring and become a hole-transporting light-emitting material. During the coupling reaction, it is possible to promote the reaction by irradiating microwaves, reduce the amount of Pd catalyst or Ni catalyst added, and reduce the cost.
Figure 0004802671

Figure 0004802671
Figure 0004802671

Figure 0004802671
Figure 0004802671

Figure 0004802671
Figure 0004802671

また、上記ボロン酸またはボロン酸エステルを等量より少なめにして反応を行なうことにより、未反応のハロゲンを残し、後からスチリルボロン酸等の架橋性置換基を反応させて導入し、下記式(11)により表わされる化合物を合成することも可能である。

Figure 0004802671
Further, by reacting the boronic acid or boronic acid ester in an amount less than an equivalent amount, an unreacted halogen is left, and a crosslinkable substituent such as styrylboronic acid is introduced after the reaction, and the following formula ( It is also possible to synthesize the compound represented by 11).
Figure 0004802671

更に、置換基A1〜A4のキャリア輸送性基または発光性基がカルバゾール誘導体、アクリドン誘導体である場合、カルバゾール誘導体、アクリドン誘導体の芳香族アミノ基を上記式(6)により表わされる臭素またはヨウ素4置換体等とウルマン反応で結合し、下記式(12)、(13)、(14)により表わされる化合物を合成することができる。

Figure 0004802671
Further, when the carrier transporting group or the luminescent group of the substituents A1 to A4 is a carbazole derivative or an acridone derivative, the aromatic amino group of the carbazole derivative or the acridone derivative is substituted with bromine or iodine represented by the above formula (6). A compound represented by the following formulas (12), (13), and (14) can be synthesized by binding to a body or the like by an Ullmann reaction.
Figure 0004802671

Figure 0004802671
Figure 0004802671

Figure 0004802671
Figure 0004802671

別の場合には、A1〜A4の置換基自体にビニル基、スチリル基、チオール基、アクリル基、メタクリル基、エポキシ基、オキセタン基等の光や熱で重合する基を含んでいても良い。  In another case, the substituents of A1 to A4 may contain a group that is polymerized by light or heat, such as a vinyl group, a styryl group, a thiol group, an acrylic group, a methacryl group, an epoxy group, or an oxetane group.

下記(15)、(16)にビニル基を含む置換基を有する化合物の例を示す。

Figure 0004802671
Examples of compounds having a substituent containing a vinyl group are shown in the following (15) and (16).
Figure 0004802671

Figure 0004802671
Figure 0004802671

更にまた、A1〜A4のいずれもが異なる構造の置換基を有する化合物も合成可能である。  Furthermore, it is possible to synthesize compounds having substituents having different structures in any of A1 to A4.

置換基中に2つ以上の芳香環または縮合芳香環を含むことにより、共役の程度を調節し、エネルギーギャップ、およびHOMO(最高被占軌道)とLUMO(最低空非占軌道)のエネルギーレベルを制御することにより、正孔輸送性、電子輸送性、または発光性の機能を持たせることができる。  By including two or more aromatic rings or condensed aromatic rings in the substituent, the degree of conjugation is adjusted, the energy gap, and the energy levels of HOMO (highest occupied orbit) and LUMO (lowest unoccupied orbit) By controlling, a hole transporting property, an electron transporting property, or a light emitting property can be provided.

芳香族3級アミン構造やチオフェン環を有する置換基は正孔輸送性を有し、ナフタレン環、アントラセン環、ベンゾチアゾール環、ナフタルイミド環等の縮合環を有する置換基は発光性を有する。トリアゾール環、トリアジン環、キノキサリン環、ピリジン環等の含窒素複素環やシロール環、ベンゾチアジアゾール環、オキサジアゾール環、オキサゾール環、ホウ素原子を有する置換基は、電子輸送性を有する。  A substituent having an aromatic tertiary amine structure or a thiophene ring has a hole transporting property, and a substituent having a condensed ring such as a naphthalene ring, an anthracene ring, a benzothiazole ring, or a naphthalimide ring has a light emitting property. A nitrogen-containing heterocycle such as a triazole ring, a triazine ring, a quinoxaline ring, a pyridine ring, a silole ring, a benzothiadiazole ring, an oxadiazole ring, an oxazole ring, or a substituent having a boron atom has an electron transporting property.

好ましくはA1〜A4の置換基は、大きな置換基は立体障害のため導入が難しくなるため、合成の収率向上の点から、式量1500以下の置換基で置換されるのがよい。2つまたは3つの芳香族系置換基を導入した場合の残りの2つ以下の置換基は、未置換の水素であるか、未反応のハロゲン原子であるか、あるいは他の非芳香族系置換基により置換されていても良い。  The substituents A1 to A4 are preferably substituted with a substituent having a formula weight of 1500 or less from the viewpoint of improving the yield of the synthesis because large substituents are difficult to introduce due to steric hindrance. When two or three aromatic substituents are introduced, the remaining two or less substituents are unsubstituted hydrogen, unreacted halogen atoms, or other non-aromatic substituents. It may be substituted with a group.

他の置換基の例は、メチル基、ターシャリーブチル基、オクチル基、ヘプチル基、2−エチルヘキシル基等の炭素数1から10のアルキル基;、メトキシ基、2−エチルヘキソキシ基等の炭素数1から10のアルコキシ基;3,6−ジオキサヘプチル基等の炭素数1から10のポリエーテル基、またはジアルコキシフェニル基等の溶解性を付与する置換基であるか、ビニル基、スチリル基、アクリル基、メチルアクリレート基、グリシジル基、桂皮酸基、メルカプト基、マレイミド基等の光、熱、放射線で架橋可能な架橋基である。   Examples of other substituents are alkyl groups having 1 to 10 carbon atoms such as a methyl group, tertiary butyl group, octyl group, heptyl group and 2-ethylhexyl group; 1 carbon atoms such as methoxy group and 2-ethylhexoxy group Or a alkoxy group having 1 to 10 carbon atoms such as a 3,6-dioxaheptyl group, or a substituent that imparts solubility such as a dialkoxyphenyl group, a vinyl group, a styryl group, It is a crosslinking group that can be crosslinked by light, heat, or radiation, such as an acrylic group, a methyl acrylate group, a glycidyl group, a cinnamic acid group, a mercapto group, and a maleimide group.

以下、上記式(4)および(5)により表わされる化合物を正孔輸送層または発光層として用いた有機EL素子について、具体的に説明する。   Hereinafter, an organic EL device using the compounds represented by the above formulas (4) and (5) as a hole transport layer or a light emitting layer will be specifically described.

上記式(4)および(5)により表わされる化合物は、DSC(示差走査熱分析)により20℃/minの速度で昇温した場合、ガラス転移温度(Tg)は共に140℃(転移開始温度)であり、更に、上記式(13)で表わされる化合物は、Tg224℃(転移開始温度)で、高い耐熱性を有している。   When the compounds represented by the above formulas (4) and (5) are heated at a rate of 20 ° C./min by DSC (differential scanning calorimetry), the glass transition temperature (Tg) is 140 ° C. (transition start temperature). Furthermore, the compound represented by the above formula (13) has Tg of 224 ° C. (transition start temperature) and high heat resistance.

また、式(4)および(5)により表わされる化合物のイオン化エネルギーは、いずれも5.8eV、式(13)により表わされる化合物の場合は5.9eVである。吸収端波長より求めたエネルギーギャップは、それぞれ3.1eV、2.95eV、3.1eVである。発光ピーク波長は、それぞれ415nm、433nm、405nm付近の青色〜紫色発光であり、それ自体で発光材料として用いることも可能である。  In addition, the ionization energy of the compounds represented by the formulas (4) and (5) is 5.8 eV, and in the case of the compound represented by the formula (13), it is 5.9 eV. The energy gaps determined from the absorption edge wavelength are 3.1 eV, 2.95 eV, and 3.1 eV, respectively. The emission peak wavelengths are blue to violet emission near 415 nm, 433 nm, and 405 nm, respectively, and can be used as a light emitting material by itself.

式(4)、式(5)、および式(13)により表わされる化合物のそのようなイオン化エネルギーは、正孔注入輸送材料である銅フタロシアニンやPEDOT/PSSのイオン化エネルギー5.1eVから正孔を注入され輸送できるイオン化エネルギーレベルにある。また、LUMOのレベルは、イオン化エネルギーから吸収端波長エネルギーギャップを引いて、それぞれ2.7eV、2.85eV、2.81eVであり、イオン化エネルギー2.93eVのLiを含有するLi合金陰極やフッ化Li/Al積層陰極から容易に電子注入されうるエネルギーレベルにある。  Such ionization energies of the compounds represented by formula (4), formula (5), and formula (13) are such that holes are generated from the ionization energy 5.1 eV of copper phthalocyanine or PEDOT / PSS which are hole injection / transport materials. It is at an ionization energy level that can be injected and transported. The LUMO levels are 2.7 eV, 2.85 eV, and 2.81 eV, respectively, obtained by subtracting the absorption edge wavelength energy gap from the ionization energy, and Li alloy cathodes or fluorides containing Li with an ionization energy of 2.93 eV. The energy level is such that electrons can be easily injected from the Li / Al laminated cathode.

図1に、本発明の一実施形態に係る有機EL 素子の断面図を示す。   FIG. 1 shows a cross-sectional view of an organic EL device according to an embodiment of the present invention.

図1において、基板1上には、陽極2が形成され、電極2上には、正孔輸送層3、発光層4 、及び陰極6が順次積層されて、EL素子が構成されている。   In FIG. 1, an anode 2 is formed on a substrate 1, and a hole transport layer 3, a light emitting layer 4, and a cathode 6 are sequentially stacked on the electrode 2 to constitute an EL element.

基板1上には、電源8の陰極に配線9 を介して電気的に接続された陰極取り出し電極7 が形成されており、陰極取り出し電極7は、陰極6に電気的に接続されている。また、電源8 の陽極は、配線10 を介して電極2に電気的に接続されている。  On the substrate 1, a cathode extraction electrode 7 electrically connected to the cathode of the power source 8 through the wiring 9 is formed. The cathode extraction electrode 7 is electrically connected to the cathode 6. The anode of the power source 8 is electrically connected to the electrode 2 through the wiring 10.

なお、図1では、正孔輸送層が1層のみ形成されているが、複数の層を積層して形成してもよい。   In FIG. 1, only one hole transport layer is formed, but a plurality of layers may be stacked.

図2に、本発明の他の実施形態に係るEL素子の断面図を示す。   FIG. 2 shows a cross-sectional view of an EL device according to another embodiment of the present invention.

図2に示すEL素子では、図1に示すEL素子の発光層4と陰極6の間に、正孔ブロック電子輸送層5が介在している。   In the EL element shown in FIG. 2, the hole block electron transport layer 5 is interposed between the light emitting layer 4 and the cathode 6 of the EL element shown in FIG.

これら図1および図2に示すEL素子は、正孔輸送層及び発光層の少なくとも一方に、上記式( 1 ) により表わされる化合物を含有している。   The EL elements shown in FIGS. 1 and 2 contain a compound represented by the above formula (1) in at least one of the hole transport layer and the light emitting layer.

次に、上記式( 1 ) により表わされる化合物の具体例として、上記式(4)及び(5)により表わされる化合物を正孔輸送層および発光層として用いてEL素子を作製する場合について説明する。   Next, as a specific example of the compound represented by the above formula (1), a case where an EL device is produced using the compounds represented by the above formulas (4) and (5) as a hole transport layer and a light emitting layer will be described. .

本発明の一実施形態に係る有機薄膜EL素子に用いられる基板としては、金属基板、半導体基板、及び絶縁性基板を挙げることができる。   As a board | substrate used for the organic thin film EL element which concerns on one Embodiment of this invention, a metal substrate, a semiconductor substrate, and an insulating substrate can be mentioned.

基板を金属基板で構成する場合、この金属基板自体が電極として作用する。発光させる部分以外を絶縁膜で基板をマスキングし、EL素子を作製することにより、文字や図形の表示が可能である。  When the substrate is composed of a metal substrate, the metal substrate itself acts as an electrode. Characters and graphics can be displayed by masking the substrate with an insulating film except for the portion that emits light to produce an EL element.

金属基板を陽極として作用させる場合は、金、プラチナ、パラジウム及びニッケル等の仕事関数が4.6e V 以上の金属からなる基板や、これら金属をステンレス箔や放熱性の良好な銅やアルミニウムの金属基板上に成膜した基板を用いることができる。金属基板を陰極として作用させる場合には、ステンレス箔基板、アルミニウム基板、または銅基板上に、仕事関数が2.5〜4eV のマグネシウム合金、リチウム、セシウム、カルシウム、およびバリウムから選ばれた低仕事関数の金属成分を含む合金や、イッテルビウム等の希土類金属、または希土類金属を含む合金を成膜した基板を用いることができる。  When a metal substrate is used as an anode, a substrate made of a metal having a work function of 4.6 eV or more such as gold, platinum, palladium and nickel, or a metal such as stainless steel foil or copper or aluminum having good heat dissipation. A substrate formed over the substrate can be used. When the metal substrate acts as a cathode, a low work selected from magnesium alloy, lithium, cesium, calcium, and barium having a work function of 2.5 to 4 eV on a stainless steel foil substrate, an aluminum substrate, or a copper substrate. A substrate on which an alloy containing a functional metal component, a rare earth metal such as ytterbium, or an alloy containing a rare earth metal can be used.

半導体基板としては、シリコン、ガリウムリン、窒化ガリウム、ダイアモンド、酸化亜鉛等の半導体ウエハ基板を挙げることができる。非発光部は、酸化膜または窒化膜等の絶縁膜を形成してマスキングすることができる。  Examples of the semiconductor substrate include semiconductor wafer substrates such as silicon, gallium phosphide, gallium nitride, diamond, and zinc oxide. The non-light-emitting portion can be masked by forming an insulating film such as an oxide film or a nitride film.

絶縁性基板としては、窒化アルミニウム等のセラミック基板等からなる不透明絶縁性基板、及びアルカリガラス、無アルカリガラス等のガラス基板や、単結晶アルミナ基板、ポリエーテルスルホン等のプラスチックフィルム等の透明絶縁性基板を挙げることができる。  As the insulating substrate, a transparent insulating material such as an opaque insulating substrate made of a ceramic substrate such as aluminum nitride, a glass substrate such as alkali glass or non-alkali glass, a single crystal alumina substrate, a plastic film such as polyethersulfone, etc. A substrate can be mentioned.

絶縁性基板上に陽極として形成される電極としては、不透明電極、半透明電極、及び透明電極を挙げることができる。不透明電極を構成する材料としては、上述の金属基板や半導体基板を構成する材料を挙げることができ、基板側から光を出す場合は、陽極をメッシュ状またはストライプ状に形成し、光が陽極の隙間から出るようにする。  Examples of the electrode formed as an anode on the insulating substrate include an opaque electrode, a semitransparent electrode, and a transparent electrode. Examples of the material constituting the opaque electrode include the above-described materials constituting the metal substrate and the semiconductor substrate. When light is emitted from the substrate side, the anode is formed in a mesh shape or stripe shape, and the light is the anode. Try to get out of the gap.

また、半透明電極としては、金やプラチナを薄く蒸着することにより形成される半透明金属膜等を挙げることができる。  Examples of the semitransparent electrode include a semitransparent metal film formed by thinly depositing gold or platinum.

透明電極としては、ITO(仕事関数4.6〜4.8eV)やインジウム亜鉛複合酸化物(IZO)、亜鉛アルミニウム複合酸化物、または銅アルミニウム複合酸化物等の非晶質または微結晶の透明導電膜や、ポリアニリンまたはPEDOT/PSS等の導電性高分子からなる透明導電膜等を挙げることができる。  As the transparent electrode, amorphous or microcrystalline transparent conductive material such as ITO (work function 4.6 to 4.8 eV), indium zinc composite oxide (IZO), zinc aluminum composite oxide, or copper aluminum composite oxide is used. Examples thereof include a film and a transparent conductive film made of a conductive polymer such as polyaniline or PEDOT / PSS.

基板として透明絶縁性基板を用い、陽極を透明電極または半透明電極とした場合、この基板側から表示を行うことができる。この場合、透明絶縁性基板の少なくとも一方の表面に、コントラストや耐性向上のために、着色を施してもよく、円偏光フィルタ、多層膜反射防止フィルタ、紫外線吸収フィルタ、カラーフィルタ、蛍光波長変換フィルタ、及びシリカコーティング等を設けてもよい。また、光取り出し効率向上のために、マイクロレンズや低屈折率層を基板表面に形成しても良い。  When a transparent insulating substrate is used as the substrate and the anode is a transparent electrode or a semi-transparent electrode, display can be performed from the substrate side. In this case, at least one surface of the transparent insulating substrate may be colored in order to improve contrast and durability, such as a circularly polarizing filter, a multilayer antireflection filter, an ultraviolet absorption filter, a color filter, and a fluorescence wavelength conversion filter. And a silica coating may be provided. Further, in order to improve the light extraction efficiency, a microlens or a low refractive index layer may be formed on the substrate surface.

また、この基板側から表示を行う場合、透明絶縁性基板上に形成する電極は、表面抵抗が1 〜 50Ω/□で、可視光線透過率が80%以上の透明電極であることが好ましい。  When displaying from the substrate side, the electrode formed on the transparent insulating substrate is preferably a transparent electrode having a surface resistance of 1 to 50Ω / □ and a visible light transmittance of 80% or more.

低抵抗化のために、銀、銅、または銀と銅との合金からなる10nm程度の厚さの層を、ITO 、インジウム亜鉛複合酸化物(IZO)、酸化チタン、酸化錫等を主成分とする非晶質または微結晶の透明導電膜で挟んだ構造の膜を透明電極として用いてもよい。これらの透明電極は、真空蒸着法やスパッタリング法等の方法により、上記基板上に形成することができる。  In order to reduce resistance, a layer having a thickness of about 10 nm made of silver, copper, or an alloy of silver and copper is mainly composed of ITO, indium zinc composite oxide (IZO), titanium oxide, tin oxide, or the like. A film having a structure sandwiched between amorphous or microcrystalline transparent conductive films may be used as the transparent electrode. These transparent electrodes can be formed on the substrate by a method such as vacuum vapor deposition or sputtering.

なお、上述の透明電極を用いた有機薄膜EL素子を、単純マトリクス駆動ディスプレイとして用いる場合、透明電極のラインに接して、Cu 、Al等の低抵抗率金属からなる金属バスラインを設け、より低抵抗化することが望ましい。  When the organic thin film EL element using the transparent electrode described above is used as a simple matrix drive display, a metal bus line made of a low resistivity metal such as Cu or Al is provided in contact with the transparent electrode line, and the It is desirable to make resistance.

本発明の一実施形態に係るEL素子において、正孔輸送層に用いられる材料として、上記式( 1 ) により表される化合物の他、銅フタロシアニン 、塩素化銅フタロシアニン、テトラ(t−ブチル) 銅フタロシアニン等の金属フタロシアニン類、及び無金属フタロシアニン類、キナクリドン等の低分子正孔輸送材料、ポリ(パラ−フェニレンビニレン) 及びポリアニリン、PEDOT/PSS、CHFプラズマ重合膜等の高分子正孔輸送材料、その他公知の正孔輸送材料を挙げることができる。 In the EL device according to one embodiment of the present invention, as a material used for the hole transport layer, in addition to the compound represented by the above formula (1), copper phthalocyanine, chlorinated copper phthalocyanine, tetra (t-butyl) copper Metal phthalocyanines such as phthalocyanines, metal free phthalocyanines, low molecular hole transport materials such as quinacridone, polymer hole transport materials such as poly (para-phenylene vinylene) and polyaniline, PEDOT / PSS, and CHF 3 plasma polymerized films In addition, other known hole transport materials can be mentioned.

本発明の一実施形態に係るEL素子に用いられる正孔輸送層は、少なくとも1層に式(1)でより表される化合物が含まれていれば、上述のような他の正孔輸送材料からなる複数の膜が積層された構造であってもよい。  As long as the hole transport layer used in the EL device according to an embodiment of the present invention contains at least one compound represented by the formula (1), other hole transport materials as described above. A structure in which a plurality of films made of

例えば、正孔輸送層を、各層間の密着性の向上、素子の劣化防止、及び色調の調整の目的等のために3層構造とし、陽極側から順に、第1の正孔輸送層、第2の正孔輸送層、および第3の正孔輸送層とした場合、これら正孔輸送層、有機発光層、及び陽極の仕事関数またはイオン化エネルギーの値を、陽極< 第1の正孔輸送層< 第2の正孔輸送層< 第3の正孔輸送層< 有機発光層の順に制御することが好ましい。  For example, the hole transport layer has a three-layer structure for the purpose of improving the adhesion between the layers, preventing the deterioration of the element, adjusting the color tone, etc., and in order from the anode side, the first hole transport layer, In the case of the second hole transport layer and the third hole transport layer, the work function or ionization energy value of the hole transport layer, the organic light emitting layer, and the anode is expressed as follows: anode <first hole transport layer It is preferable to control in the order of <second hole transport layer <third hole transport layer <organic light emitting layer.

このように各層を積層することにより、陽極と有機発光層間の仕事関数の値の差が小さくなり、有機発光層への正孔注入効率が向上し、低電圧でEL発光を得ることができる。  By laminating each layer in this way, the difference in work function value between the anode and the organic light emitting layer is reduced, the efficiency of hole injection into the organic light emitting layer is improved, and EL light emission can be obtained at a low voltage.

正孔輸送層の積層数には特に制限はなく、種類の異なる正孔輸送材料同士を混合し、または積層して用いることもできる。  There is no restriction | limiting in particular in the number of lamination | stacking of a positive hole transport layer, Different types of positive hole transport materials can be mixed or laminated | stacked and used.

本発明の一実施形態に係るEL素子の正孔輸送層の成膜方法は、材料の分子量、溶剤への溶解性、昇華性等の物性により適当な方法が選ばれる。例えば、真空蒸着法、スピンコート法、ディップコート法、ロールコート法、ダイコート法、インクジェット法、凸版印刷法、オフセット印刷、グラビア印刷等の各種塗布印刷方法から適宜選択し、基板上に塗布・成膜することができる。  As a film forming method of the hole transport layer of the EL device according to the embodiment of the present invention, an appropriate method is selected depending on the molecular weight of the material, the solubility in a solvent, the sublimation property, and the like. For example, various coating printing methods such as vacuum deposition method, spin coating method, dip coating method, roll coating method, die coating method, ink jet method, relief printing method, offset printing, gravure printing, etc. Can be membrane.

例えば、陽極上に銅フタロシアニンを真空蒸着で10nmの厚さに成膜し、次に、PEDOT/PSSを30nmの厚さにダイコート法で積層し、更に、例えば、式(4)により表される化合物を20nmの厚さに凸版印刷法で積層して、3層構成の正孔輸送層とすることもできる。  For example, copper phthalocyanine is deposited on the anode to a thickness of 10 nm by vacuum deposition, then PEDOT / PSS is laminated to a thickness of 30 nm by a die coating method, and is further expressed by, for example, formula (4) A compound may be laminated to a thickness of 20 nm by a relief printing method to form a three-layer hole transport layer.

本発明の一実施形態に係るEL素子の発光層は、素子への電圧の印加時に、可視光領域で強い蛍光を発する任意の有機または無機の発光体を1種以上含む層である。この発光体は、固体状態で強い蛍光またはりん光を発光し、平滑な膜の形成が可能であれば、該発光体のみで発光層を構成することが可能である。  The light emitting layer of the EL device according to one embodiment of the present invention is a layer containing at least one arbitrary organic or inorganic light emitter that emits strong fluorescence in the visible light region when a voltage is applied to the device. If this light emitter emits strong fluorescence or phosphorescence in a solid state and a smooth film can be formed, a light emitting layer can be formed only by the light emitter.

しかしながら、固体状態で発光が濃度消光したり、平滑な膜の形成が困難な場合には、該発光体を、正孔輸送材料、電子輸送材料、または所定の樹脂バインダと混合した混合物の形で発光層を構成することができる。  However, when the concentration of light emission is quenched in the solid state or it is difficult to form a smooth film, the light emitter is mixed with a hole transport material, an electron transport material, or a predetermined resin binder. A light emitting layer can be comprised.

本発明の一実施形態に係るEL素子において、発光層に用いることが可能な有機蛍光体としては、上記式( 1 ) により表わされる化合物の他、サリチル酸塩、ピレン、コロネン、2,5,8,11−テトラ−t−ブチルペリレン、ルブレン、テトラフェニルブタジエン、9,10−ビス(フェニルエチニル)アントラセン、8−キノリノラートリチウム、Alトリスオキシン錯体 、ビス(8−キノリノラート)亜鉛錯体、トリス(5−フルオロ−8−キノリノラート)アルミニウム錯体、トリス(4−メチル−5−トリフルオロメチル−8−キノリノラート)アルミニウム錯体、トリス(4−メチル−5−シアノ−8−キノリノラート)アルミニウム錯体、ビス(2−メチル−5−トリフルオロメチル−8−キノリノラート)(4−シアノフェニルフェノラート)アルミニウム錯体、ビス(2−メチル−5−シアノ−8−キノリノラート)(4−シアノフェニルフェノラート)アルミニウム錯体、トリス(8−キノリノラート)スカンジウム錯体、2−t−ブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン、ポリ( 2,5−ジヘプチルオキシ−p−フェニレンビニレン)、N ,N ’−ジアリール置換ピロロピロール化合物、特開平4−31488号公報(出光興産社特許)に記載されたビススチリルアリーレン系蛍光体化合物、米国特許第5,141,671号公報、米国特許第4,769,292号公報(イーストマンコダック社特許)に記載された蛍光体、その他American DYE Source社、H.W.Sands社、Sensient社等のカタログに記載のポリマー化合物、低分子蛍光体、低分子りん光体、無機量子ドット発光体を挙げることができる。  In the EL device according to one embodiment of the present invention, examples of the organic phosphor that can be used in the light emitting layer include salicylate, pyrene, coronene, 2, 5, and 8 in addition to the compound represented by the above formula (1). , 11-tetra-t-butylperylene, rubrene, tetraphenylbutadiene, 9,10-bis (phenylethynyl) anthracene, 8-quinolinolatolithium, Al trisoxine complex, bis (8-quinolinolato) zinc complex, tris ( 5-fluoro-8-quinolinolato) aluminum complex, tris (4-methyl-5-trifluoromethyl-8-quinolinolato) aluminum complex, tris (4-methyl-5-cyano-8-quinolinolato) aluminum complex, bis (2 -Methyl-5-trifluoromethyl-8-quinolinolate) (4-cyano Phenylphenolate) aluminum complex, bis (2-methyl-5-cyano-8-quinolinolato) (4-cyanophenylphenolate) aluminum complex, tris (8-quinolinolato) scandium complex, 2-t-butyl-9,10 -Di (2-naphthyl) anthracene, poly (2,5-diheptyloxy-p-phenylenevinylene), N 2, N′-diaryl-substituted pyrrolopyrrole compound, JP-A-4-31488 (patented by Idemitsu Kosan Co., Ltd.) The described bisstyrylarylene-based phosphor compound, the phosphor described in US Pat. No. 5,141,671, US Pat. No. 4,769,292 (Eastman Kodak Company patent), and other American DYE Sources H. W. Examples thereof include polymer compounds, low molecular phosphors, low molecular phosphors, and inorganic quantum dot light emitters described in catalogs of Sands and Sensent.

本発明の一実施形態に係るEL素子の発光層は、種類の異なる発光体の混合物により構成することができる。上記一般式(1)に示す化合物を青色発光ホストとして、米国ラムダフィズィック社やイーストマンコダック社、アメリカンダイソース社から市販されているクマリン系、キナクリドン系、ペリレン系、及びピラン系の有機蛍光体や無機量子ドット発光体をゲスト発光体としてドーピングしてもよい。また、発光層を、種類の異なる発光体からなる複数の膜を積層した積層構造としてもよい。  The light emitting layer of the EL device according to an embodiment of the present invention can be composed of a mixture of different types of light emitters. Organic fluorescence of coumarin-based, quinacridone-based, perylene-based, and pyran-based products commercially available from Lambda Fizzic Co., Eastman Kodak Company, Inc., and American Dice Source Company, using the compound represented by the general formula (1) as a blue light emitting host. A body or an inorganic quantum dot light emitter may be doped as a guest light emitter. Further, the light emitting layer may have a stacked structure in which a plurality of films made of different types of light emitters are stacked.

このような発光層は、単層構造においても、積層構造においても、厚さは100nm以下であることが好ましく、5〜50nmであることがより好ましい。厚すぎると駆動電圧が高くなり、薄すぎると発光効率が低下する。  Such a light emitting layer has a thickness of preferably 100 nm or less, and more preferably 5 to 50 nm in both a single layer structure and a laminated structure. If it is too thick, the driving voltage becomes high, and if it is too thin, the light emission efficiency decreases.

このように、他の適当な発光体をドーパントとして用いることにより、発光スペクトルの変換、発光スペクトルの半値巾の減少、及び発光効率の向上を図ることができる。なお、ドーパントとして用いる発光体は、紫外域または赤外域で発光するものでもよい。  As described above, by using another appropriate light emitter as a dopant, conversion of the emission spectrum, reduction of the half-value width of the emission spectrum, and improvement of the emission efficiency can be achieved. Note that the light emitter used as the dopant may emit light in the ultraviolet region or the infrared region.

本発明の一実施形態に係るEL素子の発光層の成膜方法は、材料の分子量、溶剤への溶解性、昇華性等の物性に応じて、適当な方法が選ばれる。例えば、真空蒸着法、スピンコート法、ディップコート法、ロールコート法、ダイコート法、インクジェット法、凸版印刷法、オフセット印刷、グラビア印刷等の各種塗布・印刷方法から選択された方法で、基板上に塗布・成膜することができる。  As a method for forming a light emitting layer of an EL element according to an embodiment of the present invention, an appropriate method is selected according to physical properties such as molecular weight of a material, solubility in a solvent, and sublimation. For example, a method selected from various coating and printing methods such as vacuum deposition method, spin coating method, dip coating method, roll coating method, die coating method, ink jet method, relief printing method, offset printing, gravure printing, etc. Application and film formation are possible.

本発明の一実施形態に係るEL素子において、発光層に用いた式(1)により表わされる化合物は、該化合物中の核に2つのカルバゾール環を有するため、正孔輸送性を有する。そのため、置換基A1〜A4に大きな電子移動度を有する電子輸送性の基を有し、かつ発光層への正孔と電子の注入バランスが電子の方が大きい場合には、電子と正孔の再結合領域が発光層中の正孔輸送層側になるが、置換基A1〜A4の電子輸送能力が低い場合には、陰極側で再結合する。その場合、発光層と陰極の間に正孔ブロック電子輸送層を設け、陰極による励起子の失活を避けることが望ましい。  In the EL device according to one embodiment of the present invention, the compound represented by the formula (1) used for the light emitting layer has two carbazole rings in the nucleus of the compound, and thus has a hole transporting property. Therefore, when the substituents A1 to A4 have an electron-transporting group having a large electron mobility and the injection balance of holes and electrons into the light-emitting layer is larger, the number of electrons and holes The recombination region is on the hole transport layer side in the light emitting layer, but when the electron transport ability of the substituents A1 to A4 is low, recombination is performed on the cathode side. In that case, it is desirable to provide a hole-blocking electron transport layer between the light emitting layer and the cathode to avoid deactivation of excitons by the cathode.

正孔ブロック電子注入輸送層に用いられる材料は、平滑な膜が得られるアモルファス材料が望ましく、かつ電子移動度が大きく、LUMOの状態密度が大きく、LUMOのエネルギーレベル(電子親和力)が有機蛍光体のLUMOのエネルギーレベルと同程度から陰極材料のフェルミレベル(仕事関数)の間にあり、かつHOMO−LUMO間のエネルギーギャップが発光層よりも好ましくは1eV以上大きい材料であることが好ましい。  The material used for the hole-blocking electron injecting and transporting layer is preferably an amorphous material capable of obtaining a smooth film, and has a high electron mobility, a large LUMO state density, and an LUMO energy level (electron affinity). It is preferable that the material be between the same level as the LUMO energy level and the Fermi level (work function) of the cathode material and the energy gap between the HOMO-LUMO is preferably 1 eV or more larger than that of the light emitting layer.

このような正孔ブロック電子輸送層を設けると、有機発光層への電子注入効率を高め、発光層中の正孔および励起子が陰極へ到達するのを抑制することができる。  Providing such a hole-blocking electron transport layer can increase the efficiency of electron injection into the organic light-emitting layer and suppress the holes and excitons in the light-emitting layer from reaching the cathode.

正孔ブロック電子輸送層に用いられる材料としては、TPBI、ビス(8−ヒドロキシキナルジン)アルミニウムビフェノキシド(以下、BAlqと略す)、2,2’-(1,3−フェニレン)ビス[5−[4−(1,1−ジメチルエチル)フェニル]−1,3,4−オキサジアゾール(以下、OXD−7と略す)及び2,5−ビス(1−ナフチル)−1,3,4−オキサジアゾールや、特開平7−90260号公報に開示されているトリアゾール化合物等を用いることができる。  Examples of materials used for the hole blocking electron transport layer include TPBI, bis (8-hydroxyquinaldine) aluminum biphenoxide (hereinafter abbreviated as BAlq), 2,2 ′-(1,3-phenylene) bis [5- [4- (1,1-dimethylethyl) phenyl] -1,3,4-oxadiazole (hereinafter abbreviated as OXD-7) and 2,5-bis (1-naphthyl) -1,3,4 Oxadiazole, triazole compounds disclosed in JP-A-7-90260, and the like can be used.

また、発光層を溶解しない溶媒に溶解する電子輸送性のオキサジアゾール環、トリアゾール環、シロール環やトリアリールボラン基を有する電子輸送性ポリマーやオリゴマーを塗布することにより成膜することもできる。  Alternatively, a film can be formed by applying an electron transporting polymer or oligomer having an electron transporting oxadiazole ring, triazole ring, silole ring or triarylborane group that dissolves in a solvent that does not dissolve the light emitting layer.

正孔ブロック電子輸送層は、真空蒸着法、CVD法、スピンコート法、凸版印刷法等の塗布・印刷法等の方法により形成され、好ましくは10nm〜100nmの厚さに、単層、または多層構造として形成されることが好ましい。  The hole-blocking electron transport layer is formed by a method such as coating / printing such as vacuum deposition, CVD, spin coating, letterpress printing, etc., and preferably has a thickness of 10 nm to 100 nm, a single layer or a multilayer Preferably formed as a structure.

本発明の一実施形態に係る有機薄膜EL素子において、有機発光層上に陰極として設けられる電極は、低仕事関数を有する材料で構成されることが好ましい。この低仕事関数を有する材料としては、MgやAl等の単体の金属、及び、Li、Mg、Ca、Ar、La、Ce、Er、Eu、Sc、Y、及びY b 等の金属を1 種以上含有する合金等を挙げることができる。  In the organic thin film EL device according to one embodiment of the present invention, the electrode provided as a cathode on the organic light emitting layer is preferably composed of a material having a low work function. As the material having a low work function, a single metal such as Mg or Al and a metal such as Li, Mg, Ca, Ar, La, Ce, Er, Eu, Sc, Y, and Y b are used. The alloy etc. which are contained above can be mentioned.

これらの低仕事関数を有する材料を陰極に用いると、電子注入が効果的に行なわれ、特に、上記合金を用いた場合は、低仕事関数と安定性とを両立させることができる。  When these materials having a low work function are used for the cathode, electron injection is effectively performed. In particular, when the above alloy is used, both the low work function and the stability can be achieved.

陰極の厚さに特に制限はないが、陰極を5〜10nmの厚さに形成すると、十分な可視光の透過率が得られ、陰極側を表示面とすることができる。その際、陰極金属上にITOやIZOからなる保護透明電極を積層することもできる。  Although there is no restriction | limiting in particular in the thickness of a cathode, When the cathode is formed in the thickness of 5-10 nm, sufficient transmittance | permeability of visible light will be obtained and the cathode side can be made into a display surface. At that time, a protective transparent electrode made of ITO or IZO can be laminated on the cathode metal.

陰極は、用いる材料に応じて、抵抗加熱蒸着法、電子ビーム蒸着法、反応性蒸着法、及びイオンプレーティング法等を用いたり、合金ターゲット等を用いてスパッタリング法等により形成することができる。  The cathode can be formed by a resistance heating vapor deposition method, an electron beam vapor deposition method, a reactive vapor deposition method, an ion plating method, or the like according to a material to be used, or a sputtering method using an alloy target or the like.

陰極を多成分合金で構成する場合は、抵抗加熱法により10−3Paオーダー以下の真空下で、成分ごとに別々の蒸着源から、水晶振動子式膜厚計でモニターしながら共蒸着法により形成するか、或いは、合金材料を少量ずつフラッシュ蒸着することにより形成することができる。 When the cathode is composed of a multi-component alloy, it can be measured by a co-evaporation method using a resistance heating method under a vacuum of the order of 10 −3 Pa or less and monitoring from a separate vapor deposition source for each component with a quartz crystal film thickness meter. Alternatively, it can be formed by flash deposition of the alloy material little by little.

EL素子を、単純マトリクス駆動ディスプレイとし、陰極をストライプ状に形成する必要がある場合には、スリット状に穴の開いたマスクを基板に密着させて陰極材料を蒸着するか、陰極材料を陰極形成部全面に蒸着した後、レーザーアブレーション法、イオンビームエッチング法、リアクティブエッチング法、隔壁法等により、陰極材料膜のパターニングを行うことにより、陰極をストライプ状に形成することができる。  When the EL element is a simple matrix drive display and the cathode needs to be formed in stripes, the cathode material is deposited by adhering a mask with slits to the substrate in close contact with the substrate, or the cathode material is formed as a cathode. After vapor deposition over the entire surface, the cathode material film is patterned by laser ablation method, ion beam etching method, reactive etching method, partition wall method or the like, whereby the cathode can be formed in a stripe shape.

以上、基板側から順に、陽極、正孔輸送層、発光層、必要に応じて正孔ブロック電子輸送層、及び陰極を積層した構造について示したが、本発明のEL素子は、基板側から順に、陰極、電子注入輸送層、発光層、正孔輸送層、及び陽極を積層した構造であってもよい。  As described above, the structure in which the anode, the hole transport layer, the light emitting layer, and the hole block electron transport layer and the cathode are laminated in order from the substrate side has been shown, but the EL element of the present invention is in order from the substrate side. , A cathode, an electron injecting and transporting layer, a light emitting layer, a hole transporting layer, and an anode may be laminated.

さらに、図1および図2では省略しているが、好ましくは、EL 素子の電極6上に、即ち、正孔注入輸送層3、発光層4、及び陰極6を覆って、一酸化ゲルマニウム、一酸化ケイ素、酸化マグネシウム、アルミナ等の金属酸化物膜;フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム、フッ化リチウム、フッ化アルミニウム、フッ化バリウム等の金属フッ化物膜;または窒化シリコン等の金属窒化膜;等の無機絶縁膜と、アルミニウム、銅、亜鉛等の金属膜を、少なくとも無機絶縁膜と金属膜を各1層づつ50〜500nmの厚さに交互に積層した封止層を形成することにより、EL素子の防湿を行なうことができる。封止層の成膜法は、蒸着、スパッタ、CVD法により行なうことができる。  Further, although omitted in FIGS. 1 and 2, preferably, germanium monoxide, one layer is formed on the electrode 6 of the EL element, that is, covering the hole injection transport layer 3, the light emitting layer 4, and the cathode 6. Metal oxide films such as silicon oxide, magnesium oxide, and alumina; metal fluoride films such as magnesium fluoride, calcium fluoride, lithium fluoride, aluminum fluoride, and barium fluoride; or metal nitride films such as silicon nitride; By forming a sealing layer in which an inorganic insulating film and a metal film of aluminum, copper, zinc, or the like are alternately laminated in a thickness of 50 to 500 nm at least one inorganic insulating film and one metal film, respectively. The element can be moisture-proof. The sealing layer can be formed by vapor deposition, sputtering, or CVD.

さらに、このE L 素子中への水蒸気の長期的な進入を防止するために、ハーメチックシール等により素子を真空中または不活性ガスで密封するか、ガラス板等の封止板を素子が形成された面に、市販の低吸湿性の光硬化性接着剤、熱硬化性エポキシ系接着剤、及び低融点ガラス等の接着材料で接着し、封止することが好ましい。  Further, in order to prevent long-term entry of water vapor into the EL device, the device is sealed with a hermetic seal or the like in a vacuum or with an inert gas, or a sealing plate such as a glass plate is formed on the device. It is preferable to adhere and seal the surface with an adhesive material such as a commercially available low-hygroscopic photocurable adhesive, thermosetting epoxy adhesive, and low-melting glass.

封止板としては、上述のガラス板の他に、金属板、プラスチック板、およびフィルム等を用いることができる。また、接着材料中に、カルシア等の乾燥剤を混合することができ、封止層表面や、封止板の有機発光層側の面に、カルシア等の乾燥剤や、アルカリ金属、アルカリ土類金属、及び希土類等からなるゲッター剤の層を形成してもよい。   As a sealing plate, a metal plate, a plastic plate, a film, etc. other than the above-mentioned glass plate can be used. In addition, a desiccant such as calcia can be mixed in the adhesive material. You may form the layer of the getter agent which consists of metals, rare earths, etc.

以上のように構成される本発明の一実施形態に係る有機薄膜EL素子は、正孔注入輸送層側を正として直流電圧を印加することにより発光するが、交流電圧を印加した場合でも正孔注入輸送層側に正の電圧が印加されている間は発光する。   The organic thin film EL device according to an embodiment of the present invention configured as described above emits light by applying a DC voltage with the hole injection / transport layer side being positive, but even when an AC voltage is applied, the hole is emitted. Light is emitted while a positive voltage is applied to the injection transport layer side.

以上説明した、本発明の一実施形態に係る有機薄膜EL素子を、基板上に2次元的に配列することにより、文字や画像を表示することが可能な薄型ディスプレイを形成することができる。  The thin film display which can display a character and an image can be formed by arrange | positioning the organic thin-film EL element which concerns on one Embodiment of this invention demonstrated above on a board | substrate two-dimensionally.

さらに、赤、青、緑の3色の発光素子を2次元的に配列するか、或いは、白色発光素子と赤、青、緑、白の4色カラーフィルタとを用いることにより、カラーディスプレイ化が可能となる。  Furthermore, the color display can be realized by two-dimensionally arranging light emitting elements of three colors of red, blue and green, or by using a white light emitting element and a four-color filter of red, blue, green and white. It becomes possible.

以下、本発明の有機EL素子に使用される、式(1)で表わされ、690以上5000以下の分子量を有する化合物の種々の合成例について説明する。   Hereinafter, various synthesis examples of the compound represented by the formula (1) and having a molecular weight of 690 or more and 5000 or less used for the organic EL device of the present invention will be described.

合成例1
上記式(4)により表わされる化合物であるトランス−1,2−ビス(3,6−ジ{3−[N−(2−ビフェニル)−1−ナフチルアミノ]フェニル}−9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタンの合成
トランス-1,2−ビス(3,6−ジブロモ−9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタン1.19g(1.7mmol)、N−(2−ビフェニルイル)−N−[3−(4,4,5,5−テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イル)フェニル]−1−ナフチルアミン4.03g(8.1mmol) 、及びPdCl(dppf)0.051g(0.062mmol)を、テトラヒドロフラン(以下、THFと略す)70mlに溶解し、これに炭酸水素ナトリウムの飽和水溶液35mlを添加した。
Synthesis example 1
Trans-1,2-bis (3,6-di {3- [N- (2-biphenyl) -1-naphthylamino] phenyl} -9H-carbazole-9- which is a compound represented by the above formula (4) Synthesis of yl) cyclobutane 1.19 g (1.7 mmol) of trans-1,2-bis (3,6-dibromo-9H-carbazol-9-yl) cyclobutane, N- (2-biphenylyl) -N- [3 -(4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl) phenyl] -1-naphthylamine 4.03 g (8.1 mmol) and PdCl 2 (dppf) 0.051 g ( 0.062 mmol) was dissolved in 70 ml of tetrahydrofuran (hereinafter abbreviated as THF), and 35 ml of a saturated aqueous solution of sodium bicarbonate was added thereto.

この混合物を、窒素雰囲気下で8時間加熱還流させ、冷却した後、THFを留去し、そこへクロロホルム30mlを加えて抽出した。有機層を濃縮し、濃縮物をクロロホルム10mlに溶解し、100mlメタノールに滴下した。析出した結晶を濾取し、これをシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製し、2.08gの上記式(4)により表わされるトランス−1,2−ビス(3,6−ジ{3−[N−(2−ビフェニル)−1−ナフチルアミノ]フェニル}−9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタンを得た(収率65.8%)。   The mixture was heated to reflux for 8 hours under a nitrogen atmosphere and cooled, and then THF was distilled off, followed by extraction with 30 ml of chloroform. The organic layer was concentrated and the concentrate was dissolved in 10 ml of chloroform and added dropwise to 100 ml of methanol. The precipitated crystals were collected by filtration and purified by silica gel column chromatography. 2.08 g of trans-1,2-bis (3,6-di {3- [N-- (2-Biphenyl) -1-naphthylamino] phenyl} -9H-carbazol-9-yl) cyclobutane was obtained (yield 65.8%).

この化合物の質量スペクトルは、1863(C14098)の分子イオンピークを有し、構造式と一致した。 The mass spectrum of this compound had a molecular ion peak of 1863 (C 140 H 98 N 6 ), which was consistent with the structural formula.

この化合物の溶解度は、トルエンに対し約0.6g/ml、1,2−ジクロロエタンに対し約0.4g/ml、2−メチルアニソールに対し約0.1g/mlであった。また、Tgは164℃(転移の中間温度。転移開始温度では140℃)であった(セイコー電子工業製SSC5200熱分析システムで20℃/mimの速度でのDSC測定値)。  The solubility of this compound was about 0.6 g / ml for toluene, about 0.4 g / ml for 1,2-dichloroethane, and about 0.1 g / ml for 2-methylanisole. Further, Tg was 164 ° C. (intermediate temperature of transition, 140 ° C. at the transition start temperature) (DSC measurement value at a rate of 20 ° C./mim with a SSC5200 thermal analysis system manufactured by Seiko Denshi Kogyo).

この化合物のIR吸収スペクトルを、FT/IR−460plus(日本分光社製)を用いてKBr法で測定した結果を図3に示す。また、石英板上に成膜した膜の補正蛍光励起スペクトル(受光440nm)と補正蛍光スペクトル(365nm励起)をRF-5300PC(島津製作所社製)により測定した結果を図4に示す。図4において、破線は補正蛍光励起スペクトルを、実線は補正蛍光スペクトルをそれぞれ示す。   The result of measuring the IR absorption spectrum of this compound by the KBr method using FT / IR-460plus (manufactured by JASCO Corporation) is shown in FIG. In addition, FIG. 4 shows the results of measuring the corrected fluorescence excitation spectrum (light receiving 440 nm) and the corrected fluorescence spectrum (365 nm excitation) of the film formed on the quartz plate with RF-5300PC (manufactured by Shimadzu Corporation). In FIG. 4, the broken line indicates the corrected fluorescence excitation spectrum, and the solid line indicates the corrected fluorescence spectrum.

図4から、ピーク波長415nm付近に強い青紫蛍光を示していることがわかる。吸収端エネルギーより、エネルギーギャップは3.1eVであった。また、表面分析装置AC−1(理研計器社製)により測定したイオン化エネルギーは5.8eVであった。  FIG. 4 shows that strong blue-violet fluorescence is shown in the vicinity of the peak wavelength of 415 nm. From the absorption edge energy, the energy gap was 3.1 eV. Moreover, the ionization energy measured by surface analyzer AC-1 (made by Riken Keiki Co., Ltd.) was 5.8 eV.

合成例2
上記式(5)により表わされる化合物であるトランス−1,2−ビス(3,6−ビス{4‐[5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]フェニル}−9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタンの合成
トランス−1,2−ビス(3,6−ジブロモ−9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタン1.17g(1.7mmol)、2−(4−tert−ブチルフェニル)−5−[4−(4,4,5,5‐テトラメチル−1,3,2−ジオキサボロラン−2−イル)フェニル]−1,3,4−オキサジアゾール4.04g(10mmol)、及びPdCl(dppf)0.08g(0.1mmol)を、THF80mlと炭酸水素ナトリウムの飽和水溶液40mlの混合液に添加した。この混合物を窒素雰囲気下で8時間還流させた。反応終了後、THFを留去し、そこへクロロホルム30mlを加えて抽出した。有機層を濃縮し、粗結晶を得た後、これをシリカゲルカラムクロマトグラフィーにて精製し、上記式(5)により表わされる1.26gのトランス−1,2−ビス(3,6−ビス{4‐[5−(4−tert−ブチルフェニル)−1,3,4−オキサジアゾール−2−イル]フェニル}−9H-カルバゾール−9−イル)シクロブタンを得た(収率50.7%)。
Synthesis example 2
Trans-1,2-bis (3,6-bis {4- [5- (4-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazole-2, which is a compound represented by the above formula (5) Synthesis of -yl] phenyl} -9H-carbazol-9-yl) cyclobutane 1.17 g (1.7 mmol) of trans-1,2-bis (3,6-dibromo-9H-carbazol-9-yl) cyclobutane, 2 -(4-tert-butylphenyl) -5- [4- (4,4,5,5-tetramethyl-1,3,2-dioxaborolan-2-yl) phenyl] -1,3,4-oxadi 4.04 g (10 mmol) of azole and 0.08 g (0.1 mmol) of PdCl 2 (dppf) were added to a mixture of 80 ml of THF and 40 ml of a saturated aqueous solution of sodium bicarbonate. The mixture was refluxed for 8 hours under a nitrogen atmosphere. After completion of the reaction, THF was distilled off, and 30 ml of chloroform was added thereto for extraction. The organic layer was concentrated to obtain crude crystals, which were purified by silica gel column chromatography, and 1.26 g of trans-1,2-bis (3,6-bis { 4- [5- (4-tert-butylphenyl) -1,3,4-oxadiazol-2-yl] phenyl} -9H-carbazol-9-yl) cyclobutane was obtained (yield 50.7%). ).

この化合物の質量スペクトルは1491(C1008610)の分子イオンピークを有し、構造式と一致した。 The mass spectrum of this compound had a molecular ion peak of 1491 (C 100 H 86 N 10 O 4 ), which was consistent with the structural formula.

この化合物の溶解度は、1,2−ジクロロエタンに対し約0.5g/mlであった。また、Tgは149℃(転移の中間温度。転移開始温度では140℃)であった。(セイコー電子工業製SSC5200熱分析システムで20℃/minの速度でのDSC測定値)。  The solubility of this compound was about 0.5 g / ml with respect to 1,2-dichloroethane. Further, Tg was 149 ° C. (intermediate temperature of transition, 140 ° C. at the transition start temperature). (DSC measurement value at a rate of 20 ° C./min with a SSC5200 thermal analysis system manufactured by Seiko Denshi Kogyo).

この化合物のIR吸収スペクトルを、FT/IR−460plus(日本分光社製)を用いてKBr法で測定した結果を図5に示す。また、石英板上に成膜した膜の補正蛍光励起スペクトル(受光440nm)と補正蛍光スペクトル(365nm励起)をRF-5300PC(島津製作所社製)により測定した結果を図6に示す。図6において、破線は補正蛍光励起スペクトルを、実線は補正蛍光スペクトルをそれぞれ示す。   FIG. 5 shows the results of measuring the IR absorption spectrum of this compound by the KBr method using FT / IR-460 plus (manufactured by JASCO Corporation). In addition, FIG. 6 shows the results of measuring the corrected fluorescence excitation spectrum (light receiving 440 nm) and the corrected fluorescence spectrum (365 nm excitation) of the film formed on the quartz plate with RF-5300PC (manufactured by Shimadzu Corporation). In FIG. 6, a broken line shows a corrected fluorescence excitation spectrum, and a solid line shows a corrected fluorescence spectrum.

図6から、ピーク波長433nm付近に強い青紫蛍光を示していることがわかる。吸収端エネルギーより、エネルギーギャップは2.95eVであった。また、表面分析装置AC−1(理研計器社製)により測定したイオン化エネルギーは5.8eVであった。  FIG. 6 shows that strong blue-violet fluorescence is shown in the vicinity of the peak wavelength of 433 nm. From the absorption edge energy, the energy gap was 2.95 eV. Moreover, the ionization energy measured by surface analyzer AC-1 (made by Riken Keiki Co., Ltd.) was 5.8 eV.

合成例3
上記式(13) により表わされる化合物であるトランス−1,2−ビス[3,6−ジ(3-tert−ブチル−9H−カルバゾール−9−イル)−9H−カルバゾ−ル-9−イル]シクロブタンの合成
トランス-1,2-ビス(3,6−ジブロモ−9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタン 2.09g(3mmol)、3-tert−ブチル−9H−カルバゾール3.48g(15.6mmol)、炭酸カリウム3.30g(24mmol)、銅粉0.03g(0.47mmol)、及びヨウ化銅0.03g(0.16mmol)に、ジクロロトルエン18mlを加え、30時間加熱還流させた。溶液を冷却し、トルエン30mlを加えて濾過を行ない、濾過残渣をトルエン30mlで洗浄した。濾液を濃縮した後、シリカゲルカラムクロマトグラフィーで精製し、酢酸エチル/クロロホルムの混合溶媒で再結晶を行い、濾取した結晶を乾燥して、上記式(13) により表わされる1.83gのトランス−1,2−ビス[3,6−ジ(3-tert−ブチル−9H−カルバゾール−9−イル)−9H−カルバゾ−ル-9−イル]シクロブタンを得た(収率48.0%)。
Synthesis example 3
Trans-1,2-bis [3,6-di (3-tert-butyl-9H-carbazol-9-yl) -9H-carbazol-9-yl] which is a compound represented by the above formula (13) Synthesis of cyclobutane trans-1,2-bis (3,6-dibromo-9H-carbazol-9-yl) cyclobutane 2.09 g (3 mmol), 3-tert-butyl-9H-carbazole 3.48 g (15.6 mmol) Then, 18 ml of dichlorotoluene was added to 3.30 g (24 mmol) of potassium carbonate, 0.03 g (0.47 mmol) of copper powder, and 0.03 g (0.16 mmol) of copper iodide, and the mixture was heated to reflux for 30 hours. The solution was cooled, filtered by adding 30 ml of toluene, and the filter residue was washed with 30 ml of toluene. The filtrate was concentrated, purified by silica gel column chromatography, recrystallized with a mixed solvent of ethyl acetate / chloroform, and the collected crystals were dried to obtain 1.83 g of trans-form represented by the above formula (13). 1,2-bis [3,6-di (3-tert-butyl-9H-carbazol-9-yl) -9H-carbazol-9-yl] cyclobutane was obtained (yield 48.0%).

この化合物の質量スペクトルは、1271(C9282)の分子イオンピークを有しており、構造式と一致した。この化合物の溶解度は、トルエンに対して0.15g/mlであった。 The mass spectrum of this compound had a molecular ion peak of 1271 (C 92 H 82 N 6 ), which was consistent with the structural formula. The solubility of this compound was 0.15 g / ml with respect to toluene.

以下に、本発明の種々の実施例を示し、本発明をより具体的に説明する。   Hereinafter, various examples of the present invention will be shown to describe the present invention more specifically.

実施例1
上記式(4)により表わされる化合物を正孔輸送層に用いて、以下に示すようにしてE L素子を作製した。
Example 1
Using the compound represented by the above formula (4) for the hole transport layer, an EL device was produced as follows.

まず、厚さ0.7mmの青板ガラス板上に、スパッタリング法により厚さ140nmのITO膜を成膜し、陽極とした。このITO膜が形成されたガラス板を水洗及びプラズマ洗浄を施した後、スピンコート法により、ITO膜上に、PEDOT/PSS(Baytron P CH8000)からなる厚さ46nmの第1の正孔輸送層を成膜した。  First, an ITO film having a thickness of 140 nm was formed on a blue glass plate having a thickness of 0.7 mm by a sputtering method to form an anode. The glass plate on which this ITO film was formed was washed with water and plasma, and then a 46 nm thick first hole transport layer made of PEDOT / PSS (Baytron P CH8000) was formed on the ITO film by spin coating. Was deposited.

次に、この第1の正孔輸送層上に、上記式(4)により表わされる正孔輸送材料を2−メチルアニソールに溶解した溶液をスピンコート法により成膜し、厚さ46nmの第2の正孔輸送層を形成した。  Next, a solution in which the hole transport material represented by the above formula (4) is dissolved in 2-methylanisole is formed on the first hole transport layer by spin coating, and a second film having a thickness of 46 nm is formed. The hole transport layer was formed.

次いで、真空中200℃で乾燥した後、第2の 正孔輸送層上に、Alqからなる有機発光層を30nmの厚さに真空蒸着して形成した。この有機発光層上に、LiFを0.5nmの厚さに真空蒸着し、さらにAlを200nmの厚さに蒸着して陰極を形成した。  Subsequently, after drying in vacuum at 200 ° C., an organic light-emitting layer made of Alq was vacuum-deposited to a thickness of 30 nm on the second hole transport layer. On this organic light emitting layer, LiF was vacuum-deposited to a thickness of 0.5 nm, and Al was further evaporated to a thickness of 200 nm to form a cathode.

さらに、得られた構造体の上に絶縁封止層としてG e O を0. 6μ m の厚さにArプラズマアシスト蒸着を行った後、Alを200nmの厚さに蒸着して素子を封止し、有機EL素子を作製した。  Furthermore, G e O is added as an insulating sealing layer on the obtained structure to a thickness of 0. After performing Ar plasma assisted vapor deposition to a thickness of 6 μm, Al was vapor deposited to a thickness of 200 nm to seal the device, thereby producing an organic EL device.

以上のようにして作製した有機EL素子に直流電圧を印加して発光させたところ、3V以上の直流電圧印加時にはAlq発光層からの黄緑色の発光が安定して得られ、10Vの直流電圧印加時には8,690cd/mの最高輝度が得られた。 When the organic EL element manufactured as described above was made to emit light by applying a DC voltage, yellow-green light emission from the Alq light emitting layer was stably obtained when a DC voltage of 3 V or more was applied, and a DC voltage of 10 V was applied. Sometimes a maximum brightness of 8,690 cd / m 2 was obtained.

以上のようにして得られた有機EL素子の輝度―電圧特性を示すグラフを図7の曲線Aに示す。また、EL発光スペクトルを図8の曲線Cに示す。  A graph showing the luminance-voltage characteristics of the organic EL element obtained as described above is shown by a curve A in FIG. Further, the EL emission spectrum is shown by a curve C in FIG.

実施例2
実施例1で用いた上記式(4)により表わされる化合物に代えて、上記式(5)により表わされる化合物を正孔輸送層に用いた以外は、実施例1と同様にして、有機EL素子を作製した。
Example 2
In the same manner as in Example 1, except that the compound represented by the above formula (5) was used in the hole transport layer instead of the compound represented by the above formula (4) used in Example 1, an organic EL device was used. Was made.

作製したEL素子に直流電圧を印加して発光させたところ、4V以上の直流電圧印加時には、Alq発光層からの黄緑色の発光を主とし、式(5)により表わされる化合物からなる第2の正孔輸送層の青色の発光が少し混じった発光が安定に得られた。13Vの直流電圧印加時には3,730c d/m の最高輝度が得られた。 When the produced EL element was made to emit light by applying a DC voltage, when a DC voltage of 4 V or higher was applied, the second light emission composed mainly of yellow-green light from the Alq light emitting layer and composed of the compound represented by the formula (5) Light emission in which the blue light emission of the hole transport layer was mixed a little was stably obtained. When a DC voltage of 13 V was applied, a maximum luminance of 3,730 cd / m 2 was obtained.

この素子の輝度―電圧特性のグラフを図7の曲線Bに示す。また、EL発光スペクトルを図8の曲線Dに示す。  A graph of luminance-voltage characteristics of this element is shown by a curve B in FIG. Further, the EL emission spectrum is shown by a curve D in FIG.

実施例3
実施例1のAlq発光層に代えて、TPBIからなる正孔ブロック電子輸送層を40nmの厚さに真空蒸着した以外は、実施例1と同様にして、EL素子を作製した。このEL素子では、上記式(4)により表わされる化合物層が発光層となる。
Example 3
An EL device was fabricated in the same manner as in Example 1, except that a hole blocking electron transport layer made of TPBI was vacuum-deposited to a thickness of 40 nm instead of the Alq light-emitting layer of Example 1. In this EL element, the compound layer represented by the above formula (4) is a light emitting layer.

作製したEL素子に直流電圧を印加して発光させたところ、4V以上の直流電圧印加時には、式(4)により表わされる化合物からなる発光層からCIE1931色度(0.164,0.082)の青色発光が安定に得られた。11Vの直流電圧印加時には、421cd/mの最高輝度が得られた。また、このEL素子は、100℃の温度でも安定に発光した。 When the produced EL element was made to emit light by applying a DC voltage, when a DC voltage of 4 V or more was applied, the light emitting layer made of the compound represented by the formula (4) had a CIE1931 chromaticity (0.164, 0.082). Blue emission was stably obtained. When a DC voltage of 11 V was applied, the maximum luminance of 421 cd / m 2 was obtained. Further, this EL element emitted light stably even at a temperature of 100 ° C.

この素子の輝度―電圧特性のグラフを図9の曲線aに示す。また、EL発光スペクトルを図10の曲線eに示す。  A graph of luminance-voltage characteristics of this element is shown by a curve a in FIG. An EL emission spectrum is shown by a curve e in FIG.

比較例1
実施例3のTPBIからなる正孔ブロック電子輸送層を除いた以外は、実施例3と同様にしてEL素子を作製した。
Comparative Example 1
An EL device was produced in the same manner as in Example 3 except that the hole block electron transport layer made of TPBI in Example 3 was removed.

作製した有機EL素子に直流電圧を印加して発光させたところ、4V以上の印加時には、式(4)により表わされる化合物からなる発光層からの青色発光が得られた。9V の直流電圧印加時には、5cd/mの最高輝度しか得られなかった。 When the produced organic EL element was made to emit light by applying a direct current voltage, blue light emission was obtained from the light emitting layer made of the compound represented by the formula (4) when 4 V or more was applied. When a DC voltage of 9 V was applied, only a maximum luminance of 5 cd / m 2 was obtained.

この素子の輝度―電圧特性のグラフを図9の曲線cに示す。また、EL発光スペクトルを図10の曲線gに示す。  A graph of luminance-voltage characteristics of this element is shown by a curve c in FIG. Further, the EL emission spectrum is shown by a curve g in FIG.

実施例4
実施例2のAlq発光層に代えて、TPBIからなる正孔ブロック電子輸送層を40nm真空蒸着した以外は、実施例1と同様にしてEL素子を作製した。このEL素子では、式(5)により表わされる化合物の層が発光層となる。
Example 4
An EL device was produced in the same manner as in Example 1 except that a hole blocking electron transport layer made of TPBI was vacuum-deposited by 40 nm instead of the Alq light-emitting layer of Example 2. In this EL device, the layer of the compound represented by the formula (5) is a light emitting layer.

作製した有機EL素子に直流電圧を印加して発光させたところ、4V以上の印加時には、式(5)より表わされる化合物からなる発光層からのCIE1931色度(0.176,0.128)の青色発光が安定に得られた。13Vの直流電圧印加時には、634cd/mの最高輝度が得られた。また、100℃の温度でも安定に発光した。 When the produced organic EL element was made to emit light by applying a direct current voltage, the CIE1931 chromaticity (0.176, 0.128) from the light emitting layer made of the compound represented by the formula (5) was applied when 4 V or more was applied. Blue emission was stably obtained. When a DC voltage of 13 V was applied, the maximum luminance of 634 cd / m 2 was obtained. Moreover, it emitted light stably even at a temperature of 100 ° C.

このEL素子の輝度−電圧特性のグラフを図9の曲線bに示す。また、EL発光スペクトルを図10の曲線fに示す。  A graph of luminance-voltage characteristics of this EL element is shown in a curve b in FIG. An EL emission spectrum is shown by a curve f in FIG.

比較例2
実施例4のTPBIからなる正孔ブロック電子輸送層を除いた以外は、実施例4と同様にしてEL素子を作製した。
Comparative Example 2
An EL device was produced in the same manner as in Example 4 except that the hole block electron transport layer made of TPBI of Example 4 was removed.

作製した有機EL素子に直流電圧を印加して発光させたところ、4V以上の印加時には、式(5)により表わされる化合物からなる発光層からの青色発光が得られた。10Vの直流電圧印加時には、177cd/mの最高輝度が得られた。 When the produced organic EL element was made to emit light by applying a DC voltage, blue light emission from the light emitting layer made of the compound represented by the formula (5) was obtained when a voltage of 4 V or more was applied. When a DC voltage of 10 V was applied, the maximum luminance of 177 cd / m 2 was obtained.

式(5)により表わされる化合物は電子輸送性基を有するため、発光層中に電子が注入されやすく、比較例1の素子より高輝度が得られたが、TPBIからなる正孔ブロック電子輸送層を有する実施例4の素子よりは輝度が低かった。  Since the compound represented by the formula (5) has an electron transporting group, electrons are easily injected into the light emitting layer, and higher brightness was obtained than the element of Comparative Example 1, but a hole blocking electron transport layer made of TPBI. The luminance was lower than that of the device of Example 4 having

このEL素子の輝度−電圧特性のグラフを図9の曲線dに示す。また、EL発光スペクトルを図10の曲線hに示す。  A graph of luminance-voltage characteristics of this EL element is shown by a curve d in FIG. An EL emission spectrum is shown by a curve h in FIG.

実施例5
上記式(13) に示す化合物を正孔輸送層に用いて、以下に示すようにしてE L 素子を作製した。
Example 5
Using the compound represented by the above formula (13) for the hole transport layer, an EL device was produced as follows.

まず、厚さ0.7mm の青板ガラス板上に、スパッタリング法により成膜された厚さ140nmのITO膜を陽極として用いた。このITO膜が形成されたガラス板を水洗及びプラズマ洗浄を施した後、スピンコート法により、ITO膜上に、PEDOT/PSS(Baytron P CH8000)からなる厚さ46nmの第1の 正孔輸送層を成膜し、空気中130℃で乾燥した。  First, an ITO film having a thickness of 140 nm formed by sputtering on a blue plate glass plate having a thickness of 0.7 mm was used as an anode. The glass plate on which the ITO film is formed is washed with water and plasma, and then a first hole transport layer having a thickness of 46 nm made of PEDOT / PSS (Baytron P CH8000) is formed on the ITO film by spin coating. Was formed and dried at 130 ° C. in air.

次に、この第1の 正孔輸送層上に、式(13)により表わされる材料を用いて、1,2−ジクロロエタン溶液からスピンコート法により厚さ68nmの発光層を成膜し、空気中130℃で乾燥した。次に、TPBIからなる正孔ブロック電子輸送層を40nmの厚さに真空蒸着した。  Next, a light emitting layer having a thickness of 68 nm is formed on the first hole transport layer by spin coating from a 1,2-dichloroethane solution using the material represented by the formula (13). Dry at 130 ° C. Next, a hole blocking electron transport layer made of TPBI was vacuum deposited to a thickness of 40 nm.

次に、電子注入性の向上のため、LiFを0.5nmの厚さに真空蒸着し、さらにA l を200nmの厚さに蒸着して陰極を形成した。  Next, in order to improve the electron injection property, LiF was vacuum-deposited to a thickness of 0.5 nm, and A 1 was further deposited to a thickness of 200 nm to form a cathode.

さらに、素子上に絶縁封止層としてGeOを0.6μmの厚さにArプラズマアシスト蒸着した後、Alを200nmの厚さに蒸着し、封止して、E L 素子を作製した。  Further, Ge plasma was deposited on the device as an insulating sealing layer by Ar plasma assisted deposition to a thickness of 0.6 μm, and then Al was deposited to a thickness of 200 nm and sealed to prepare an EL device.

作製した有機EL素子に直流電圧を印加して発光させたところ、4V以上の直流電圧印加時には、式(13)により表される化合物からなる発光層から、紫外から青色の発光が得られ、14Vの直流電圧印加時には355cd/mの輝度が得られた。6VにおけるCIE1931色度は(0.17、0.10)であった。 When the produced organic EL device was made to emit light by applying a DC voltage, when a DC voltage of 4 V or higher was applied, ultraviolet to blue light emission was obtained from the light emitting layer made of the compound represented by the formula (13), and 14 V A luminance of 355 cd / m 2 was obtained when a DC voltage was applied. The CIE 1931 chromaticity at 6V was (0.17, 0.10).

この素子の輝度―電圧特性のグラフを図11の曲線Eに示す。EL発光スペクトルを図12の曲線eに示す。  A graph of luminance-voltage characteristics of this element is shown by a curve E in FIG. The EL emission spectrum is shown by curve e in FIG.

実施例6
実施例5の発光層に代えて2−ターシャリーブチル−9,10−ジ(2−ナフチル)アントラセン(以下、TBDNAと略す)を8wt%混合しドープした、式(13)に示す材料を用いて、1,2−ジクロロエタン溶液からスピンコート法により厚さ68nmの発光層を成膜した以外は、実施例5と同様にして、EL素子を作製した。
Example 6
Instead of the light emitting layer of Example 5, a material represented by the formula (13) doped with 8 wt% of 2-tertiarybutyl-9,10-di (2-naphthyl) anthracene (hereinafter abbreviated as TBDNA) was used. Then, an EL device was produced in the same manner as in Example 5 except that a light emitting layer having a thickness of 68 nm was formed from a 1,2-dichloroethane solution by spin coating.

作製した有機EL素子に直流電圧を印加して発光させたところ、4V以上の直流電圧印加時には、TBDNAからの青色発光が得られ、15Vの直流電圧印加時には898cd/mの輝度が得られた。6VにおけるCIE1931色度は(0.15、0.09)であった。 When the produced organic EL device was made to emit light by applying a DC voltage, blue light emission from TBDNA was obtained when a DC voltage of 4 V or more was applied, and a luminance of 898 cd / m 2 was obtained when a DC voltage of 15 V was applied. . The CIE 1931 chromaticity at 6V was (0.15, 0.09).

この素子の輝度―電圧特性のグラフを図11の曲線Fに示す。EL発光スペクトルを図12の曲線fに示す。  A graph of luminance-voltage characteristics of this element is shown by a curve F in FIG. The EL emission spectrum is shown by the curve f in FIG.

本発明のEL素子は、キャリア輸送層および/または発光層に、高濃度に溶解可能な低分子系インクを用いているため、適当な塗布法および印刷法により、低コスト、大面積、高信頼性、低環境負荷の有機EL素子およびカラーディスプレイを製造することが可能である。  Since the EL element of the present invention uses a low molecular weight ink that can be dissolved at a high concentration in the carrier transport layer and / or the light emitting layer, it can be produced at low cost, large area, and high reliability by an appropriate coating method and printing method. It is possible to manufacture organic EL elements and color displays with low environmental impact.

本発明の一実施形態に係るEL素子の断面図である。It is sectional drawing of the EL element which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るEL素子の断面図である。It is sectional drawing of the EL element which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るEL素子に用いられる式(4)により表わされる化合物のKBr法で測定したFT−IRスペクトルである。It is a FT-IR spectrum measured by KBr method of the compound represented by Formula (4) used for the EL element which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るEL素子に用いられる式(4)により表わされる化合物の蛍光励起スペクトルおよび蛍光スペクトルである。It is a fluorescence excitation spectrum and a fluorescence spectrum of the compound represented by Formula (4) used for the EL element which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るEL素子に用いられる式(5)により表わされる化合物のKBr法で測定したFT−IRスペクトルである。It is a FT-IR spectrum measured by the KBr method of the compound represented by Formula (5) used for the EL element which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るEL素子に用いられる式(5)により表わされる化合物の蛍光励起スペクトルおよび蛍光スペクトルである。It is a fluorescence excitation spectrum and a fluorescence spectrum of the compound represented by Formula (5) used for the EL element which concerns on one Embodiment of this invention. 実施例1および2におけるEL素子の電圧−輝度特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the voltage-luminance characteristic of the EL element in Example 1 and 2. 実施例1および2におけるEL素子のELスペクトルを示す特性図である。It is a characteristic view which shows the EL spectrum of the EL element in Example 1 and 2. 実施例3および4、比較例1および2におけるEL素子の電圧−輝度特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the voltage-luminance characteristic of the EL element in Examples 3 and 4 and Comparative Examples 1 and 2. 実施例3および4、比較例1および2におけるEL素子のELスペクトルを示す特性図であるIt is a characteristic view which shows the EL spectrum of the EL element in Examples 3 and 4 and Comparative Examples 1 and 2. 実施例5および6におけるEL素子の電圧−輝度特性を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the voltage-luminance characteristic of the EL element in Example 5 and 6. 実施例5および6におけるEL素子のELスペクトルを示す特性図である。It is a characteristic view which shows the EL spectrum of the EL element in Example 5 and 6.

符号の説明Explanation of symbols

1・・・基板、2・・・陽極、3・・・正孔輸送層、4・・・発光層、5・・・正孔ブロック電子輸送層、6・・・陰極、7・・・陰極取り出し電極、8・・・電源、9,10・・・配線。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Substrate, 2 ... Anode, 3 ... Hole transport layer, 4 ... Light emitting layer, 5 ... Hole block electron transport layer, 6 ... Cathode, 7 ... Cathode Extraction electrode, 8... Power source, 9, 10.

Claims (4)

対向する電極間に有機キャリア輸送層および/または有機発光層を備える有機EL素子において、前記有機キャリア輸送層および有機発光層の少なくともいずれか1層は、トランス−1,2−ビス(9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタン構造を有する下記式(1)で表わされ、1271.7以上1864.3以下の分子量を有し、かつスピンコート成膜可能な材料を用いて塗布または印刷により形成した有機層を備えることを特徴とする有機EL素子。
Figure 0004802671
R 1 、R 2 はそれぞれ独立に炭素数4以下のアルキル基または水素で、R 1 、R 2 が同時に水素にならない。R 3 は炭素数4以下のアルキル基である。
A 1 、A 2 はそれぞれ独立に炭素数6から12の芳香族6員環を含む単環または縮合環から誘導された置換基である。)
In an organic EL device including an organic carrier transport layer and / or an organic light emitting layer between opposed electrodes, at least one of the organic carrier transport layer and the organic light emitting layer is trans-1,2-bis (9H-carbazole). It was formed by coating or printing using a material having a molecular weight of 1271.7 or more and 1864.3 or less and having a molecular weight of 1271.7 to 1864.3 , which is represented by the following formula (1) having a -9-yl) cyclobutane structure . An organic EL element comprising an organic layer.
Figure 0004802671
R 1 and R 2 are each independently an alkyl group having 4 or less carbon atoms or hydrogen, and R 1 and R 2 do not simultaneously become hydrogen. R 3 is an alkyl group having 4 or less carbon atoms.
A 1 and A 2 are each independently a substituent derived from a monocyclic or condensed ring containing a 6- to 12-carbon aromatic 6-membered ring. )
トランス−1,2−ビス(9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタン構造を有する前記式(1)で表わされ、1271.7以上1864.3以下の分子量を有する化合物を含む正孔輸送層を備えることを特徴とする請求項1に記載の有機EL素子。 Represented by the formula has a trans-1,2-bis (9H-carbazol-9-yl) cyclobutane structure (1), a hole transport layer comprising a compound having a molecular weight of 1271.7 or 1864.3 less The organic EL device according to claim 1, wherein the organic EL device is provided. トランス−1,2−ビス(9H−カルバゾール−9−イル)シクロブタン構造を有する前記式(1)で表わされ、1271.7以上1864.3以下の分子量を有する化合物を含む発光層を備えることを特徴とする請求項1に記載の有機EL素子。 A light emitting layer comprising a compound represented by the formula (1) having a trans-1,2-bis (9H-carbazol-9-yl) cyclobutane structure and having a molecular weight of 1271.7 or more and 1864.3 or less is provided. The organic EL element according to claim 1. 前記式(1)で表わされ、1271.7以上1864.3以下の分子量を有する化合物を含むキャリア輸送層および/または有機発光層と、前記陰極との間に、正孔ブロック電子輸送層が介在していることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の有機EL素子。 A hole-blocking electron transport layer is provided between the carrier transport layer and / or the organic light emitting layer containing the compound represented by the formula (1) and having a molecular weight of 1271.7 or more and 1864.3 or less and the cathode. The organic EL element according to claim 1 , wherein the organic EL element is interposed.
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