TWI354011B - Carbazole derivative, organic semiconductor elemen - Google Patents

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TWI354011B
TWI354011B TW093112679A TW93112679A TWI354011B TW I354011 B TWI354011 B TW I354011B TW 093112679 A TW093112679 A TW 093112679A TW 93112679 A TW93112679 A TW 93112679A TW I354011 B TWI354011 B TW I354011B
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Satoshi Seo
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Semiconductor Energy Lab
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Description

1354011 (1) 玖、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明有關屬於樹枝狀聚合物(dendrimer 的咔唑衍生物,使用前述咔唑衍生物的有機半導 發光元件以及電子機器。 【先前技術】 有機化合物在材料系方面較無機化學者爲多 具有因所適合的分子設計而能合成具有種種功能 可能性。又,亦有膜等之形成物之柔軟性良好, 高分子化則在加工性方面亦優異的特徵。由於此 近年來,對使用功能性有機材料的光電電子學( )或電子學(electronics)方面受矚目。 例如,以有機半導體材料作爲功能性有機材 光電電子學裝置之例而言,可例舉:太陽電池或 (亦稱爲有機電致發光元件)。此等元件係利用 體材料之電氣物性(載波傳輸)及光物性(光吸 )的裝置,其中特別是發光元件獲有驚人的發展 發光元件,係於一對電極(陽極與陰極)間 發光物質的層所成,而其發光機構可能係施加電 極間時由於從陽極所注入的電洞(hole ),與從 入的電子在含有發光物質的層中再結合之故,在 物質的層中之發光中心再結合以形成分子激發子 分子激發子返回基態(ground state )時釋放能 )化合物 體元件、 樣化,並 的材料的 且如使其 等優點, photonics 料使用的 發光元件 有機半導 收或發光 〇 夾介含有 壓於兩電 陰極所注 含有發光 ,並當其 量而發光 (2) (2)1354011 者。另外,一般激發狀態周知有單一態激發及三態激發, 而認爲不管經過任何一種激發狀態均能發光。 含有發光物質的層,可僅由發光性材料所成發光層的 單層構造之情形,亦可爲不僅發光層而層合形成有由複數 種功能性材料所成電洞注入層、電洞傳輸層、電洞阻擋層 、電子傳輸層、電子注入層等的情形。另外,發光層中, 如在主(host )材料中摻雜客(gUest )材料,則能適當改 變發光之色調。又’視主材料與客材料之組合情況,會具 有改善發光之亮度及耐用壽命的可能性。 用爲含有發光物質的層的材料,一般採用具有種種構 造及功能的許多材料,其中具有光電導性優異的昨哩骨架 的材料而言,周知有CBP (4,4 -二(N -咔哩)聯苯)或 PVK (聚乙烯基咔唑)等。 屬於低分子系材料的CBP,主要係依沈積法所成膜,. 而在發光層中’多用爲具有電洞傳輸性的主材料(例如, 參考專利文獻1。)。 (專利文獻1)曰本專利特開平2001-244077號公報 然而’此種材料具有熱物性値高(亦即耐熱性佳)的 特徵的反面’具有當形成膜時難於維持非晶性狀態且容易 結晶化的缺點。 另一方面,屬於高分子系材料的PVK,主要係以塗佈 法(包含旋塗(spin coating)法)或依噴墨(ink jet coating)法等之濕式法所成膜,並與cBP同樣,多用爲發 光層中的主材料(例如,參考專利文獻2。)。 (3) (3)1354011 (專利文獻2 )日本專利特開200 1 -25 7076號公報 高分子系材料’如係用爲發光層中的主材料時雖具有 較低分子系材料爲優於亮度特性(亦即最高亮度爲數萬 cd/m2 )的特徵的反面,有成膜方法會受限制之外,尙會 有耐熱性差、可靠度亦低的缺點。 如此’由於具有咔唑骨架的低分子系材料及高分子系 材料分別具有如上述的缺點之故,如欲進一步改善發光元 件之元件特性時,需要能克服此等缺點方面的材料之開發 〇 於是,本發明之目的在於提供一種具有優異的耐熱性 ,且在成膜時難於結晶化的咔唑衍生物。又,以藉由上述 咔唑衍生物之使用而製作有機半導體元件及發光元件,以 期達成有機半導體元件及發光元件之耐用壽命長期化爲目 的。 【發明內容】 本發明之溝成,係提供一種新穎的咔唑衍生物者。在 此,本發明之咔唑衍生物,係具有如下述一般式(])所 示構造者。 (4) 1354011 (GO): (G1): (G2): (G3): I I I I I (Gn):
…⑴
(式中,表示I爲一般式(2)所表示的核心咔唑(G。 ),乙爲一般式(3)所表示的內部分枝咔唑(G^Gn) ,E爲一般式(4)所表示的端咔唑(Gn) ,η爲表示樹枝 狀聚合物之世代數的整數,Χι爲氫、鹵素、氰基、烷基( 但,碳數爲1至20)、鹵代烷基(但,碳數爲1至20)、烷 氧基(但,碳數爲1至20)、取代或無取代之芳基、取代 或無取代之雜環殘基、(Gim)·,)(但,之 2 X3 爲與(G(n-m))之 X4 共價結合(covalend bonding )’ Ri至Rs爲分別獨立的氫、鹵素 '氰基、院基(但,碳 馬1至20)、醯基(但’碳數爲1至20)、鹵代烷基(但 芳碳數爲1至2〇)、二烷基胺基(但,碳數爲1至2〇)、二 _胺基(但’碳數爲1至2〇)、烷氧基(但,碳數爲1至 】0 ) ' φ代或無取代之雜環殘基。) -10- (5) 1354011
式(5 )所表 又,本發明之咔唑衍生物,係具有一般 不的構造者。
(5) ,基、院基( 1至20)、烷 .氧基、取代 (式中,表示l<k<8,X2爲氫、鹵素、辜 但,碳數爲1至20)、鹵化烷基(但,碳數爲 氧基(但,碳數爲1至20 )、取代或無取代二 或無取代之雜環殘基。) -11 - (6) 1354011 又,本發明之咔唑衍生物,係具有一般式(6)所表 不的構造者。
(式中,表示l<k<8,R9爲分別獨立的氫、鹵素、氰 基、烷基(但,碳數爲1至20 )、醯基(但,碳數爲1至20 )、鹵代烷基(但,碳數爲1至2 0 )、二烷基胺基(但, 碳數爲1至20)、二芳基胺基(但,碳數爲1至20)、烷氧 基(但,碳數爲1至10)、取代或無取代之芳基、取代或 無取代之雜環殘基、X3爲氫基、鹵素、氰基、烷基(但, 碳數爲1至20)、鹵代烷基(但,碳數爲1至20)、烷氧基 (但,碳數爲1至20)、取代或無取代之芳基、取代或無 取代之雜環殘基。) 又,本發明之咔唑衍生物,係具有一般式(7)所表 不的構造者。
-12- (8) 1354011
苯并咪唑基 苯并噚硫唑基 苯并噚唑基 三唑基
苯并噻哩基菲繞啉基 奎寧基 奎寧酚基 (phenanthroly) (quinolyl) (quinolinolyl)
故菁基(phthalocyanyl) (8) 又’本發明中含有一種有機半導體元件之構成,其特 徵爲:將上述的咔唑衍生物用於有機半導體元件之活性層 〇 再者,本發明中含有一種發光元件之構成,其特徵爲 :具有含有上述的咔唑衍生物的發光層。另外,由於本發 -14- (9) 1354011 明之咔唑衍生物具有寬濶的能量隙(energy gap)的特徵 之故,亦可作爲主材料使用而與其他客材料一起形成發光 層。 上述構成中,本發明之咔唑衍生物,係當將需要具有 寬濶的能量隙的主材料的磷光性物質作爲客材料使用時爲 特佳者。又本發明之咔唑衍生物,亦可用爲客材料。 又’由於本發明之咔唑衍生物係電洞傳輸性優異的材 料之故,亦可將前述咔唑衍生物用爲發光元件之電洞傳輸 性材料。 〔實施本發明之最佳形態〕 (實施形態1 ) 本發明之咔唑衍生物,係具有上述一般式(1)至(7 )所表示的構造者。 例如,一般式(1 )中,第1世代(G,)之咔唑衍生物 而言’可例舉:以構造式(9)所表示的構造。具體上, 具有對一般式(2)所表示的核心咔唑(I)之CA、CB,一 般式(4)所表示的端咔唑(E)之NA分別共價結合,而 核心咔唑之X,爲碳數2之烷基(乙基),R!至心爲氫的構 造。 H2C,CH3
-15- (10) 1354011 又’—般式(1 )中,第2世代(G2 )之咔唑衍生物而 H ’可例舉:以構造式(10)所表示的構造。具體上,具 有對—般式(2)所表示的核心咔唑(I)之GA、CB,一般 β ( 3 )所表示的內部分枝咔唑(z )之Na分別共價結合 ’並對內部分技咔唑之CA、CB,一般式(4)所表示的端 (E)之Na分別共價結合,而核心咔唑之X,爲碳數2 之院基(乙基),R^R8爲氫的構造。 H2crCH3 Μ
I 再者,一般式(1)中,第3世代(G3)之咔唑衍生物 而言’可例舉:以構造式(11)所表示的構造。具體而言 ’具有對一般式(2)所表示的核心咔唑(〗)之cA、cB, 一般式(3)所表示的內部分枝咔唑(z)之…將分別共 價結合’並對內部分枝咔唑之CA、CB,別的內部分枝咔 唑(Z,)之Na將分別共價結合,且對內部分枝咔唑(z,)2Ca 、CB ’ 一般式(4)所表示的端咔唑(e)之na將分別共價結 合’而核心昨嗤之X,爲碳數2之烷基(乙基),R,至118爲 氫的構造。 -16- (11) 1354011
如此方式增加世代,即可形成咔唑骨架按樹狀相連的 春 樹枝狀聚合物構造之昨哩衍生物。另外,具有本發明之樹 枝狀聚合物構造的咔唑衍生物中,在一般式(1)所表示 的構造之中’亦包含於某世代以後之一部分中不存在內部 分枝咔唑(Z)及端咔唑(E),或不存在端咔唑(E)之 亦即在一部分中具有缺陷構造的樹枝狀聚合物在內。 再者’本發明中所形成的咔唑衍生物而言,如適當改 變一般式(2)至(4)中的1^至r8之構造,即可形成構造 式(1 2 )至(1 8 )所表示的咔唑衍生物。 φ h2ctch3 « K!
• 17- (12)1354011
-18- 1354011
又,包含一般式(5)至(7)所表示的複數個第1世 代(G,)的咔唑衍生物而言,可例舉:以構造式(1 9 )所 表示的構造。具體上,具有對一般式(2)所表示的核心 咔唑(I)之CA、CB,一般式(3)所表示的內部分枝咔唑 (Z )之NA分別共價結合,並對內部分枝咔唑之CA、CB, 一般式(4)所表示的端咔唑(E)之Na分別共價結合, 而核心咔唑之Χ2爲聯苯基,1^至R8爲氫,並k = 2時的構造
19- (14) 1354011 再者,本發明之咔唑衍生物,如將一般式(2)至(4 )中的1^至118,以及前述一般式(6)中之R9之構造適當 改變爲構造式(8)所表示的雜環殘基之中的任一,即可 形成構造式(20 )至(32 )所表示的咔唑衍生物。
• · · (20)
-20- (15)1354011
苯并噚唑基 h2ctch3 ΚΙ
• . (23) • · · (24) 苯并噻唑基 H2C,CH3 I Μ
-21 - .· (25) (16)1354011
-22- (17)1354011
-23- (18)1354011
(32) 在此,構造β (8)所表示的構造,係可用於本發明 的雜環殘基之具體性一例,而雜環殘基可使用咪唑基 '噚 硫唑基'噚唑基、三唑基'噻唑基、菲繞啉基等。 由於本發明之咔唑衍生物,具有咔唑骨架按樹狀相連 的樹枝狀聚合物構造之故,分子量大而形成立體構造。因 此,耐熱性良好而具有不易結晶化(亦即,成膜性良好) 的缺點。 (實施形態2 ) 本發明可使用實施形態1所表示的咔唑衍生物以形成 有機半導體元件。另外’在有機半導體元件之中,形成活 性層的膜之平坦性對元件之特性容易產生影響的縱型電晶 體(SIT)中,如使用具有優異的耐熱性且在成膜時不易 結晶化的本發明之咔唑衍生物,則在達成有機半導體元件 之耐用壽命延長上有用。 -24- (19) (19)1354011 (實施形態3 ) 再者,本發明中,可使用實施形態1所表示的咔唑衍 生物以形成發光元件。 在此,本發明中的發光元件之元件構成,基本上’係 在一對電極(陽極及陰極)間夾持有含有包括上述咔唑衍 生物的發光物質的層(適當組合電洞注入層、電洞傳輸層 、發光層、電洞阻止層(hole blocking層)、電子傳輸 層、電子注入層等所構成者)的構成,而例如在具有陽極 /電洞注入層/發光層/電子傳輸層/陰極、陽極/電洞注入層/ 電洞傳輸層/發光層/電子傳輸層/陰極、陽極/電洞注入層/ 電洞傳輸層/發光層/電子傳輸層/電子注入層/陰極、陽極/ 電洞注入層/電洞傳輸層/發光層/電洞阻止層/電子傳輸層/ 電子注入層/陰極等之構成的發光元件中,可於發光層或 電洞傳輸層中使用前述咔唑衍生物。 又,本發明之發光元件,較佳爲由基板所支持者,對 該基板則並無特別限制,而可使用用爲在來之發光元件者 ’例如’可使用由玻璃 '石英、透明塑膠等所成者。又, 本發明之發光元件之陽極材料而言,較佳爲使用功函數( work function)大的(功函數4_0eV以上)金屬' 合金、 電氣傳導性化合物,以及此等混合物。在此,陽極材料之 具體例而言,可使用:除I τ 0 (錫銦氧化物)、氧化銦中 混合有2至20[%]之氧化鋅(Zno )的IZ0 (銦鋅氧化物) 之外,尙可使用金(Au)、白金(pt)、鎳(Ni)、鎢( W)、鉻(Cr)、鉬(Mo)、鐵(Fe)、鈷(Co)、銅 -25- (20) (20)1354011 (Cu )、鈀(Pd )、或金屬材料之氮化物(TiN (氮化鈦 ))« 另一方面,陰極材料而言,較佳爲使用功函數小(工 作函數3.8eV以下)的金屬、合金、電氣傳導性化合物, 以及此等混合物。在此,陰極材料之具體例而言,可使用 :屬於元素周期表之1族或2族的元素,亦即,除可使用Li (鋰)或Cs (鉋)等之鹼金屬,以及Mg (鎂)、Ca (鈣 )'Sr (緦)等之鹼土類金屬,以及含有此等金屬的合金 (Mg: Ag、Al: Li)或化合物(LiF (氟化鋰)' CsF (氟 化緦)、CaF2 (氟化鈣)之外,尙可使用含有稀土類金屬 的過渡金屬,惟亦可使用層合有A1 (鋁)、Ag (銀)、 ITO等之金屬(包含合金)。 另外,上述的陽極材料及陰極材料,可藉由沈積法、 濺鍍(sputterin )法等而形成薄膜以形成各陽極及陰極。 膜厚較佳爲作成10至500nm。 又’本發明之發光元件中,因含有發光物質的層中的 載體之再結合所產生的光,將成爲從陽極或陰極之一方或 雙方射出的構成。又,如從陽極射出光線時,使用透光性 之材料形成陽極,如從陰極側射出光線時,則使用透光性 之材料形成陰極。 又’含有發光物質之層可使用周知之材料,亦可使用 低分子系材料及高分子系材料之任一。另外,形成含有發 光物質的層之材料方面,不只僅由有機化合物材料所成者 ’亦可包括在一部分中含有無機化合物的構成。 -26- (21) (21)1354011 在此,含有發光物質的層,係可組合:由電洞注入性 材料所成的電洞注入層,由電洞傳輸性材料所成的電洞傳 輸層,由發光性材料所成的發光層,由電洞阻擋性材料所 成的電洞阻擋層(hole blocking層),由電子傳輸性材料 所成旳電子傳輸層,由電子注入性材料所成的電子注入層 等並加以層合而形成。 本發明中,如將咔唑衍生物用爲發光層時,亦可於一 對電極間所形成之含有發光物質的層中組合發光層以外之 層並層合形成,以形成發光元件。另外,此時含有發光物 質的層,可作成除發光層之外,尙可將電洞注入層、電洞 傳輸層、電洞阻止層、電子傳輸層、或者電子注入層等視 需要加以組合並層合的構成。在此情形所用之具體性材料 係如下所述。 電洞注入性材料而言,祗要是有機化合物,卟啉系之 化合物爲有效’而可使用酚菁(以下,簡記H2-Pc )、銅 酞菁(以下’簡記Cu-Pc )等。又,亦有對電導性高分子 化合物施加化學摻雜(doping)的材料,亦可使用將聚苯 乙烯磺酸(以下’簡記PSS)摻雜的聚乙烯基二羥基噻吩 (以下,簡記PED0T)等。 又’電洞傳輸性材料而言,芳族胺(亦即,具有苯 環一氮之結合者)之化合物很合適。廣泛被採用的材料而 言,可例舉:除N,N,-雙(3 -甲苯基)_N,N,-二苯基 ,1 聯苯基]-4,4,-二胺(以下,簡記TPD )之外,尙有 屬於其衍生物的4,4,-雙[N_ (卜萘基)_.苯基.胺基]-聯 -27- (22) (22)1354011 苯(以下,簡記α-NPD) ’或4’ 4,’ 4” -參(N -咔唑基 )-三苯基胺(以下,簡記TCTA ) ,4,4’ ’ 4”-參(N ’ N-二苯基-胺基)-三苯基胺(以下,簡記TDATA ) ,4, 4’,4”-參[N- ( 3 -甲苯基)-N-苯基-胺基]-三苯基胺(以 下,簡記MTDATA)等之星炸(star-burst)型芳族胺化合 物。 電子傳輸性材料而言,參(8-奎寧鎗)鋁(以下,簡 記Alq3)、參(4 -甲基-8-奎寧鐺)鋁(以下,簡記Almq3 ) '雙(10-羥基苯并[h[-奎寧鎰]銨(以下,簡記BeBq2 ) 等之具有奎寧骨架或苯并奎寧骨架的金屬錯合物,或屬於 混合配位子錯合物(mixed ligand complex)的雙(2 -甲 基-8-奎寧鏺)-(4·羥基·聯苯基)-鋁(以下,簡記BAlq )等很合適。又,亦有具有雙[2- ( 2-羥基苯基)·苯并哼 唑鎰]鋅(以下,簡記Zn ( BOX) 2 )、雙[2· ( 2-羥基苯基 )-苯并噻唑鑰]鋅(以下,簡記Zn ( BTZ ) 2 )、參(2-( 2 ’ -羥基苯基)· 1 -苯基-1 H-苯并咪唑鎗)鋁(以下,簡記 Al(PBI) 3)等之Df唑系、噻唑系、苯并咪唑配位子的金 屬錯合物。 再者,除金屬錯合物以外,尙可使用:如2- ( 4-聯苯 基)-5-(4 -第三丁基苯基)-1,3,4 -哼二唑(以下,簡 記PBD) 、1,3-雙[5-(對第三丁基苯基)-1,3,4-曙二 唑-2-基]苯(以下,簡記OXD-7 )等之哼二唑衍生物,如 3- (4 -第二丁基苯基)-4 -苯基-5- (4 -聯本基)-1’ 2’ 4-三唑(以下,簡記P-EtTAZ )等之三唑衍生物,如鹼性菲 -28- (23) (23)1354011 略啉(basophenanthroline)(以下,簡記 Bphen)、驗性 去甲基奎寧(ba so cupreine)(以下,簡記BCP)等之菲 咯啉衍生物’如2,25,2”-(1,3,5-苯三基)-參(1-苯 基-1H-苯并咪唑(以下,簡記TPBI ) 、1,3,5·參(4, 4’,4”(丨-苯基-1H-苯并咪唑基)·苯唑基)-苯(以下, 簡記TPBIBB) 、N-苯基-2,4,5,7-肆(1-苯基·1Η-苯并 咪唑(以下,簡記PBIC)等之苯并咪唑衍生物。 又,電洞阻擋性材料而言,可使用上述的BAlq、 OXD-7 ' TAZ、P-EtTAZ、Bphen、BCP 等。 另外,亦可將咔唑衍生物作爲發光層之主材料,或客 材料使用。 將咔唑衍生物作爲發光層之主材料時之客材料而言, 除可使用曈吖陡酮(quinacridone)、二乙基吖D定酮( D E Q )、四甲(rubrene)、花(perylene) 、DPT、 Co-6 ' PMDFB、BTX' ABTX、DCM、DCJT之外,尙可使用參 (2-苯基吡啶)銥(以下,簡記爲Ir ( ppy ) 3 ) 、2,3,7 ,8,12,13,17,18 -八乙基- 21H,23H -卩卜啉-白金(以 下,簡記爲PtOEP)等之三態發光材料(磷光材料)。 又,將咔唑衍生物作爲發光層之客材料時之主材料而 言,可使用 TPD、a -NPD、TCTA、PBD、OXD-7、BCP 等 〇 再者,在本發明中’如將咔唑衍生物用爲電洞傳輸層 時,含有發光物質之層’可將至少在陽極側所形成的含有 昨哩衍生物的電洞傳輸層、發光層、在陰極所形成的電子 -29- (24) (24)1354011 傳輸層加以層合並形成而製得。另外,在此情形,用爲發 光層的發光性材料而言,除Alq3' Almq3、BeBq2、BAlq 、Zii(BOX) 2、Zn(BTZ) 2等之金屬錯合物之外,尙各 種螢光色素爲有效。 如上所述,如使用耐熱性或電洞傳輸性優異,且具有 在成膜時難於結晶化等之材料特性的本發明之咔唑衍生物 以形成發光電子,即可降低發光元件驅動電壓以達成耐用 壽命長期化。 【實施方式】 [實施例1] 以下,就本發明之咔唑衍生物之合成例,以及實施例 加於說明,惟本發明並不因此等例子而受限定。 (合成例1 ) (N-乙基-3,6-二(N-咔唑基)咔唑之合成法) 將N-乙基-3,6-溴代咔唑(3.53g,10 毫莫耳),咔 唑(3.51g,21毫莫耳),第三丁醇鈉(2.88g,30毫莫 耳)之甲苯懸濁液加以冷凍脫氣。在氬、氮等之惰性氣體 氣氛下,添加雙(二伸苄基丙酮)鈀(〇 ) ( Pd ( bda ) 2 )0.228(0.4毫莫耳),三第三丁基膦10%己烷溶液1.2g (0.6毫莫耳),在80 °C下攪拌6小時。加水後,添加 二乙醚並攪拌。將析出物加以減壓過濾,並在減壓下乾燥 濾渣。使用乙酸乙酯與氯仿混合溶劑實施所得固體之再結 -30- (26) (26)1354011 ,在薄膜之情形,對激發波長( 345nm)獲得在413nm具 有最大峰値的螢光光譜,而在溶液之情形,則對激發波長 ( 295nm)獲得在4〇7nm具有最大峰値的螢光光譜(如第8 圖)。 又,N -乙基-3,6 -二(N -咔唑基)咔唑之薄膜,以及 溶液(溶劑:二氯甲烷)實施紫外·可視領域吸收光譜之 測定的結果,在薄膜之情形,在344nm獲得最大吸收波長 ,而在溶液之情形,在342獲得最大吸收波長(如第9圖) 〇 本實施例,係將本發明之咔唑衍生物用爲含有發光物 質的層之一部分以製作發光元件的情形,具體上,使用第 1圖就將本發明之咔唑衍生物作爲含有發光物質的層之發 光層之主材料使用時的元件構造加以說明。 首先,於基板1〇〇上形成發光元件之第1電極101。在 此,本實施例中,第1電極1 〇 1係作爲陽極發揮功能。作爲 材料而使用本身爲透明電導膜的ITO膜,依濺鍍法形成 ll〇nm之膜厚。 其次,於第1電極(陽極)101上形成含有發光物質的 層102»在此,本實施例中含有發光物質的層102,具有由 :電洞注入層111、電洞傳輸層112、發光層113、電洞阻 擋層114、電子傳輸層η 5所成的層合構造。 將形成有第1電極101的基板按將形成有第1電極1〇1的 面作成下方之方式固定於市售之真空沈積裝置之基板保持 器上,於真空沈積裝置之內部所配備的蒸發源中置入銅酞 -32- (27) (27)1354011 菁(以下’簡記Cu-Pc ),依採用電阻加熱法的沈積法, 按20nm之膜厚形成電洞注入層〗"。在此,形成電洞注入 層111的材料而言,可使用周知之電洞注入性材料。 其次’使用電洞傳輸性優異的材料以形成電洞傳輸層 112。形成電洞傳輸層112的材料而言,可使用周知之電洞 傳輸性材料,惟在本實施例中,則依同樣方法按3 Onm之 膜厚形成4’ 4’-雙[N-( 1·萘基)-N -苯基胺基]聯苯(以下 ,簡記爲α-NPD)。 其次’形成發光層113。在此,在發光層113中電洞與 電子再結合’並產生發光。本實施例中,在形成發光層 113的材料之中,爲主材料使用本發明之咔唑衍生物,而 與周知之客材料一起沈積以形成。另外,在本實施例中, 作爲主材料所用的咔唑衍生物,而使用化學式(9)所表 示的N -乙基-3,6 -二(N·咔唑基)咔唑(以下,簡記 EtC z2 Cz )’並作爲賓材料而使用屬於銥錯合物的參(2-苯基Dtt陡)銥(以下’簡記Ir(ppy) 3),按Ir(ppy) 3 能成爲3wt%之方式依共沈積法形成2〇nm之膜厚。 其次’形成電洞阻擋層114。形成電洞阻擋層1M的材 料而言’可使用周知之電子傳輸性材料,惟本實施例中則 使用BCP,並依沈積法形成l〇nm之膜厚。 其次’形成電子傳輸層115。形成電子傳輸層115的材 料而言,可使用周知之電子傳輸性材料,惟本實施例中則 使用Alq3 ’並依沈積法形成40nm之膜厚。 .如此方式’在形成經層合電洞注入層111、電洞傳輸 -33- (28) (28)1354011 層113、發光層113、電洞阻擋層114,以及電子傳輸層115 所形成之含有發光物質的層102之後,依濺鍍法或沈積法 形成作爲陰極發揮功能的第2電極103。另外,本實施例中 ’依沈積法於含有發光物質的層102上形成鋁鋰合金(A1: Li) ( I00nm)以製得第2電極103。 如上所述’即可形成使用本發明之咔唑衍生物的發光 元件。 再者,本發明之咔唑衍生物,能降低使用該咔唑衍生 物所形成的層之HOMO準位,並拓寬全體之能量隙( energy gap)。因此,如本實施例所表示,作爲需要能量 隙的寬濶度的主材料而使用本發明之咔唑衍生物,係非常 有效的作法。又,由於咔唑衍生物具有優異的耐熱性且在 成膜時難於結晶化之故,可達成發光元件之耐用壽命長期 化。
[實施例2 J 本實施例中’表示與實施例1不相同的本發明之昨唑 衍生物以及使用該衍生物的發光層之賓材料之例子。 (合成例2 ) (N -苯基-3,6 -二(N -咔唑基)咔唑之合成) 對N-苯基_3,6_二溴代咔唑243g(1〇〇毫莫耳)之 冰醋酸(5 0 〇 m L )溶液,添加N -碘代琥珀醯亞胺4 4 · 9 g ( 2〇〇毫莫耳),在室溫下攪拌一夜。於反應混合物中添 -34- (32) (32)1354011 之際將釋出光子(photon),其結果,相當於Alq之頻帶 隙(band gap)的能量將作爲光而被觀察到。因而可知’ 本發明之樹枝狀聚合物,亦即,N-苯基-3,6-二(N-咔唑 基)咔唑可作爲優異的電洞傳輸材料發揮功能的事實。 [實施例3] 本實施例係作爲發光層之客材料而使用本發明之咔唑 衍生物的情形,將使用第2圖就與實施例1、2之構成不相 同的部分加以說明。因而,本實施例中,由於第1電極、 第2電極、電洞注入層、電洞傳輸層之構成方面係與實施 例1、實施例2相同之故,省略其說明。 如第2圖所示,在第1電極201上所形成的含有發光物 質的層202之中,與電洞傳輸層21 2相接所形成的發光層, 可由主材料與屬於本發明之咔唑衍生物的客材料之使用而 形成。 具體而言,使用作爲主材料的TPBI,及作爲客材料的 化學式(9 )所表示的EtCz2Cz ( 10wt% ),按20nm之膜厚 而依共沈積法形成。 其次,形成電子傳輸層214。形成電子傳輸層214的材 料而言’可使用周知之電洞傳輸性材料,惟在本實施例中 ’係使用TPBI,並按30nm之膜厚依沈積法形成。 如此方式,在經層合電洞注入層211、電洞傳輸層212 '發光層213、以及電子傳輸層21 4所形成的含有發光物質 的層202上形成第2電極203,即可形成使用本發明之咔唑 -38- (33) (33)1354011 衍生物的發光元件。 由於本發明之咔唑衍生物具有電洞傳輸性之同時尙具 有發光性之故,如本實施例所表示般可作爲含有發光物質 的層之發光層中的客材料使用。又,由於咔唑衍生物具有 優異的耐熱性且在成膜時難於結晶化之故,可達成發光元 件之耐用壽命長期化。 [實施例4] 本實施例係爲發光層而使用本發明之咔唑衍生物的情 形,將使用第3圖就與實施例1至3之構成不相同的部分加 以說明。因而,本實施例中,由於第1電極、第2電極、電 洞注入層之構成方面係與實施例1、實施例2相同之故,省 略其說明。 如第3圖所示,在第1電極301上所形成的含有發光物 質的層302之中,與電洞注入層311相接所形成的發光層 312,可由本發明之咔唑衍生物之使用而形成。 具體而言,使用化學式(9)所表示的EtCz2CZ ( 10wt%),按50nm之膜厚依沈積法形成。 其次,形成電子傳輸層313。形成電子傳輸層313的材 料而言,可使用周知之電子傳輸性材料,惟在本實施例中 ,係使用具有電子傳輸性且具有電洞阻擋性的BCP,並按 50nm之膜厚依沈積法形成。 如此方式,在經層合電洞注入層311、發光層312、以 及電子傳輸層313所形成的含有發光物質的層3 02上形成第 -39- (34) (34)1354011 2電極3 03,即可形成使用本發明之咔唑衍生物的發光元件 〇 由於本發明之咔唑衍生物具有電洞傳輸性之同時尙具 有發光性之故,如本實施例所表示般可作爲含有發光物質 的層之發光層,而單獨使用。又,由於咔唑衍生物具有優 異的耐熱性且在成膜時難於結晶化之故,可達成發光元件 之耐用壽命長期化。 [實施例5] 本實施例係將本發明之咔唑衍生物用爲含有發光物質 的層之一部分以製作發光元件的情形,將就與實施例1至 實施例4所表示的情形不相同的構成加以說明。具體而言 ,係將本發明之咔唑衍生物用於含有發光物質的層之電洞 傳輸層的情形,將使用第4圖就與實施例1至實施例3之構 成不相同的部分加以說明》因而,本實施例中,由於第1 電極、第2電極、電洞注入層、電洞傳輸層之構成方面係 與實施例1至實施例4相同之故,省略其說明。 如第4圖所示,在第1電極410上所形成的含有發光物 質的層402之中,與電洞注入層41 1相接所形成的電洞傳輸 層412,可由本發明之咔唑衍生物之使用而形成。 具體而言,使用化學式(9)所表示的EtCz2Cz,按 3 〇nm之膜厚依沈積法形成。 其次,形成電子傳輸性發光層413。形成電子傳輸性 發光層413的材料而言,可使用周知之具有電子傳輸性且 -40- (35) (35)1354011 發光性的材料,惟在本實施例中,係使用Alq3。,並按 5〇nm之膜厚依沈積法形成。 如此方式,在經層合電洞注入層411、電洞傳輸層412 ’以及電子傳輸性發光層413所形成的含有發光物質的層 402上形成第2電極403,即可形成使用本發明之咔唑衍生 物的發光元件。 由於本發明之咔唑衍生物具有電洞傳輸性之故,如本 實施例所表示般可用於含有發光物質的層之電洞傳輸層。 又,由於咔唑衍生物具有優異的耐熱性且在成膜時難於結 晶化之故,可達成發光元件之耐用壽命長期化》 [實施例6] 本實施例中,係就將本發明之咔唑衍生物作爲屬於有 機半導體元件之一種的軸向電晶體(SIT)之活性層使用 的情形加以說明》 元件構造而言,如第5圖所示,採用將由本發明之咔 唑衍生物所成薄膜狀之活性層5 02使用源電極501及汲電極 503夾住,而閘電極504係被埋在活性層502中的構造。在 此,5 05係爲施加閘電極之用的手段,5 06係爲控制源一汲 電極間之電壓之用的手段。 在如此的元件構造中,如在未施加閘電壓的狀態下對 源一汲電極間施加電壓時,則會流動如同發光元件時般的 電流(亦即,成爲ON (通)的狀態)。並且,如在其狀 態下施加閘電壓,則在閘電極5 04周邊產生缺乏層( -41 - (36) (36)1354011 depletion layer ),以致電流即不會流動(亦即,成爲 OFF (斷)的狀態)。由於上述機構,而可作爲電晶體作 用。 在本實施例中所表示的軸向電晶體,由於形成活性層 的膜之平坦性容易對元件之特性產生影響之故,具有優異 的耐熱性且不致於結晶化之下能成膜的本發明之咔唑衍生 物之使用,係在達成有機半導體元件之耐用壽命長期化方 面有效。 [實施例7] 本實施例中,係使用第6圖,就於像元件具有依本發 明所形成的發光元件的發光裝置加以說明。在此,第6 ( A)圖係表示發光裝置的正面圖。第6(B)圖係將第6(A )圖按A-A’所切斷的剖面圖。虛線所表示的601爲驅動電 路部(源電極側驅動電路),602爲像元部,603爲驅動電 路部(閘電極側驅動電路)。又,604爲封閉基板,605爲 密封劑,而被密封劑605所包圍的內側,係成爲空間607。 在此,608係爲傳送輸入於源電極側驅動電路601及閘 電極側驅動電路60 3的信號之用的配線,將從成爲外部輸 入端子的FPC( flexible print circuit,軟性印刷電路) 609接收視訊(video)信號、時鐘(clock)信號、啓動( start )信號、復位(reset )信號等。另外,在此雖僅圖示 FPC,惟此FPC上可安裝有印刷電路板(PWB )。本說明 書的發光裝置上,不僅發光裝置本體,尙包含對此裝置安 -42- (37) (37)1354011 裝有FPC或PWB者。 其次,使用第6 ( B)圖,就剖面構造加以說明。基板 610上雖然形成有驅動電路部及像元部,惟在此圖中表示 有屬於驅動電路部的源電極側驅動電路601,及像元部602 〇 另外,在源電極側驅動電路601上形成有組合N通道 型薄膜電晶體(以下,將薄膜電晶體簡記TFT) 623及P通 道 TFT 624 的 CMOS ( Complementary Metal Oxide,互補式 金屬氧化物半導體)電路。又,形成驅動電路的TFT,可 由周知之CMOS電路,PMOS (P通道金屬氧化物半導體 )電路或NMOS (N通道金屬氧化物半導體)電路所形成 。又,本實施例中,係表示基板上形成有驅動電路的驅動 器一體型,惟不一定需要如此,亦可不在基板上而形成在 外部。 又,像元部602係由包含開關用TFT 61 1,及電流控制 用TFT 61 2及對其汲電極按電氣性方式所連接的第1電極 613的複數個像元所形成。在此,按覆蓋第1電極613之端 部之方式形成有絕緣物614。在此,使用正片型之感光性 丙烯酸樹脂膜加以形成。 又,爲使成膜性良好起見,作成於絕緣部6 1 4上端部 或下端部具有曲率的曲面的方式。例如,作爲絕緣部614 之材料而使用正片型之感光性丙烯酸酯時,較佳爲僅在絕 緣部614上端部具有曲率半徑(〇·2 μηι至3 μπι )的曲面。 又,作爲絕緣物6 1 4,亦可使用因感光性之光而對蝕 -43- (38) 1354011 刻劑成爲不溶解性的負片型,或因光而對蝕刻劑 性的正片型之任一種。 第1電極613上,分別形成有含有發光物質的 及第2電極617。在此,作爲陽極而發揮功能的用 極613的材料而言,較佳爲使用功函數大的材料 除可使用ITO (銦錫氧化物)膜,銦鋅氧化物( ,氮化鈦膜,鉻膜,鎢膜,Zn (鋅)膜,pt (鉑 單層膜之外,尙可使用:與以氮化鈦及鋁爲主成 層合’與以氮化鈦膜與鋁爲主成分的膜與氮化 層構造等。在此,如作成層合構造,則作成配線 低’可獲得良好的有電阻的接觸(ohmic contact 作爲陽極發揮功能。 又’含有發光物質的層616,可由使用沈考 mask )的沈積法、或噴墨法形成。含有發光物賃 中’含有本發明之咔唑衍生物。又,與此等咔唑 用的材料而言,可爲低分子系材料、中分子材料 聚合物、樹枝狀聚合物)、或高分子系材料。又 有發光物質的材料而言,通常,係按單層或層合 有機化合物的情形較多,惟本發明中,則包括爲 合物所成膜之一部分使用無機化合物的構成。 再者’用爲含有發光物質的層616上所形成的 (陰極)617的材料而言,可使用功函數小的材: Ag、Li、Ca、或此等金屬之合金MaAg、Mgln CaF2 '或CaN)。另外,如欲使在含有發光物質 成爲溶解 J 層 6 1 6, 丨爲第1電 。例如, IZO )膜 )膜等之 分的膜的 鈦膜的3 時之電阻 ),更可 貝遮罩( ‘的層6 1 6 衍生物所 (包括低 ,用爲含 方式使用 由有機化 〗第2電極 抖(A1、 、AlLi 、 的層6 1 6 -44- (39) (39)1354011 所產生的光穿透第2電極617時’則作爲第2電極(陰極) 617’較佳爲使用使膜厚變薄的金屬薄膜,與透明電導膜 (ITO (氧化銦氧化錫合金)、氧化銦氧化鋅合金( In2〇3-ZnO )、氧化鋅(ZnO)等)的層合。 再者’使用密封劑60 5使封閉基板6〇4與元件基板610 貼合,即成爲被元件基板610’封閉基板604,以及密封劑 605所包圍的空間607中配備有發光元件618的構造。在此 ’對空間607中’除塡充有惰性氣體(氮氣或氬氣等)的 情形之外,尙包括被密封劑605所塡充的構成。 另外’密封劑605較佳爲使用環氧系樹脂。又,此等 材料較佳爲儘量不會穿透水分或氧氣的材料。又,作爲用 於封止基板604的材料,除玻璃基板或石英基板之外,尙 可使用由 FRP( Fiberglass-Reinforced Plastics,玻璃纖維 加強塑膠)、PVF (聚氣乙嫌)、聚醋薄膜(mylar)、聚 酯或丙烯酸酯等所成的塑膠基板。 如上述方式’可製得具有依本發明所形成的發光元件 的發光裝置。 另外,本實施例中所表示的發光裝置,係能將實施例 1至實施例4所表示的發光元件之構成自由組合以實施。 [實施例8] 本實施例中,就將例如實施例7中所形成的發光裝置 含於其一部分中的種種電氣器具加以說明。 使用依本發明所形成的發光裝置所製作的電氣器具而 -45- (40) (40)1354011 言,可例舉:視訊攝影機、數位照相機 '風鏡(goggles )型顯示器(頭載式顯示器)、導航系統、音響再生裝置 (車內音響、音響組件等)、筆記型個人電腦、遊戲機器 、攜帶型資訊端末機(攜帶型電腦、行動電話、攜帶型遊 戲機或電子書本等),具備有記錄媒體的影像再生裝置( 具體上爲具備有將數位視訊磁碟(DVD )等之記錄媒體再 生並能顯示其影像的顯示裝置的裝置)等。第7圖中表示 此等電氣器具之具體例。 第7 ( A )圖係一種顯示裝置,包含:箱體200 1、支 持台2002、顯示部2003、擴音器部2004、視訊輸入端子 2〇〇5等。將依本發明所形成的發光裝置使用於其顯示部, 即可製作。在此,顯示裝置可包含個人電腦用、電視機( TV)播放收訊用、廣告顯示用等之所有全部資訊顯示用 裝置。 第7(B)圖係一種筆記型個人電腦,包含:本體220 1 、箱體2202、顯示部2203、鍵盤2204、外部連接盤2205、 按點式滑鼠22 06等。將依本發明所形成的發光裝置使用於 其顯示部2203,即可製作。 第7(C)圖係一種攜帶型電腦,包含:本體23 0 1、顯 示部23 02、開關23 03、操作鍵2304、紅外線埠(port ) 2 3 05等。將依本發明所形成的發光裝置使用於其顯示部, 即可製作。 第7(D)圖係一種具備有記錄媒體的攜帶型之影像 再生裝置(具體上爲DVD再生裝置),包含:本體2401、 -46 - (41) (41)1354011 箱體2402、顯示部A 2403、顯示部B 2404、記錄媒體讀取 部2405、操作鍵2406、擴音器部2407等。在此所舉的記錄 媒體係指DVD等。顯示部A 240 3主要顯示影像資訊,而顯 示部B 2404主要顯示文字資訊,惟將依本發明所形成的發 光裝置使用於此等顯示部A 2404、B 2404,即可製作。在 此’具備有記錄媒體的影像再生裝置中,包含家庭用遊戲 機器等。 第7(E)圖係一種風鏡型顯示器(頭載式顯示器), 包含:本體2501、顯示部2502、臂部2503。將依本發明所 形成的發光裝置使用於其顯示部2502,即可製作。 第7 ( F )圖係一種視訊攝影機,包含:本體260 1、顯 示部2602、箱體2603、外部連接埠2604、遙控接收信號部 2605、收像部2606、電池2607、聲音輸入部2608、操作鍵 2609、接目部2610等。將依本發明所形成的發光裝置使用 於其顯示部2602,即可製作。 第7(G)圖係一種行動電話,包含:本體2701、箱 體2702 '顯示部2703、聲音輸入部27〇4、聲音輸出部2705 、操作鍵2706、外部連接埠2707 '天線部2 708等。將依本 發明所形成的發光裝置用於顯示部2 703,即可製作。 如上述,依本發明所形成的發光裝置之適用範圍極爲 廣濶,又由於用於發光裝置的發光元件,係使用本發明之 咔唑衍生物所形成之故,具有驅動電壓低、耐用壽命較長 的特徵。因而,如將此發光裝置適用於所有領域之電氣器 具,則可實低消費電力化、耐用壽命長期化》 47- (42) (42)1354011 [產業上之利用可能性] 由於本發明之實施,即可製得耐熱性或電洞傳輸性優 異且不致於結晶化之下能成膜的咔唑衍生物。又,如使用 上述咔唑衍生物以製作有機半導體元件、發光元件以及電 子機器,即可提供驅動電壓低,耐用壽命長期化的有機半 導體元件、發光元件以及電子機器。再者,如使用上述發 光元件以作成發光裝置,則可提供消費電力低、耐用壽命 長期化的發光裝置。 【圖式簡單說明】 第1圖:說明本發明之發光元件之元件構造的圖。 第2圖:說明本發明之發光元件之元件構造的圖。 第3圖:說明本發明之發光元件之元件構造的圖。 第4圖:說明本發明之發光元件之元件構造的圖。 第5圖··就經適用本發明之有機半導體元件加以說明 的圖。 第6圖:就發光裝置加以說明的圖。 第7圖:就電氣器具加以說明的圖。 第8圖:係本發明之咔唑衍生物之螢光光譜。 第9圖:係本發明之咔唑衍生物之紫外•可視領域吸 收光譜。 第10圖:表示本發明之咔唑衍生物之甲醇溶液及沈積 膜之吸收光譜。 -48- (43) (43)1354011 第11圖:表示本發明之咔唑衍生物之甲醇溶液之螢光 光譜、激發光譜。 第12圖:表示使用本發明之咔唑衍生物的元件之電 壓一亮度曲線。 第13圖:表示本發明之咔唑衍生物之1H NMR資料。 第14圖:表示本發明之咔唑衍生物之13CNMR資料。 第15圖:表示本發明之咔唑衍生物之1H NMR資料。 第16圖:表示本發明之咔唑衍生物之l3CNMR資料。 第17圖:表示本發明之咔唑衍生物之1H NMR資料。 第18圖:表示本發明之咔唑衍生物之13CNMR資料。 【符號說明】 1 00基板 101第1電極(陽極) 102含有發光物質的層 103第2電極(陰極) 1 1 1電洞注入層 1 1 2電洞傳輸層 1 13發光層 1 1 4電洞阻擋層 1 1 5電子傳輸層

Claims (1)

1354011
第093112679號專利申請案中文申請專利範圍修正本 拾、申請專利範圍 民國100年8月2 曰修正 一種咔唑衍生物,係可以一般式(7 )表示者
(式中,表示l<k<8,0<1<8、R1()爲分別獨立的烷基 (但,碳數爲1至20) 、_代院基(但’碳數爲1至2〇)、 取代或無取代之方基、取代或無取代之雜環殘基、Μ爲〇 至6價之金屬離子’ L爲芳基、二院基膦基、二芳基膦基、 X4爲氫、院基(但’碳數爲1至20)、鹵代烷基(但,碳 數爲1至20)、取代或無取代之芳基、取代或無取代之雜 環殘基)。 2. —種有機半導體元件,其特徵爲:使用申請專利 範圍第1項之咔唑衍生物。 3. —種發光元件,其特徵爲:使用申請專利範圍第1 項之咔唑衍生物。 4. 一種發光元件,其特徵爲:將申請專利範圍第^頁 之咔唑衍生物作爲發光性材料使用。 5. —種發光元件,其特徵爲:具有含有申請專利範 圍第1項之咔唑衍生物及客材料的發光層。 1354011 6.—種發光元件,其特徵爲:具有含有申請專利範 圍第1項之咔唑衍生物及主材料的發光層。 ' 7. —種發光元件,其特徵爲:將申請專利範圍第1項 之咔唑衍生物作爲電洞傳輸性材料使用。 8. —種電子機器,係含有一具有申請專利範圍第3項 至第7項中任一項之發光元件的發光裝置,而其特徵爲: 前述電子機器,係選自;顯示裝置、數位靜照照相器、個 φ人電腦、移動式電腦、影像再生裝置、風鏡型顯示器、視 訊攝影機、行動電話之群組中。 9. 一種電子機器,係含有一具有申請專利範圍第2項 之有機半導體元件的發光裝置,而其特徵爲:前述電子機 器,係選自;顯示裝置、數位靜照照相器、個人電腦、移 動式電腦、影像再生裝置、風鏡型顯示器、視訊攝影機、 行動電話之群組中。 S
-2- 1354011 第093112679號專利申請案 中文圖式修正頁 100. 8.-2- 年月曰修正替換頁 民國loir军8爿2白修正· 〇- 2
&
-2.016 -1.653 -1.629 -1.605 -1.435 -1.268 -1.244 "1.221 -0.000 第13圖 1354011
°Q 3Ό8β776678 -1·9-7^1^7^^^7^^ 2·9·9·6·5·33·0·0·9·^"· 4 3?225r2-22 1.0,°,
2098)001 ·4· 1551 7·7·7·6· 777 7 38.246 13.993 第14圖 1354011 1100. 8. -"~2- 年月日修正替換頁
第15圖 1354011 .8.-2- 年月曰修正替換頁
第16圖 1354011 — 正替換頁
0087664085^·14^^7914588567^2195896945 ·41· 1· -r-6·6'·6^·51·5·-4-31·"^·3^·2·2·2 cp-8-8cp·77·7-7·7·7·7·7·7-77-7-7'7·7 ο PPM 9 第17圖 1354011 ’°°年$ al·正替換頁
-141.804 -139.249 129.977 126219 125.856 124.093 123.128 120260 119J99 119.650 112.002 109.703 〇- οί— s- κ- ο- D V 2 ι L_,Γ 77.420 77.000 76.571 第18圖
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